轻量化是实现节能减排的重要途径,也是未来汽车发展的一大趋势。其中,使用轻质材料是汽车轻量化最基础也是最核心的手段。在此不得不提到目前制造汽车车身最轻的材料——碳纤维复合材料。
《节能与新能源汽车技术路线图》在轻量化技术总体思路中也明确指出,远期要重点发展镁合金和碳纤维复合材料技术,实现碳纤维复合材料混合车身及碳纤维零部件的大范围应用。
总的来说,碳纤维复合材料是指碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合制成的结构材料。由于具有足够的强度和刚度,该材料可以广泛应用在汽车车体和零部件中,如:汽车车身、内外饰、底盘系统、动力系统等。
而随着新能源汽车的加速发展,碳纤维复合材料也将迎来巨大市场需求。
应用于新能源汽车领域的优势
众所周知,轻量化能够有效提升新能源汽车续航里程及能量利用率。相关研究表明,新能源汽车每减少100Kg重量,续航里程可提升10%-11%。还可以减少20%的电池成本以及20%的日常损耗成本。
据测算,碳纤维复合材料的应用可使汽车车身和底盘减轻质量40%-60%。而碳纤维复合材料零部件的应用,能比同类钢质零部件减重50%以上,比铝制部件减重30%以上。
且其具有密度低、强度高、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、结构尺寸稳定性好以及设计性好、可大面积整体成型等一系列特点,被认为是新能源汽车轻量化材料未来的趋势。
其次,碳纤维复合材料的应用可大大提升新能源汽车的安全性。碳纤维结构车身不仅能让汽车结构强度更优,抗瞬间冲击能力更强,并具有良好的抗侧倾性能,能有效提高车辆的被动安全。
同时,碳纤维材料车身在集成车身结构、减少工装投入、缩短开发周期相较传统车身也有较大的优势。尤其对于新入新能源汽车企业,应用碳纤维车身可以节约冲压、焊装生产线及模、夹具的投入,减轻固定资产占资配比,优化企业资产配置结构。
政府对于新能源汽车的补贴政策将逐步从产业链下游的销售补贴过渡到产业链上游的研发环节,这也同样会促进企业对于新技术的研发投入及应用,碳纤维车身对于汽车轻量化的贡献,也促使各企业纷纷加大研发及应用的实现。
当前面临的困难与挑战
国内车用碳纤维复合材料刚刚起步,还处于技术探索和积累阶段,在碳纤维材料应用方面仍存在一些阻碍。
首先是成本上的挑战,碳纤维复合材料的原材料价值不菲,再加上加工工艺的技术要求高,其应用成本是传统金属材料的数倍。同时,工艺不稳定、加工效率低也对成本造成影响。目前国内企业存在材料和加工成本控制难度大的问题。
其次是固有思维难以突破,由于碳纤维材料的可设计性,以及碳纤维零件工艺的多样化,因此碳纤维应用于汽车没有标准化的材料,整个车和零部件的开发过程就是材料开发过程。需要设计人员打破传统固化思维。
同时,高层次专业技术型人才的短缺以及跨产业的协同及产学研合作方面的不足,也阻碍了碳纤维复合材料的推广应用进程。
此外,碳纤维复合材料的应用将带来颠覆性变化,设计理念、工艺、装备都要改变,原有的技术存量将被逐渐淘汰,中国企业目前还缺乏这个准备。