復(fù)合材料在新能源汽車上的應(yīng)用與挑戰(zhàn)

寂靜天花板

電動(dòng)化、智能化、輕量化——汽車三大趨勢(shì)中，前二者是熱點(diǎn)話題，輕量化相對(duì)冷清，產(chǎn)業(yè)進(jìn)展也不為外界熟知。日前，中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司（下稱中航工業(yè)復(fù)材）副總經(jīng)理李宏運(yùn)在公開課上介紹了復(fù)合材料的特性及應(yīng)用前景，以及在汽車特別是新能源汽車上的應(yīng)用與挑戰(zhàn)。
李宏運(yùn)認(rèn)為，復(fù)合材料是推廣新能源汽車應(yīng)用的一把金鑰匙。復(fù)合材料的技術(shù)和工藝已經(jīng)足以規(guī)模化應(yīng)用，并且輕量化能彌補(bǔ)動(dòng)力電池能量密度的不足，續(xù)航里程得以延長(zhǎng)，因此復(fù)合材料與新能源汽車的結(jié)合是大有裨益的。
復(fù)合材料破解里程難題
6 R# `0 J- M) W( N2 Y在中航工業(yè)復(fù)材官網(wǎng)的產(chǎn)品列表中，最大個(gè)的一個(gè)是電動(dòng)大巴整體車身。
- \; o8 w1 z" v這是中航工業(yè)復(fù)材目前在汽車輕量化上集大成的一個(gè)樣板——電動(dòng)大巴車身。采用復(fù)合材料之后，大巴純車身減重2.4噸，如果再與有輕量化的電機(jī)、電控、電池的整車廠家合作，整車能減重5噸多，達(dá)到8.5噸左右。只裝載3噸左右的電池，一次充電的行駛里程就可以到500公里。
當(dāng)前電動(dòng)大巴里程不足，解決之道往往是加電池，這就造成了死循環(huán)：里程不夠——加裝電池——車重增加——續(xù)航變短。李宏運(yùn)認(rèn)為，復(fù)合材料的應(yīng)用能夠平衡各種約束，是打破上述循環(huán)的利器。
“以12米電動(dòng)大巴為例，整備質(zhì)量13.87噸，動(dòng)力電池質(zhì)量3.2噸，純電續(xù)航里程300公里。”李宏運(yùn)說，“如果要做500公里的車，要再裝上五六噸的電池，一是車變重了，電耗更大；二是車內(nèi)空間全占了。但我現(xiàn)在的車身，減了2噸電池，續(xù)航里程也是500公里，空間也出來了——低地板或者是很大的行李艙，都沒問題。”
7 T0 U+ l7 v; y1 }% m+ X那么成本會(huì)不會(huì)急劇上升？李宏運(yùn)說，車身造價(jià)肯定會(huì)增加，復(fù)合材料車身可能會(huì)比鋁合金車身要翻一倍，但是整車的成本并不一定增長(zhǎng)很多。因?yàn)殡姵爻杀敬蠓�下降，“電池一噸起碼要20萬吧。”
8 D0 C' o7 s* G+ V李宏運(yùn)透露，應(yīng)用這一車身的一款電動(dòng)大巴目前在中國(guó)汽車研究中心測(cè)試，也會(huì)爭(zhēng)取上工信部公告。
* ^, {: Y- M& c與航空復(fù)合材料技術(shù)同源
4 ]; \: G; Z* s4 |+ i用復(fù)合材料替代鋼材、合金鋼，從而降低車輛的質(zhì)量，提高效率節(jié)約能源，但前提是：復(fù)合材料能夠替代鋼材嗎？
李宏運(yùn)介紹說，碳纖維和樹脂復(fù)合到一起的時(shí)候，樹脂是基體，碳纖維是增強(qiáng)體，強(qiáng)度、輕量化表現(xiàn)都好很多。“我們T300級(jí)的碳纖維復(fù)合材料，是標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的，不是最高檔的，拉伸強(qiáng)度為3500 MPA，是鋼的7-9倍。”
$ o; S& z/ j: v7 @與此同時(shí)，碳纖維材料的密度是1.7g/cm3，做成復(fù)合材料以后的密度為1.5 g/cm3左右。而鋼的密度一般要到7.8 g/cm3。“對(duì)汽車的減重效果非常明顯，和一般鋼件相比，減重超過50%以上。和鋁合金相比，減重也要達(dá)到30%以上。”
+ ~1 H! a# T9 Y4 x' N李宏運(yùn)介紹，復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用是一個(gè)漸進(jìn)的過程。“首先是在覆蓋件上，四門兩蓋(四個(gè)車門，引擎蓋和后備箱蓋)，是非承力結(jié)構(gòu)。第二步要往次承力結(jié)構(gòu)，像現(xiàn)在的寶馬i3的車身結(jié)構(gòu)。再往下發(fā)展就要用到主承力結(jié)構(gòu)，包括傳動(dòng)軸、底盤，還有輪轂等。”
李宏運(yùn)透露，該公司已經(jīng)向某些國(guó)內(nèi)知名車企交付了碳纖維前艙蓋，也在和一汽、北汽等設(shè)計(jì)開發(fā)覆蓋件，除了發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、后備箱蓋，還有裝飾板、尾翼、前圍、后圍等。
中航工業(yè)復(fù)材的汽車用復(fù)合材料，并非無緣之木。此前，該公司在航空復(fù)合材料的研究應(yīng)用上，已經(jīng)多年。中航工業(yè)復(fù)材是中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司所屬企業(yè)，整合中航工業(yè)北京航空材料研究院(621所)和北京航空制造工程研究所(625所)復(fù)合材料專業(yè)后組建。該公司制造的航空復(fù)合材料，已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于中國(guó)的航空領(lǐng)域。李宏運(yùn)此前長(zhǎng)期擔(dān)任621所的技術(shù)帶頭人，是碳纖維材料航空應(yīng)用研究的學(xué)術(shù)帶頭人之一。
( O  g7 e( D) j復(fù)合材料汽車應(yīng)用需“一條龍”
2013年7月，寶馬正式發(fā)布首款量產(chǎn)電動(dòng)車i3，除了電力驅(qū)動(dòng)，大量運(yùn)用的碳纖維材料也讓世人一驚。其乘員座艙模塊由全碳纖維復(fù)合材料制造，艙內(nèi)也大量運(yùn)用碳纖維復(fù)合材料，使得這款電動(dòng)車的整備質(zhì)量?jī)H為1195公斤，續(xù)航里程可達(dá)160公里，百公里加速僅需7.2秒。
那么中國(guó)的車企能否也采用類似的材料和工藝來造車？李宏運(yùn)表示，要如此大規(guī)模的使用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，涉及產(chǎn)業(yè)鏈上的各家企業(yè)。“必須是整車的制造商牽引，從設(shè)計(jì)開始，統(tǒng)籌考慮這個(gè)事情，后面像零部件制造領(lǐng)域的、材料領(lǐng)域的企業(yè)都得配合起來。”
“從設(shè)計(jì)技術(shù)、材料技術(shù)、制造和工藝裝備以及考核驗(yàn)證上，中國(guó)的復(fù)合材料應(yīng)用都存在很多的差距。傳統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)能力基本是以金屬材料為基礎(chǔ)的，對(duì)復(fù)合材料怎么去設(shè)計(jì)怎么應(yīng)用，沒有太多的概念。而復(fù)合材料的構(gòu)件制造廠商，目前都不是批量化的水平，很多都是手工作坊式的在做。”
  e0 i1 m. ?) w0 F: P! s) V更大的問題是產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)系。“復(fù)合材料制造和設(shè)計(jì)結(jié)合不起來。整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上的銜接非常松散，各做各的。碳纖維想從材料一直做到車。做復(fù)合材料的企業(yè)也想恨不得全吃了。做汽車行業(yè)也想什么都做，但是產(chǎn)業(yè)鏈中間的結(jié)合，沒有人做。”
  L' Z; B' ^4 O6 I* x7 t! ]中航工業(yè)復(fù)材目前具備零部件的設(shè)計(jì)能力，也有材料的研發(fā)和制造工藝。如果與汽車整車廠結(jié)合起來，能把這條產(chǎn)業(yè)鏈串起來。“如果說是一條龍的話，整車廠是龍頭，復(fù)材公司要起到龍身的作用，下游的碳纖維廠家作為龍尾支撐，這樣一條龍才舞得起來。”
中航工業(yè)復(fù)材目前已準(zhǔn)備好了一個(gè)商業(yè)模式。李宏運(yùn)介紹，“整車廠只需要將總體要求告訴我們，我們做設(shè)計(jì)，推薦材料，研發(fā)工藝，包括技術(shù)文件開發(fā)——這都是解決方案了。小批生產(chǎn)時(shí)，就在中航工業(yè)復(fù)材組建示范線，供幾萬件級(jí)的零部件。將來真的需要量產(chǎn)，比如說十萬輛的車，就在示范線的基礎(chǔ)上做成一套大的生產(chǎn)線。車企可以選擇入股，或者購(gòu)買外遷。”
目前中航工業(yè)復(fù)材已經(jīng)在設(shè)計(jì)建設(shè)這樣的生產(chǎn)線。該公司在復(fù)合材料中間材料上，已經(jīng)有了產(chǎn)能準(zhǔn)備，預(yù)浸料可年產(chǎn)300萬平米，樹脂可年產(chǎn)600噸。預(yù)浸料是樹脂和纖維復(fù)合結(jié)合而成，是碳纖維部件的中間材料。
李宏運(yùn)觀察，中國(guó)車企對(duì)碳纖維復(fù)合材料技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈的供應(yīng)能力及成本比較擔(dān)憂。對(duì)此，中航復(fù)材要扮演復(fù)合材料的高端技術(shù)研發(fā)領(lǐng)頭人，推動(dòng)復(fù)合材料應(yīng)用，同時(shí)創(chuàng)新經(jīng)營(yíng)管理模式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)跨越發(fā)展。“復(fù)合材料應(yīng)用，不推是不進(jìn)的。所以我們一定幫著應(yīng)用行業(yè)解決技術(shù)問題，解決產(chǎn)業(yè)鏈上下游的銜接問題，解決產(chǎn)能問題，這是我們這個(gè)公司的一個(gè)戰(zhàn)略。”


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國(guó)運(yùn)昌久

大神好，俺最近在看PDCPD,,聚雙環(huán)戊二烯。輕量化，想代理呢，比較猶豫，再看相關(guān)資料，翻墻也翻不出去

zzgghh17

續(xù)航最重要