碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。凭借着轻质、高强、耐高温、抗腐蚀等特点。近几年,碳纤维在汽车行业的应用引发行业广泛关注。
碳纤维给汽车制造带来的突出优势轻量化
碳纤维应用于汽车后,给汽车制造带来最明显的好处就是汽车轻量化,最直接影响的就是节能、加速、制动性能的提升。一般而言,车重减小10%,油耗降低6%~8%,排放降低5~6%,0-100km/h加速性提升8-10%,制动距离缩短2~7m。
安全性
车身轻量化可以使整车的重心下移,提升了汽车操纵稳定性,车辆的运行将更加安全、稳定。碳纤维复合材料具有极佳的能量吸收率,碰撞吸能能力是钢的六到七倍、铝的三到四倍,这进一步保证了汽车的安全性。
舒适度
碳纤维复合材料具有更高的震动阻尼,轻合金需要9秒才能停止震动,碳纤维复合材料2秒就能停止,故碳纤维应用在汽车上,对于整车NVH(噪声、振动与声振粗糙度)的提升贡献同样很大,会大幅增强汽车行驶的舒适性。
可靠性
碳纤维复合材料具有更高的疲劳强度,钢和铝的疲劳强度是抗拉强度的30-50%,而碳纤维复合材料可达70-80%,因此汽车上应用碳纤维复合材料对于材料疲劳可靠性有较大提升。
提升车身开发水平
由于碳纤维复合材料可设计性比金属强,因此更易于车身开发的平台化、模块化、集成化。这样碳纤维车身及金属平台的混合车身结构对于传统汽车车身结构而言,可以做到模块化、集成化,大大减少零件种类,减少工装投入,缩短开发周期。
尤其对于新入新能源汽车企业,应用碳纤维车身不仅可以节约冲压、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,而且在企业的市场宣传上更具影响力。
中国碳纤维行业面临的重大挑战虽然碳纤维材料优点很多,但其核心技术却被牢牢掌控在少数发达国家手中。一方面,美日韩德等发达国家对该技术严格保密;另一方面,国外碳纤维行业领先企业开始进入中国市场,中国本土碳纤维企业压力大增。
中国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代,80年代开始研究高强型碳纤维,多年来进展缓慢。进入21世纪以来发展较快,特别是随着中国汽车工业的崛起,碳纤维材料的研发、应用都得到了长足发展,并快速成长。
同时,碳纤维在汽车行业也面临诸多挑战。一是工艺复杂,主要采用热压罐,真空导入等传统工艺,这种工艺生产效率低、生产周期长、产品造价高,无法满足汽车大批量规模化生产要求;二是成本相对高昂,碳纤维材料的价格是金属材料的数倍,这不仅制约了其在汽车领域的应用与发展,更是无形中拒低端或自主汽车品牌于千里之外;三是设计人才缺乏,且由于该技术之前较少在国内应用,所以从事过碳纤维量产部件设计的人才非常稀缺。
特别需要指出的是,碳纤维从基础研发、产品设计、生产工艺选择到生产出汽车零件是紧密相连的一个整体,每一个环节都是环环相扣。因此,这给碳纤维在汽车行业的发展建立了极高的技术壁垒,要求碳纤维制造企业必须具有极强的综合实力。
作为亚洲最大的汽车材料与设计、工艺与装备、质量与装配、工程与服务技术行业盛会,上海国际汽车制造技术及装备与材料展览会(AMTS)也将紧跟汽车制造行业热点,聚焦汽车轻量化发展,展示从车身轻量化设计与开发,高强度钢、镁、铝及碳纤维等轻量化材料的应用到汽车轻量化整体解决方案,推动汽车轻量化发展,并提供一个创新、高效的技术及贸易交流平台。