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作者介紹：潘鼎，東華大學(xué)材料學(xué)學(xué)科研究員、博士生導(dǎo)師?，F(xiàn)任中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)增強(qiáng)體專業(yè)委員會(huì)主任委員。主要研究成果有“硝酸一步法聚丙烯腈原絲”獲國(guó)防科委科技成果二等獎(jiǎng) 、“化學(xué)纖維成型理論和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的研究”獲國(guó)家教委二等獎(jiǎng)等。
前一段時(shí)間我們發(fā)過(guò)一篇文章：全球汽車用碳纖維復(fù)合材料（CFRP）研究報(bào)告（溫馨提示：點(diǎn)擊即可閱讀文章），主要對(duì)碳纖維的開(kāi)發(fā)模式和關(guān)鍵技術(shù)做了簡(jiǎn)單的介紹；這篇文章主要談的是國(guó)內(nèi)外碳纖維在汽車上應(yīng)用的成果，內(nèi)容比較全面、通俗易懂，相信看完之后您會(huì)對(duì)國(guó)內(nèi)外的碳纖維的市場(chǎng)應(yīng)用會(huì)有比較全面的了解！
一、國(guó)外車用碳纖維現(xiàn)狀
CFRP應(yīng)用領(lǐng)域領(lǐng)跑全球的是德國(guó)寶馬公司。2014年5月9日，西格里集團(tuán)和寶馬集團(tuán)在位于美國(guó)華盛頓州摩西湖的西格里汽車碳纖維公司（SGLAutomotive Carbon Fibers）摩西湖工廠舉辦擴(kuò)產(chǎn)奠基儀式。碳纖維年產(chǎn)量提升至目前的三倍。年產(chǎn)能將達(dá)到9000噸。將成為世界上最大的碳纖維生產(chǎn)基地。
圖1：西格里集團(tuán)
1、寶馬車用CFRP生產(chǎn)流程
1）西格里集團(tuán)和日本三菱人造纖維公司生產(chǎn)PAN原絲。
2）摩西湖工廠將原絲轉(zhuǎn)化為碳纖維。
3）由德國(guó)瓦克斯多夫的第二個(gè)合資工廠將碳纖維加工成不同類型的編織材料。
4）碳纖維織物被運(yùn)往寶馬工廠，用于汽車零部件的生產(chǎn)。
2、寶馬汽車i系列
目前，BMW i車型使用的碳纖維材料全部來(lái)自摩西湖工廠。截至2014年4月，萊比錫工廠BMW i3純電動(dòng)汽車的日產(chǎn)能為100臺(tái)，累計(jì)生產(chǎn)超過(guò)5,000臺(tái)?；仡櫾摴鹃_(kāi)發(fā)“i系列”車的簡(jiǎn)要?dú)v史:
2007年中，確定持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略
2008年，宣布把碳纖復(fù)材帶入汽車主流材料
2010年，宣布與SGL合作，參股SGL,并建立合資碳纖維廠
2013年7月，寶馬i3純電動(dòng)車首發(fā);同年9月，揭幕i8混合動(dòng)力車
2014年底i3與i8成果,應(yīng)用于寶馬7系車上，底盤將使用CFRP
2015年借鑒7系車型的輕量化技術(shù)，用于新一代寶馬5系和3系車
回復(fù)“寶馬”，查看更多相關(guān)文章
3、結(jié)構(gòu)與水平
BMW i新能源汽車專用的LifeDrive輕量化車輛架構(gòu)：由整體由碳纖維復(fù)合材料打造的Life—乘員座艙模塊以及以電驅(qū)動(dòng)為核心、包括純電及插電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的eDrive驅(qū)動(dòng)模塊組成。
零排放的BMW i3是最創(chuàng)新的純電動(dòng)汽車，采用BMW eDrive驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)160~285公里的最大續(xù)航里程和百公里加速7.2秒的敏捷性能。
全新BMW i 8實(shí)現(xiàn)4.4秒的0-100公里/小時(shí)加速能力，綜合百公里油耗僅2. 1升。
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4、汽車輪轂和其他部件
寶馬公司或?qū)⒃谖磥?lái)一到兩年內(nèi)為旗下車型配備大量的碳纖維部件特別是碳纖維輪轂，這將大幅度降低汽車的重量。
寶馬公司的CFRP輪轂是與i系列汽車同時(shí)開(kāi)發(fā)的，包括全CFRP輪轂和CFRP輪輞加合金輪輻的輪轂。全CFRP輪轂的重量比鍛造合金輪轂輕35%，而合金加CFRP輪轂比鍛造合金輪轂輕25%，這將顯著降低整車的重量。寶馬公司能夠在兩年內(nèi)把這種輪轂推向市場(chǎng)。
圖2：CFRP輪轂
其他可能采用CFRP材料的部件包括方向盤和傳動(dòng)軸，其中傳動(dòng)軸將作為單獨(dú)配件配備新寶馬M3和M4。此外寶馬還在大力宣揚(yáng)他們的碳纖維材料二次利用，例如i3和i8汽車的邊角料可以用來(lái)取代傳統(tǒng)鋁鎂合金材料制作IP支撐結(jié)構(gòu)，座架以及備用車輪。
圖3：CFRP材料方向盤
5、寶馬汽車其他車型碳纖維情況
寶馬旗下的M車型一直是性能的代名詞，X6M作為新晉成員也跟隨了傳統(tǒng)，4.4LV8雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)可提供最大555馬力的功率，百公里加速只需4.7秒，雖然它的底盤調(diào)校不像M3那樣激進(jìn)，但對(duì)于大個(gè)子來(lái)說(shuō)，它也算是身手敏捷了，X6M的內(nèi)飾使用了大量碳纖維材料，這讓本身就有火藥味的它又增加了一抹戰(zhàn)斗氣息。
圖4：寶馬X6M內(nèi)飾
寶馬公司開(kāi)發(fā)的BMW3系列的Touring和X5的后擾流板，BMWZ4硬頂、后保險(xiǎn)杠支架等，都是采用Zoltek公司生產(chǎn)的大絲束CF。
6、國(guó)外其他碳纖維汽車欣賞
圖5：蘭博基尼全碳纖維轎車
圖6：奧迪CFRP電動(dòng)汽車
圖7：英國(guó)“尋血獵犬” (Bloodhound)的超音速汽車，碳纖維車身；超音速汽車時(shí)速高達(dá)447m/s，超過(guò)64 式手槍子彈初速300m/s。
圖8：蘭博基尼Aventador 1:8模型車碳纖維打造拍賣價(jià)350萬(wàn)歐元
圖9：法拉利車隊(duì)全新碳纖維F10賽車
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二、國(guó)內(nèi)車用碳纖維現(xiàn)狀
CFRP在汽車工業(yè)中，年用量比例還不大，應(yīng)用較為成熟的技術(shù)大部分僅集中在非連續(xù)纖維復(fù)合材料成型工藝上。在連續(xù)纖維快速成型方面，只重點(diǎn)突破了以熱塑性復(fù)合材料快速熱壓成型和快速樹(shù)脂流動(dòng)成型為代表的低成本復(fù)合材料部件制造關(guān)鍵技術(shù)。
實(shí)現(xiàn)了部分連續(xù)化自動(dòng)化生產(chǎn)，及連續(xù)碳纖維復(fù)合材料片材、板材及部分部件的連續(xù)自動(dòng)化制備，初步建立了車用復(fù)合材料部件生產(chǎn)示范線。
1、《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》（2012-2020年）
根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》（2012-2020年）的規(guī)劃，到2015年，純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量力爭(zhēng)達(dá)到50萬(wàn)輛，油耗當(dāng)量提升為14.5KM/L。
到2020年，純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車生產(chǎn)能力達(dá)200萬(wàn)輛、累計(jì)產(chǎn)銷量超過(guò)500萬(wàn)輛，油耗當(dāng)量提升為20KM/L，新能源汽車、動(dòng)力電池及關(guān)鍵零部件技術(shù)整體上達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
2、國(guó)內(nèi)首部碳纖維電動(dòng)汽車
2011年8月，中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院汽車電子研究中心等單位研制的國(guó)內(nèi)首部碳纖維電動(dòng)汽車。
整車大量使用碳纖維部件，大大降低了車身重量，僅有1.1噸; 轂減重29%，阻尼系數(shù)提高15倍，且達(dá)到良好的減壓性能。
圖10：國(guó)內(nèi)首部碳纖維電動(dòng)汽車
3、碳纖維插電式混合動(dòng)力車“艾瑞澤7”
2014年5月，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所與奇瑞汽車聯(lián)合打造的碳纖維插電式混合動(dòng)力車“艾瑞澤7”車型。車身采用CFRP，外殼重量減輕10%，油耗降低7%；車身總體減重達(dá)40%～60%后，整體可操控性加強(qiáng)，帶來(lái)更為出色的加速感受。
通過(guò)復(fù)合材料體系研究、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)、快速成型工藝研究以及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件性能驗(yàn)證與評(píng)估，基本突破了汽車結(jié)構(gòu)件用復(fù)合材料的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料汽車結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)和快速制造提供了有力支撐。
圖11：艾瑞澤7
4、碳纖維復(fù)材結(jié)構(gòu)件成型技術(shù)
2014年6月，中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所、化學(xué)研究所等單位聯(lián)合研制出連續(xù)碳纖維復(fù)合材料快速熱壓成型成套裝備，及連續(xù)碳纖維復(fù)合材料汽車部件的自動(dòng)化設(shè)備。效率達(dá)到56件/天。
分別采用陰離子聚酰胺6(APA6)及聚環(huán)狀對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)熱塑性單體，經(jīng)原位合成型制備出大尺寸復(fù)合材料汽車底板。突破了碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件成型關(guān)鍵技術(shù)。在熱壓成型工藝、液態(tài)成型工藝、設(shè)計(jì)技術(shù)、連接技術(shù)以及關(guān)鍵裝備等方面取得重要進(jìn)展。
圖12：大尺寸復(fù)合材料汽車底板
5、長(zhǎng)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料汽車輪轂
2014年9月，北京航空航天大學(xué)、北京納盛通新材料科技有限公司、北京中材汽車復(fù)合材料有限公司自主設(shè)計(jì)研發(fā)的長(zhǎng)碳纖維增強(qiáng)熱塑性(尼龍)復(fù)合材料(LCFT)輪轂，比汽車鋁輪轂可大幅減重40-60wt%，尺寸精度更高，抗疲勞、抗蠕變、耐熱、耐環(huán)境性能等性能更加優(yōu)異, 生產(chǎn)效率更高、成本更低，且可回收循環(huán)使用，該注塑工藝已在保險(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋等非承力件大量使用。
圖13：長(zhǎng)碳纖維增強(qiáng)熱塑性(尼龍)復(fù)合材料輪轂
6、國(guó)產(chǎn)CFRP電動(dòng)車汽車欣賞
圖14：奧迪A3CFRP電動(dòng)車
圖15：蓮花CFRP車身電動(dòng)車
圖16：東風(fēng)CFRP內(nèi)裝飾電動(dòng)車 I-car
圖17：北汽CFRP車身電動(dòng)車
圖18：中集碳纖維箱體車
圖19：中聯(lián)重科碳纖維臂架泵車
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該文章節(jié)選潘鼎教授PPT，PPT原題目為《車用碳纖維材料-國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及應(yīng)用開(kāi)發(fā)進(jìn)展》，需要完整PPT的朋友可以聯(lián)系小編：18319055312。轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)源
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