碳纖維汽車配件應用新材料的發展趨勢

06-15

汽車輕量化可以通過輕量化材料、輕量化結構和輕量化製造技術實現。在眾多的輕量化材料中，碳纖維複合材料具有優異的綜合力學性能：比強度（強度與密度之比）、比模量（模量與密度之比）和比吸能（有效破壞長度內單位質量吸收的能量）高，在等剛度或等強度設計原則下，碳纖維複合材料結構比低碳鋼結構減重50%以上，比鎂／鋁合金結構減重達30%，同時其可減少70%裝配零件數量；擁有良好的抗疲勞性、耐腐蝕性，零件使用壽命高。然而碳纖維的高成本以及複雜的製造工藝極大地制約了碳纖維複合材料在汽車上的應用。發展碳纖維複合材料汽車零部件設計製造關鍵技術已成為中國汽車產業節能環保、轉型升級的戰略舉措，2015年國務院發布的《中國製造2025》中已明確將碳纖維複合材料汽車零部件技術作為節能與新能源汽車領域的重要發展方向。

輕質高強金屬、塑料和複合材料等為代表的輕質材料應用是當前汽車實現輕量化的首要途徑，也是未來發展汽車輕量化技術的重要內容。由於巨大的輕量化潛力，碳纖維複合材料在汽車上的應用範圍將不斷擴大，應用層次也將不斷提升。

1、由高端車型向普及型汽車發展。碳纖維複合材料在發展之初由於成本過高、製造工藝複雜等原因，僅在對性能要求極高的Ｆ１賽車、超級跑車上使用。隨著碳纖維成本的下降與高效製造工藝的不斷成熟，碳纖維複合材料汽車零部件逐漸出現在各大主機廠商的普及型汽車上，如中低檔轎車與新能源汽車。

2、由次結構件向主結構件發展。出於對安全性、製造工藝等問題的考慮，碳纖維複合材料僅應用於對性能要求較低的內飾件以及車身覆蓋件等次結構件上，往往造成材料性能過剩。在結構設計方法與成型加工技術逐漸成熟的推動下，碳纖維複合材料在Ｂ柱、地板、輪轂等結構件上的應用不斷出現，材料綜合性能也得到更充分利用。

由單件小批量生產到規模化生產。長久以來，以手工為主的單件小批量生產模式一直佔據著碳纖維複合材料汽車零部件主要製造過程，因而易於造成產品質量難以保證、製造成本較高與生產效率較低。隨著碳纖維複合材料汽車零部件的用量不斷增加和應用要求不斷提高，碳纖維複合材料汽車零部件也必向以自動化、數字化、智能化為主的規模化生產模式轉變，推動汽車零部件的低成本與高效製造過程。

山東英特力新材料有限公司（www.itlxcl.com）研發部經過2年多技術攻關，基於原有碳纖維複合材料軍用方艙一體化成型工藝基礎上，開發出引擎蓋、車門、汽車內飾件、制動器襯片、傳動軸、輪轂等碳纖維複合材料汽車標準件，通過將傳統VARI、RTM、熱壓罐成型工藝與智能控制技術結合，實現碳纖維複合材料自動化成型及優質外觀汽車標準零件及車身覆蓋件大規模生產，目前已和國內多個新能源汽車廠家達成合作，批量化開始生產，初步構建碳纖維復材汽車覆蓋件加工示範基地。該工藝技術的成功不僅在軌道交通領域有廣泛的應用前景，而且其對於航空航天、船舶等領域具有廣闊的市場前景，其產業化將促進機械製造工業布局的多元化，並為國家安全和提高民族裝備製造水平做出貢獻。