利用碳纖維復合材料對汽車進行輕量化改進在國外已開始逐步推廣應用,以寶馬、奧迪、奔馳、通用、福特、日產、豐田、大眾等為代表的知名廠商已開始深入介入碳纖維產業,逐漸將碳纖維復合材料應用到旗下不同車型。
在能源效率短期內很難再有實質提升前提下,整車輕量化成了汽車節能環保的現實首選路徑。碳纖維具有比模量和比強度高、減重潛力大、安全性好等突出優點,并且比鋼、鎂鋁合金等具有更好的力學性能,不考慮成本前提下,是汽車輕量化最佳選擇。
碳纖維的性能展示圖
上圖中,比強度是材料強度除以其表觀密度,又稱強度-重量比。比強度越高表明達到相同強度所用的材料質量越輕;比模量是模量與密度之比,比模量越大,材料的剛性就愈大。簡單理解,強度越高的纖維絲,越不易被拉斷。模量越高,則材料就更加“堅挺”而不易彎折。
從各項基本力學性能指標來看,即便是通用型的碳纖維復合材料也遠遠優于高強度鋼、鋁合金、鈦合金、鎂合金。而高強度和高模量的碳纖維復合材料比模量、比強度等指標則比通用型更為優秀。唯一的障礙在于目前高端碳纖維復合材料技術含量高、生產工藝極其復雜,導致成本也高于上述其他類型材料。
事實上,利用碳纖維復合材料對汽車進行輕量化改進在國外已開始逐步推廣應用,以寶馬、奧迪、奔馳、通用、福特、日產、豐田、大眾等為代表的知名廠商已開始深入介入碳纖維產業,逐漸將碳纖維復合材料應用到旗下不同車型。
國內汽車工業碳纖維復合材料應用尚處于起步階段。以奇瑞、觀致、北汽集團為代表的國內汽車廠商以開始在其推出的新能源電動汽車上使用碳纖維復合材料。今年上半年,北汽集團與康得復材簽訂了中國首個碳纖維汽車部件量產訂單,成為中國碳纖維用于汽車輕量化實現量產的開端。
雖然前景很好,潛在需求巨大,但要將碳纖維復合材料大規模普及應用到汽車領域,勢必對碳纖維產業鏈所有環節制備技術以及制造工藝提出了更為嚴格的要求,低成本是其能成功商業化應用的必然出路。目前汽車用碳纖維復合材料成本高達400元/kg,僅僅用于跑車、豪華車等相對小眾市場,整體滲透率較低,而要普及到一般車型等大眾市場,則需要其成本降到60-100元/kg,才具有現實可行性。
根據國家汽車減重要求推算,到2025年國內汽車及電動車預計將分別達到3000萬輛和600萬輛,按照分別減重25%和50%的標準,對碳纖維的需求至少將達到10萬噸。若未來技術及工藝取得進一步突破,按照碳纖維、碳纖維復合材料10萬元/噸、20萬元/噸價格(目前僅成本分別為12萬元/噸,32萬元/噸),到2025年,市場空間可達百億級!
國內汽車碳纖維復合材料尚處于試水階段,而國外已開始大力推廣,需求逐漸增加。若未來成本進一步下降,碳纖維勢必逐步提高汽車市場滲透率,并逐漸普及,巨大汽車市場需求將迎來爆發。
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原文標題:【壹凌電子·高工縱橫】碳纖維在汽車輕量化領域的應用
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