碳纖維復(fù)合材料對(duì)汽車進(jìn)行輕量化應(yīng)用

利用碳纖維復(fù)合材料對(duì)汽車進(jìn)行輕量化改進(jìn)在國外已開始逐步推廣應(yīng)用，以寶馬、奧迪、奔馳、通用、福特、日產(chǎn)、豐田、大眾等為代表的知名廠商已開始深入介入碳纖維產(chǎn)業(yè)，逐漸將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用到旗下不同車型。

在能源效率短期內(nèi)很難再有實(shí)質(zhì)提升前提下，整車輕量化成了汽車節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)實(shí)首選路徑。碳纖維具有比模量和比強(qiáng)度高、減重潛力大、安全性好等突出優(yōu)點(diǎn)，并且比鋼、鎂鋁合金等具有更好的力學(xué)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(qiáng)度是材料強(qiáng)度除以其表觀密度，又稱強(qiáng)度-重量比。比強(qiáng)度越高表明達(dá)到相同強(qiáng)度所用的材料質(zhì)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(qiáng)度越高的纖維絲，越不易被拉斷。模量越高，則材料就更加“堅(jiān)挺”而不易彎折。

從各項(xiàng)基本力學(xué)性能指標(biāo)來看，即便是通用型的碳纖維復(fù)合材料也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鈦合金、鎂合金。而高強(qiáng)度和高模量的碳纖維復(fù)合材料比模量、比強(qiáng)度等指標(biāo)則比通用型更為優(yōu)秀。唯一的障礙在于目前高端碳纖維復(fù)合材料技術(shù)含量高、生產(chǎn)工藝極其復(fù)雜，導(dǎo)致成本也高于上述其他類型材料。

事實(shí)上，利用碳纖維復(fù)合材料對(duì)汽車進(jìn)行輕量化改進(jìn)在國外已開始逐步推廣應(yīng)用，以寶馬、奧迪、奔馳、通用、福特、日產(chǎn)、豐田、大眾等為代表的知名廠商已開始深入介入碳纖維產(chǎn)業(yè)，逐漸將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用到旗下不同車型。

國內(nèi)汽車工業(yè)碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用尚處于起步階段。以奇瑞、觀致、北汽集團(tuán)為代表的國內(nèi)汽車廠商以開始在其推出的新能源電動(dòng)汽車上使用碳纖維復(fù)合材料。今年上半年，北汽集團(tuán)與康得復(fù)材簽訂了中國首個(gè)碳纖維汽車部件量產(chǎn)訂單，成為中國碳纖維用于汽車輕量化實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的開端。

雖然前景很好，潛在需求巨大，但要將碳纖維復(fù)合材料大規(guī)模普及應(yīng)用到汽車領(lǐng)域，勢(shì)必對(duì)碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈所有環(huán)節(jié)制備技術(shù)以及制造工藝提出了更為嚴(yán)格的要求，低成本是其能成功商業(yè)化應(yīng)用的必然出路。目前汽車用碳纖維復(fù)合材料成本高達(dá)400元/kg,僅僅用于跑車、豪華車等相對(duì)小眾市場(chǎng)，整體滲透率較低，而要普及到一般車型等大眾市場(chǎng)，則需要其成本降到60-100元/kg,才具有現(xiàn)實(shí)可行性。

根據(jù)國家汽車減重要求推算，到2025年國內(nèi)汽車及電動(dòng)車預(yù)計(jì)將分別達(dá)到3000萬輛和600萬輛，按照分別減重25%和50%的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)碳纖維的需求至少將達(dá)到10萬噸。若未來技術(shù)及工藝取得進(jìn)一步突破，按照碳纖維、碳纖維復(fù)合材料10萬元/噸、20萬元/噸價(jià)格（目前僅成本分別為12萬元/噸，32萬元/噸），到2025年，市場(chǎng)空間可達(dá)百億級(jí)！

國內(nèi)汽車碳纖維復(fù)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(jìn)一步下降，碳纖維勢(shì)必逐步提高汽車市場(chǎng)滲透率，并逐漸普及，巨大汽車市場(chǎng)需求將迎來爆發(fā)。