近年來(lái)，隨著節(jié)能減排、綠色環(huán)保的理念日益盛行和政府相關(guān)政策的大力扶持，我國(guó)新能源汽車(chē)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，，2017年，中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)均接近80萬(wàn)輛，分別達(dá)到79.4萬(wàn)輛和77.7萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)53.8%和53.3%，。中汽協(xié)數(shù)據(jù)顯示，2018年1-6月新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成41.3萬(wàn)輛和41.2萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)94.9%和111.6%，上半年表現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于前幾年。

在新能源汽車(chē)高歌猛進(jìn)的同時(shí)，整個(gè)行業(yè)亦面臨著新的挑戰(zhàn)，“里程焦慮”可謂是必須破解的頭等難關(guān)。

應(yīng)對(duì)之策有三：一是增加電池容量、提升能量密度、；二是應(yīng)用輕量化技術(shù)為汽車(chē)減重“瘦身”；三是加快充換電樁站布局、緩解充電難題。

有業(yè)內(nèi)人士表示，目前在動(dòng)力電池相關(guān)技術(shù)短期內(nèi)難有重大突破和充換電樁站布局相對(duì)滯后等綜合因素制約下，碳纖維輕量化新能源汽車(chē)將迎來(lái)春天，且“風(fēng)景這邊獨(dú)好”。

有專(zhuān)家表示：未來(lái)能夠顛覆汽車(chē)行業(yè)或者把汽車(chē)行業(yè)帶到更高高度的有兩件事情：一個(gè)是AI(人工智能)，第二個(gè)就是碳纖維輕量化，用碳纖維復(fù)合材料顛覆金屬材料。

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料有著絕佳的物理特性：比鋁輕30%、比鋼輕50%，強(qiáng)度卻是鋼的7至9倍，最早用于航空、航天、軍工等科技高精尖領(lǐng)域。業(yè)界公認(rèn)，CFRP(碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)是目前解決新能源汽車(chē)減重的最好方法，碳纖維的應(yīng)用可使汽車(chē)減重30%~60%，被譽(yù)為“輕量化之王”，是新能源汽車(chē)“瘦身革命”的領(lǐng)導(dǎo)者，在汽車(chē)輕量化方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

那么，碳纖維輕量化新能源汽車(chē)的現(xiàn)狀與應(yīng)用前景如何？

本文嘗試分析，供業(yè)界評(píng)鑒。

材料革命

汽車(chē)材料產(chǎn)業(yè)的規(guī)律是，當(dāng)一種材料壟斷已經(jīng)形成，后來(lái)者就很難完全顛覆，只有等待下一次產(chǎn)業(yè)革新浪潮。如今，隨著新能源汽車(chē)時(shí)代的加速到來(lái)，一個(gè)全新的、充滿(mǎn)想象空間的汽車(chē)用材料市場(chǎng)機(jī)會(huì)正在開(kāi)啟。碳纖維復(fù)合材料等汽車(chē)非金屬材料正迎來(lái)一個(gè)前所未有的歷史黃金期。

相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料，密度低、比性能高，無(wú)蠕變，非氧化環(huán)境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線(xiàn)透過(guò)性好。碳纖維的強(qiáng)度高于超高強(qiáng)度鋼2倍以上，比鋁輕30%、比鋼輕50%，強(qiáng)度卻是鋼的7至9倍，因?yàn)橹亓繕O輕、吸震能力優(yōu)秀、舒適性高，但表面硬度不佳，當(dāng)施予的外力高于其破壞強(qiáng)度時(shí)，會(huì)造成斷裂，也因?yàn)檫@個(gè)原因，碳纖維具備了在發(fā)生碰撞時(shí)強(qiáng)大的吸能表現(xiàn)。傳統(tǒng)的鈑金修復(fù)工作，對(duì)于碳纖維車(chē)身并不適用，發(fā)生碰撞后產(chǎn)生的形變部件，同樣也是以更換為主。其工藝復(fù)雜程度也無(wú)法只用“織毛衣”將其比喻，把“碳”加工成一塊適用的碳纖維板材要經(jīng)過(guò)上百道復(fù)雜工藝，成本高昂。

如果以耗鋼材400kg為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，可以得出不同材料的減重?cái)?shù)據(jù)：高強(qiáng)度鋼材需要320kg，鋁合金240kg，鎂合金220kg，復(fù)合材料160kg，減重潛力分別為：10%—20%、40%、50%以及復(fù)合材料的60%。

近年來(lái)，隨著政策的持續(xù)引導(dǎo)和資本的不斷注入，國(guó)內(nèi)碳纖維行業(yè)迎來(lái)快速發(fā)展，中國(guó)企業(yè)的努力不僅使這種差距縮小，而且大大降低了進(jìn)口碳纖維的價(jià)格。工信部《石化和化學(xué)工業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016-2020年)》提出加快發(fā)展高性能碳纖維及復(fù)合材料，重點(diǎn)突破高強(qiáng)碳纖維低成本、連續(xù)穩(wěn)定、規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)，加快高強(qiáng)中模、高強(qiáng)高模級(jí)碳纖維產(chǎn)業(yè)化突破。同時(shí)專(zhuān)項(xiàng)扶持基金逐漸完備?？档眯隆⒔鸢l(fā)科技、和邦生物、海源機(jī)械、精功科技等上市公司或其股東集團(tuán)資本不斷注入，布局碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈。依托上市公司和股東集團(tuán)大平臺(tái)，有利于整合資源技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提供資金保障，加快國(guó)內(nèi)碳纖維行業(yè)發(fā)展。　　隨著碳纖維復(fù)合材料快速成型工藝的技術(shù)突破，使得碳纖維復(fù)合材料已經(jīng)能夠滿(mǎn)足汽車(chē)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的需要。此外，隨著碳纖維原料本身生產(chǎn)工藝的成熟，碳纖維的成本在這幾年也有了比較大的下降。

尤其值得關(guān)注的是，在成型技術(shù)和汽車(chē)輕量化方面，康得復(fù)合材料有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“康得復(fù)材”)走在了前面。從2011年起，康得集團(tuán)、康得新集團(tuán)整合優(yōu)質(zhì)資源，打造了全球唯一的碳纖維輕量化生態(tài)平臺(tái)，成為一個(gè)為汽車(chē)碳纖維輕量化提供系統(tǒng)解決方案的服務(wù)提供商。在法國(guó)巴黎舉辦的JEC國(guó)際復(fù)合材料展會(huì)上，康得復(fù)材首發(fā)展出了一款全碳纖維復(fù)合材料車(chē)身，在成功解決了碳纖維復(fù)合材料白車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、精確制造及白車(chē)身裝配等難題后，實(shí)現(xiàn)了車(chē)身結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)。

2018年4月25日-5月4日，兩年一度的北京國(guó)際車(chē)展盛大舉行，國(guó)內(nèi)碳纖維復(fù)合材料的領(lǐng)軍者，康得復(fù)合材料有限責(zé)任公司(下稱(chēng)“康得復(fù)材”)攜全碳纖維車(chē)身、玻纖板簧、Surface-RTM零部件等最新研發(fā)產(chǎn)品盛裝亮相，展示中國(guó)汽車(chē)碳纖維復(fù)合材料輕量化的最高水平?？档脧?fù)材首次帶來(lái)了產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈企業(yè)完全自主設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和制造的全碳纖維車(chē)身?？档脧?fù)材副總裁、首席技術(shù)官(CTO)兼康得新歐洲復(fù)合材料研發(fā)中心總經(jīng)理及KDXRoding歐洲汽車(chē)設(shè)計(jì)中心聯(lián)合總經(jīng)理何鵬博士稱(chēng)，康得復(fù)材集中展示了過(guò)去兩年發(fā)展的成果，標(biāo)志著中國(guó)已經(jīng)具備了汽車(chē)復(fù)合材料輕量化設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造及量產(chǎn)的能力。在康得復(fù)材的帶動(dòng)下，中國(guó)汽車(chē)碳纖維復(fù)合材料輕量化實(shí)現(xiàn)了從0到1的重大突破。目前，康得復(fù)材在廊坊的產(chǎn)業(yè)基地一期產(chǎn)能已經(jīng)全部建設(shè)完成，正在著手進(jìn)行二期150萬(wàn)件產(chǎn)能的建設(shè)，同時(shí)已經(jīng)開(kāi)始常州碳纖維復(fù)合材料基地600萬(wàn)件產(chǎn)能的建設(shè)。

有專(zhuān)家指出，2016年碳纖維在全球范圍的應(yīng)用中汽車(chē)業(yè)占比12%，其中中國(guó)是3%，預(yù)計(jì)2020 年全球碳纖維需求量將達(dá)13 萬(wàn)噸，2020 年國(guó)內(nèi)需求量將達(dá)到2.9 萬(wàn)噸，進(jìn)口替代需求迫切。

隨著汽車(chē)和民用航空碳纖維輕量化市場(chǎng)的啟動(dòng)，中國(guó)將成為全球最大的碳纖維市場(chǎng)。碳纖維的進(jìn)一步國(guó)產(chǎn)化、規(guī)模化，將成為支持我國(guó)高端工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。

應(yīng)用現(xiàn)狀

相關(guān)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，跨國(guó)車(chē)企在碳纖維車(chē)用領(lǐng)域的研發(fā)和應(yīng)用布局已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在前列。

碳纖維應(yīng)用于汽車(chē)材料的歷史最早可以追溯到1953年，世界第 1 臺(tái)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料汽車(chē)——GM Corvette制造成功。

美國(guó)通用汽車(chē)公司1992年展出了由碳纖維復(fù)合材料制造車(chē)身的超輕概念車(chē)，車(chē)身質(zhì)量為191.0 kg，整車(chē)質(zhì)量降低68%，節(jié)油40%。

寶馬集團(tuán)憑借十多年的深入研究以及工藝、材料、設(shè)備和工具的優(yōu)化，以及在量產(chǎn)車(chē)中使用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)積累的經(jīng)驗(yàn)，成為目前唯一掌握在大規(guī)模生產(chǎn)中使用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)科技的汽車(chē)制商，車(chē)用碳纖維的年產(chǎn)能將達(dá)到9000噸，在這一領(lǐng)域具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。2011年，BMW正式發(fā)布出行新紀(jì)元的BMW。

其全碳纖維承載式車(chē)身總重只有112.2公斤。號(hào)稱(chēng)“寶馬有史以來(lái)技術(shù)最先進(jìn)的車(chē)型”的寶馬i系將再引領(lǐng)業(yè)界汽車(chē)發(fā)展的潮流。其車(chē)型的4門(mén)兩蓋也都是復(fù)材(外板-工程塑料，內(nèi)加強(qiáng)板-玻纖碳纖增強(qiáng))材料制成。目前，碳纖維復(fù)合材料制成的車(chē)身結(jié)構(gòu)件已在德國(guó)寶馬公司開(kāi)發(fā)的Z-9和Z-22系列中大量采用。預(yù)測(cè)今后寶馬在CFRP(碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)的應(yīng)用方面會(huì)繼續(xù)領(lǐng)先。

德國(guó)大眾汽車(chē)公司的“2L車(chē)”CC1研究項(xiàng)目，碳纖維復(fù)合材料用于車(chē)身的比例高達(dá)45%。通用汽車(chē)公司采用碳纖維復(fù)合材料制成的Chevrolet

福特和保時(shí)捷的發(fā)動(dòng)機(jī)罩也全部采用了碳纖維復(fù)合材料，在安全性不降低的前提下獲得了極高的輕量化效果。

毫無(wú)疑問(wèn)，碳纖維快速成型工藝的突破、原料成本的下降、新能源汽車(chē)車(chē)身經(jīng)量化的迫切需求，三個(gè)因素共同推動(dòng)全球新能源汽車(chē)碳纖維車(chē)身輕量化應(yīng)用進(jìn)入快速增長(zhǎng)的階段。

各大汽車(chē)企業(yè)紛紛與碳纖維巨頭合作，布局碳纖維輕量化業(yè)務(wù)。2015年全球碳纖維汽車(chē)市場(chǎng)需求量約8700 噸，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，年均增速21%，到2020 年需求量將超過(guò)2 萬(wàn)噸，將成為增長(zhǎng)最快和需求最大的領(lǐng)域之一。

與國(guó)外巨頭相比，國(guó)內(nèi)車(chē)企在碳纖維領(lǐng)域的應(yīng)用尚處在初期研發(fā)、小規(guī)模應(yīng)用的階段，原因在于：目前，碳纖維復(fù)合材料成本高昂、批量化制造工藝和裝備缺乏等因素嚴(yán)重制約了其在汽車(chē)領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。

但仍有為數(shù)漸多的國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)企業(yè)和碳纖維復(fù)合材料企業(yè)正加速在車(chē)用碳纖維材料領(lǐng)域的布局。

2018年6月30日，前途汽車(chē)首款量產(chǎn)車(chē)——前途K50在前途汽車(chē)蘇州生產(chǎn)基地正式量產(chǎn)下線(xiàn)。前途K50最值得關(guān)注的，是它的車(chē)身材質(zhì)：車(chē)殼材質(zhì)全部采用碳纖維材料，29個(gè)碳纖維復(fù)合材料零部件總重量?jī)H為46.7kg，比使用傳統(tǒng)鋼板材料減重40%以上，比使用鋁合金材料減重20%以上，并且采用免噴漆的覆膜技術(shù)，將整車(chē)重量盡可能降至最低；同時(shí)底盤(pán)部分采用全鋁材質(zhì)，全鋁合金框架式車(chē)身僅重243kg，比使用傳統(tǒng)鈑金鋼制車(chē)身減重約38%，進(jìn)一步降低車(chē)重。自創(chuàng)立之初，前途汽車(chē)便致力于自主打造完整的新能源造車(chē)體系，目前其也已掌握三大核心技術(shù)：整車(chē)控制管理系統(tǒng)(VCU)、可再充電能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)(RESS)、新材料和輕量化技術(shù)，使用戶(hù)可充分體驗(yàn)到電動(dòng)汽車(chē)所帶來(lái)的駕駛樂(lè)趣。截止6月20日，共提交專(zhuān)利申請(qǐng)1190項(xiàng)，其中415項(xiàng)已獲得授權(quán)。前途汽車(chē)研究院副院長(zhǎng)、總經(jīng)理熊飛表示，對(duì)于新造車(chē)勢(shì)力而言，碳纖維是一個(gè)比較好的替代方案，前途汽車(chē)沒(méi)有涂裝，寶馬i3也沒(méi)有涂裝，只有焊裝和總裝。

而作為碳纖維汽車(chē)輕量化解決方案領(lǐng)域最重要的供應(yīng)商之一，康得復(fù)材、康得新已為北汽集團(tuán)、蔚來(lái)、上汽集團(tuán)、長(zhǎng)安汽車(chē)、吉利汽車(chē)、長(zhǎng)城汽車(chē)、威馬汽車(chē)等多家車(chē)企提供服務(wù)。

未來(lái)已來(lái)

近年來(lái)，新能源車(chē)成為全球汽車(chē)工業(yè)發(fā)展大趨勢(shì)。工信部部長(zhǎng)苗圩曾在“2017中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)論壇”上表示，工信部牽頭編制了《汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，明確了到2020年我國(guó)新能源汽車(chē)年產(chǎn)量將達(dá)到200萬(wàn)輛，2025年會(huì)達(dá)到600萬(wàn)輛以及到2025年我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量占總銷(xiāo)量的比例達(dá)到20%以上的發(fā)展目標(biāo)。

縱覽當(dāng)前新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況，可以發(fā)現(xiàn)，碳纖維復(fù)合材料(CFRP)在新能源汽車(chē)中的廣泛運(yùn)用是一種必然結(jié)果，也是新能源汽車(chē)企業(yè)進(jìn)行汽車(chē)生產(chǎn)與制造的必然選擇。據(jù)測(cè)算，在同樣續(xù)航里程條件下，電動(dòng)汽車(chē)的重量比傳統(tǒng)汽車(chē)要超過(guò)200~300kg甚至更多。因此為保證電動(dòng)汽車(chē)有較好續(xù)航里程和可承受的成本，電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)身重量須減重50%以上。在所有輕量化材料中，CFRP是唯一能將鋼質(zhì)零部件減重50~60%，卻能夠提供同等強(qiáng)度的先進(jìn)材料。

目前，中國(guó)新能源電動(dòng)車(chē)實(shí)現(xiàn)全球引領(lǐng)的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)圖》規(guī)定，2026年至2030年的第三階段，實(shí)現(xiàn)整車(chē)比2015年減重35%，重點(diǎn)發(fā)展鎂合金和碳纖維復(fù)合材料技術(shù)，實(shí)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料混合車(chē)身及碳纖維零部件的大范圍應(yīng)用，碳纖維使用量占車(chē)重達(dá)到5%?？梢詳喽?，伴隨著2020年汽車(chē)減重10%，2025年減重20%，2030年減重達(dá)到30%目標(biāo)的臨近，碳纖維復(fù)合材料(CFRP)在新能源汽車(chē)行業(yè)中的運(yùn)用范圍與運(yùn)用比例將會(huì)有很大程度上的提升，這一切將使中國(guó)成為全球最大的碳纖維輕量化新能源汽車(chē)市場(chǎng)，引領(lǐng)全球碳纖維產(chǎn)業(yè)的未來(lái)。

而新能源汽車(chē)碳纖維輕量化的全新時(shí)代也將由此到來(lái)。