一文看懂碳纤维在汽车轻量化应用中的核心技术

轻质高强是材料发展永恒主题，从石器时代至今，碳纤维复合材料是目前工程上可以大规模应用比强度最高的材料；碳纤维经过50多年发展，技术开始成熟，大规模应用时机已经到来；碳纤维大规模应用，将使制造业发生又一次革命。

2017年全球碳纤维需求约8万吨、中国大陆2.3万吨，中国规划2030年15万吨：





2017年中国碳纤维产业现状：消耗2.3万吨，产能2.6吨，产量0.74万吨，开始能够满足制造业规模应用需求：



设XX电动车5万辆/年，每车用20公斤CFRP，需要约12公斤CF，共需600吨CF/年。我国2017年有11条CF千吨线，实际销售7400吨，完全可以满足几个车型需求。如果有销路，可随时扩大碳纤维生产规模。

中国碳纤维产业面临的挑战与出路

国内现状：我国碳纤维产业呈现出“三多三少”的尴尬状况: 企业多龙头少，产能多产量少，用量多国产少；

国际环境：我国碳纤维产业发展“前有堵截、后有追兵”，不仅面临日美的高端禁运和低端挤压，也面临韩/土耳其/印度等后发国家的快速追赶，生存环境严峻；

碳纤维在制造业应用，将形成中国特色碳纤维产业：中国汽车、高铁、建筑、造船等众多产业产量世界第一，如果你形成碳纤维与金属混杂使用，将形成巨大的碳纤维产业；

碳纤维在制造业应用，将巨大提升中国制造业国际竞争力：中国制造2025优先发展10大领域，有8大领域迫切需要CFRP；交通运输工具轻量化，节能减排，提升续航里程；运动部件惯性减少，提高精度，提高速度；装备抗腐蚀，提高安全性，提高寿命。

1.全产业链低成本化技术体系与批量供应链体系是碳纤维在制造业大规模应用的关键

•降低CFRP成型过程和树脂成本是重点：航空航天级碳纤维价格1000元/Kg，CFRP制品价格1-2万/Kg，增加10-20倍；汽车用碳纤维100-130元/Kg, CFRP零部件500-2000元/Kg,增加3-20倍；



2.碳纤维制造成本不断降低：制造新技术不断涌现+规模不断扩大

全球碳纤维制造成本不断降低（T700碳纤维2015年350元/Kg,2018年100-130元/Kg）：规模不断扩大（全球2017年产能8.4万吨，预计2020年11万吨；中国规划2030年15万吨）；碳纤维制造新技术不断涌现（高效氧化碳化、微波、等离子体、沥青基、PE基等）。



碳纤维在汽车轻量化应用技术发展

碳纤维与金属混杂，将改变汽车产业组织模式



宝马是碳纤维在汽车应用的先驱
率先建立应用技术体系、供应链体系、量产车型应用示范



碳纤维在量产车型应用案例

1.宝马i3—CFRP车身



2.宝马7系—CFRP增强B柱



3.奥迪A8—CFRP后壁板



预计全球2020年前将有一批量产车型使用CFRP



碳纤维在汽车轻量化应用的核心技术

中国是汽车制造大国，碳纤维与金属混杂，结合中国新能源汽车产业，有望形成中国特色汽车产业及其车用碳纤维新兴产业。



核心技术一：汽车CFRP模块化结构设计、验证与评价

模块化CFRP结构技术体系正在形成：减少零部件数量，减少模具费用，减少连接，减低制造成本；有利于低成本自动化量产。

模块化CFRP结构技术体系正在形成：减少零部件数量，减少模具费用，减少连接，减低制造成本；有利于低成本自动化量产。

核心技术二：CFRP低成本自动化量产技术与装备

低成本自动化量产新技术与设备是成败的关键：可降低生产成本、提高质量稳定性、提高生产节拍，是CFRP在制造业大规模应用的核心技术；全球有一大批自动化设备公司与工艺结合，开发各种新成型技术与新装备。



核心技术三：热塑性复合材料CFRTP快速成型技术

热塑性复合材料是汽车轻量化的重要发展方向，技术不断进步：回收循环、维修方便、成型快、成本低、韧性好、耐湿热性能好。

热塑性复合材料是汽车轻量化的重要发展方向，技术不断进步：CFRTP板材--预热--冷模具冲压，有望几秒完成成型，速度快，成本低。



挖掘CFRP在汽车应用价值







综上，碳纤维在汽车轻量化应用的发展建议如下：

1.加大政府支持力度，发挥企业主力军作用；

2.建立中国汽车轻量化CFRP技术体系和供应链体系，形成量产车型应用示范效应；

3.加强汽车轻量化专用原材料开发：工业用碳纤维低成本制造新技术，汽车专用碳纤维牌号，车用快速固化树脂与预浸料，降低产业链成本；

4.加强低成本自动化量产技术与装备开发，包括：1）快速固化树脂与预浸料、低成本快速成型新技术、低成本自动化量产设备；2）热塑性复合材料低成本制造技术及其自动化装备；

5.加强交叉学科人才培养。

参考资料：中国工程院 蒋士成的演讲“国产碳纤维与汽车轻量化技术发展”