2016年11月11日 星期五 09:15:33
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浅谈碳纤维复合材料在汽车领域的应用现状

发表时间:2019/6/18

随着汽车行业的快速发展,轻量化、智能化等成为脍炙人口的话题。研究显示,在汽车行业,整车减重10%,油耗将下降6%~8%,碳排放下降6%~7%,续航能力和整车可操控性将显著提升。

轻量化可以从设计、材料、制造、评价等方面共同实现,其中轻量化材料的有效应用是最直接有效的方式,因此成为业界发展的重心之一。碳纤维作为一种典型的轻质高强材料,是轻量化材料的最佳选择之一,然而由于价格、批量化生产等问题,在汽车领域的应用还处于上升期。

2017年的全球碳纤维需求量统计为9800吨,2018年的数据为10800吨,增长10.2%。从应用市场体量来看,汽车领域的碳纤维不足2亿美元;从材料均价上来看,车用碳纤维比其他领域稍低,据宝马年报显示,宝马BMWi3在2018年的销量为34829辆,同比增长10.6%,带有“CarbonCore”的宝马7系25718辆,环比上升5%。对于新能源汽车,尤其是纯电动车,轻量化是必然趋势。然而,昂贵的轻量化加昂贵的动力电池及维修费用,无疑会大幅度降低车型的竞争力。




2018年,全球碳纤维的销售金额为25.71亿美元,比2017年23.44亿美元增长了9.7%,碳纤维的销售金额的增长并未与销售量的增长完全对应。这是因为在碳纤维工业应用领域,如丙烯腈原料市场无巨大变化,随着低成本碳纤维技术的推进,碳纤维单价依然有下降的空间,这也是业内追求的目标之一。






中国历来是材料的消费大国,中国碳纤维需求这张版图,其实多年来变化不大,中国汽车对碳纤维及其复合材料的需求量不足全部需求的3%,也远低于全球的平均水平(10.8%)。不得不说,虽然有国产的碳纤维电动跑车前途K50问世,但国内汽车对碳纤维的应用处于初级阶段。








碳纤维市场的变化有别于传统产业,碳纤维本身的变化(尤其成本)也会导致市场的剧变。汽车行业,还是以汽车改装件以及为豪华车制造汽车零件的厂家的消耗为主。

对比风电,汽车复材不仅有低成本要求,还需要高节拍、自动化的制造工艺,经济的维护要求等,其应用难度可想而知。

今后几年,低成本复合材料成型工艺将是行业的发展重点,碳纤维的批量应用,需要低成本碳纤维与低成本复合材料工艺的并行,只有大幅度地提升性价比,增加系统及全寿命周期的减重效益,才是规模应用的王道。



碳纤维在汽车中的应用前景,是碳纤维复合材料及汽车界争议最大的,其中包括:

1. 碳纤维在汽车领域的应用,历史已经非常悠久,从F1赛车到超豪华轿车,其中,除了轻量化等先进性指标,成本也是重要考量因素,小批量(数千台以下),复合材料的制造成本小于金属零部件。

2. “节能减排,绿色环保”是人类长期的主题,这个已经不是一个口号,践行是需要社会成本的,且成本是动态的,比如取消燃油汽车的国家政策,都会影响这一成本的变化。

3. 主机厂需要评估全寿命周期的“轻量化效益”,汽车减重所产生的综合效益,是否可以覆盖轻量化所需的成本。如果成本核算不清,做的产品就谈不上竞争力,自然也会影响市场推广。轻量化效益与绿色成本关联性极大,这也加大了评估的难度。

4. 碳纤维复合材料本身就处于婴儿期,中国市场更是如此,尤其在汽车领域,新能源汽车也是在探索期。这样看来,似乎碳纤维的新能源汽车还有很多路要走,唯有自由开放的市场,可以去解决碳纤维与汽车的成长与批量结合的问题。


综合来看,碳纤维在汽车领域的大规模应用还需要时间和市场的考验,尤其是整体成本的平衡,如材料成本、制造成本和维护成本等。虽然碳纤维这种宇航级的材料逐渐平民化,但不代表其做出的商品已经降低到了大众消费水平。结合中国的国情来看,碳纤维在公共消费领域和私人消费领域应用有着明显的差异。

有专家预测碳纤维在中国的应用将会在轨道交通领域(如高铁)打开新的局面,当然这也是公共消费领域的典型代表。至于汽车领域,随着生产成本的降低和整体消费水平的提高,会逐渐在中高端车型中大量使用碳纤维材料。


(来源:DT材料之声)