碳纤维能否引领二次汽车革命

2016年05月05日

“汽车轻量化碳纤维复合材料应用技术，将在很大程度上改变现有汽车生产技术和生产组织模式，为汽车产业带来一场革命。”

4月29日，中国工程院举行“高性能纤维与汽车轻量化技术创新发展战略研究”项目成果发布会。项目负责人、中国工程院院士蒋士成的一句开场白，引发与会者热议。

汽车轻量化的潜力材料

碳纤维复合材料强度达到钢的水平，比重是钢的五分之一。因此，碳纤维被认为是汽车轻量化最有潜力的材料。

不过，蒋士成坦言，我国碳纤维应用技术长期没有突破，材料成本和制造成本高，无法量产。

据统计，全球碳纤维产能12.8万吨，其中我国碳纤维产能1.5万吨，产量4000吨；我国碳纤维企业30多家，开工率只有20%。

东华大学教授余木火在调研中发现：企业普遍规模小、抗风险能力弱，加上受国外企业的降价打压，大部分企业亏损，从而影响品质稳定和运行成本。

余木火同时指出，我国在跨越式超高性能纤维研发方面投入少。“几乎都在追赶国外上世纪70年代到90年代的产品，我国何时可以超越国外？”

纵观国际，高性能碳纤维发展迅速，大量其他学科比如纳米技术、化学合成、凝聚态物理等的发展成果已应用于高性能纤维制造。

“高性能纤维产业，特别是碳纤维高品质、低成本、规模化，是我们支持的重点方向，这些年支持了一些项目，但还没有找到突破点。”工信部消费品工业司副司长曹学军希望，在“十三五”期间，高性能纤维能够从性能提升和应用拓展方面取得实质性突破。

曹学军认为，汽车轻量化这样有潜力的应用领域，对高性能纤维产业的发展和新能源汽车的发展，是双赢的切入点。

驱动汽车行业革新

汽车行业普遍认为，未来汽车技术创新将在“互联网+”、智能化、电动化、轻量化的基础上创造更多可能，这四大趋势将驱动行业的革新发展。

“轻量化是实现汽车降低油耗和提高新能源汽车续航里程最有效的技术途径之一。”余木火说。

长三角新能源汽车研究院院长史践进一步解释说，化学电池与液体燃油的比能量差距巨大，电动汽车因电池增重高达30%~40%，续航能力随之下降，因此轻量化是电动汽车首要解决的问题，而复合材料减重可平衡电池增加的重量。

经过8年研发，全碳纤维车身的BMWi3、BMWi8电动车在去年成功实现商业化，价格3.4万欧元，与金属汽车相当，证明了技术和工程经济的可行性。

“如果说福特创建流水线生产是汽车行业的第一次革命，那么碳纤维加新能源可能是第二次汽车革命。”余木火说，“若中国品牌汽车没有提早布局，有可能被第二次‘甩飞’。”

实际上，我国的乘用车平均比欧洲汽车重5%~10%，而商用车更是重17%，轻量化需求更加迫切。

“汽车技术发展的趋势和质量的要求，是引导高性能纤维等其他轻量化材料应用的根本出发点。”国家发改委产业协调司机械装备处处长吴卫表示，汽车企业大多在底盘设计、整车结构等方面有一些研究，但是对新材料的研究还是偏薄弱，因此应加大在材料应用方面的研发。

破局产业链分离现状

近年来，全球几乎所有汽车企业均有碳纤维车研发项目。与此同时，国际上汽车巨头纷纷与碳纤维企业建立联盟合作，几乎每家国外著名汽车厂商都和碳纤维巨头强强联手。

然而，余木火告诉记者，我们国内产业链上下游缺少沟通与合作。他直言，由于缺乏上下游合作机制，搞碳纤维的不懂车，懂汽车的不了解材料。此外，由于我国教育系统学科设置与院系设置的缺陷，造成机械学科与材料学科分离，缺乏学科交叉人才队伍。

为此，中国工程院于2015年设立了“高性能纤维与汽车轻量化技术创新发展战略研究”咨询项目，由环境与轻纺工程学部蒋士成、孙晋良、俞建勇院士牵头，10余位纺织、汽车、复合材料、轻工机械等领域的院士和近90位专家参与研究。

通过调研，项目组建立了“高性能纤维与轻量化产业链知识服务平台”，并提出到2020年建立高性能纤维与汽车轻量化设计制造技术体系和产业链体系，形成从原材料到碳纤维汽车及其零部件的标准及检测体系。

“汽车企业与碳纤维企业应紧密合作，掌握碳纤维技术的汽车企业将是未来汽车业的龙头。”蒋士成建议，到2025年，碳纤维技术应逐步推广应用到整个汽车产业，争取使用碳纤维2万至3万吨，降低原材料成本50%，零部件制造成本从现在的70%~80%降到50%。(记者 陆琦)

来源：中国科学报