2016年11月11日 星期五 09:15:33
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淺談碳纖維復合材料在汽車領域的應用現狀

發表時間:2019/6/18

隨著汽車行業的快速發展,輕量化、智能化等成為膾炙人口的話題。研究顯示,在汽車行業,整車減重10%,油耗將下降6%~8%,碳排放下降6%~7%,續航能力和整車可操控性將顯著提升。

輕量化可以從設計、材料、制造、評價等方面共同實現,其中輕量化材料的有效應用是最直接有效的方式,因此成為業界發展的重心之一。碳纖維作為一種典型的輕質高強材料,是輕量化材料的最佳選擇之一,然而由于價格、批量化生產等問題,在汽車領域的應用還處于上升期。

2017年的全球碳纖維需求量統計為9800噸,2018年的數據為10800噸,增長10.2%。從應用市場體量來看,汽車領域的碳纖維不足2億美元;從材料均價上來看,車用碳纖維比其他領域稍低,據寶馬年報顯示,寶馬BMWi3在2018年的銷量為34829輛,同比增長10.6%,帶有“CarbonCore”的寶馬7系25718輛,環比上升5%。對于新能源汽車,尤其是純電動車,輕量化是必然趨勢。然而,昂貴的輕量化加昂貴的動力電池及維修費用,無疑會大幅度降低車型的競爭力。




2018年,全球碳纖維的銷售金額為25.71億美元,比2017年23.44億美元增長了9.7%,碳纖維的銷售金額的增長并未與銷售量的增長完全對應。這是因為在碳纖維工業應用領域,如丙烯腈原料市場無巨大變化,隨著低成本碳纖維技術的推進,碳纖維單價依然有下降的空間,這也是業內追求的目標之一。






中國歷來是材料的消費大國,中國碳纖維需求這張版圖,其實多年來變化不大,中國汽車對碳纖維及其復合材料的需求量不足全部需求的3%,也遠低于全球的平均水平(10.8%)。不得不說,雖然有國產的碳纖維電動跑車前途K50問世,但國內汽車對碳纖維的應用處于初級階段。








碳纖維市場的變化有別于傳統產業,碳纖維本身的變化(尤其成本)也會導致市場的劇變。汽車行業,還是以汽車改裝件以及為豪華車制造汽車零件的廠家的消耗為主。

對比風電,汽車復材不僅有低成本要求,還需要高節拍、自動化的制造工藝,經濟的維護要求等,其應用難度可想而知。

今后幾年,低成本復合材料成型工藝將是行業的發展重點,碳纖維的批量應用,需要低成本碳纖維與低成本復合材料工藝的并行,只有大幅度地提升性價比,增加系統及全壽命周期的減重效益,才是規模應用的王道。



碳纖維在汽車中的應用前景,是碳纖維復合材料及汽車界爭議最大的,其中包括:

1. 碳纖維在汽車領域的應用,歷史已經非常悠久,從F1賽車到超豪華轎車,其中,除了輕量化等先進性指標,成本也是重要考量因素,小批量(數千臺以下),復合材料的制造成本小于金屬零部件。

2. “節能減排,綠色環保”是人類長期的主題,這個已經不是一個口號,踐行是需要社會成本的,且成本是動態的,比如取消燃油汽車的國家政策,都會影響這一成本的變化。

3. 主機廠需要評估全壽命周期的“輕量化效益”,汽車減重所產生的綜合效益,是否可以覆蓋輕量化所需的成本。如果成本核算不清,做的產品就談不上競爭力,自然也會影響市場推廣。輕量化效益與綠色成本關聯性極大,這也加大了評估的難度。

4. 碳纖維復合材料本身就處于嬰兒期,中國市場更是如此,尤其在汽車領域,新能源汽車也是在探索期。這樣看來,似乎碳纖維的新能源汽車還有很多路要走,唯有自由開放的市場,可以去解決碳纖維與汽車的成長與批量結合的問題。


綜合來看,碳纖維在汽車領域的大規模應用還需要時間和市場的考驗,尤其是整體成本的平衡,如材料成本、制造成本和維護成本等。雖然碳纖維這種宇航級的材料逐漸平民化,但不代表其做出的商品已經降低到了大眾消費水平。結合中國的國情來看,碳纖維在公共消費領域和私人消費領域應用有著明顯的差異。

有專家預測碳纖維在中國的應用將會在軌道交通領域(如高鐵)打開新的局面,當然這也是公共消費領域的典型代表。至于汽車領域,隨著生產成本的降低和整體消費水平的提高,會逐漸在中高端車型中大量使用碳纖維材料。


(來源:DT材料之聲)


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