注塑機
“汽車輕量化的需求比以往任何時候都迫切。”HRC汽車事業(yè)部總經(jīng)理駱濤開門見山地告訴記者，“我國明確了碳達峰、碳中和目標，這對各行各業(yè)都提出了新要求，減碳、脫碳已成為汽車行業(yè)的共識。同時，排放標準的升級推動節(jié)能與新能源汽車技術(shù)大范圍應(yīng)用。不應(yīng)忽視的一點是，更輕的材料能給汽車行業(yè)帶來超出想象的效益。”有數(shù)據(jù)顯示，整車質(zhì)量每減重10％，每百公里燃油消耗降低0.7升，尾氣排放降低7％，剎車距離縮短3～7米，零百加速縮短0.5秒。
碳纖維材料嶄露頭角
“在早期節(jié)能減排的大背景下，汽車行業(yè)很早就展開了整車輕量化的相關(guān)探索，從高強鋼，到鋁合金、鎂合金，合金材料的應(yīng)用已非常普遍；同時，也開始嘗試工程塑料。”駱濤告訴記者，“但是，隨著行業(yè)對整車輕量化提出更高的要求，單一材料在平衡輕量化與高性能需求時常常‘束手無策’，多材料混合車身成為了整車企業(yè)考慮的方向。其中，輕質(zhì)合金與碳纖維復(fù)合材料結(jié)合的車身結(jié)構(gòu)，正成為整車輕量化的重要發(fā)展趨勢之一。”
據(jù)介紹，與不少人的“常識”相左，碳纖維復(fù)合材料不僅能夠?qū)崿F(xiàn)更大程度的輕量化，相關(guān)參數(shù)絲毫不弱于、甚至優(yōu)于傳統(tǒng)金屬材料。“從關(guān)鍵性能參數(shù)來看，碳纖維復(fù)合材料的密度遠比金屬材料低，而拉伸強度和模量成倍提升。我們的研究數(shù)據(jù)顯示，碳纖維材料比絕大多數(shù)金屬的比強度高7倍以上，比模量則在5倍以上。”駱濤說道。
目前，碳纖維復(fù)合材料在汽車產(chǎn)品上的主要應(yīng)用包括了車身覆蓋件、內(nèi)飾件、外飾件和車身結(jié)構(gòu)件。其性能的巨大潛力，讓一些具有前瞻眼光的整車企業(yè)躍躍欲試。
駱濤表示：“在A、B、C柱的加強梁、頂蓋橫梁、包裹架等不容易被看到的部分，碳纖維復(fù)合材料同樣能夠發(fā)揮本身的特性，實際效果令人驚嘆。”他給記者舉了一個例子，一款大型SUV的C柱加強梁，原設(shè)計采用鋁合金材料，但客戶不太滿意，提出了近一步增強剛度的需求；HRC采用了碳纖維復(fù)合材料設(shè)計的產(chǎn)品，提高了車身扭轉(zhuǎn)剛度7.5％，減輕了部件重量，并降低了成本。
碳纖維帶來的輕量化效果還在于，提升新能源汽車續(xù)駛里程，降低燃油車的油耗。目前，國內(nèi)外不少車企采用碳纖維打造電池殼體，不僅是出于減重的考慮，更因其抗沖擊性、耐腐蝕、耐久性強的優(yōu)勢，此外，產(chǎn)品造型設(shè)計也有新的提升空間。另據(jù)了解，雖然商用車市場對產(chǎn)品價格更為敏感，但也有車企出于提升品牌和競爭力的考量，大膽嘗試采用碳纖維材料。尤其是在新能源商用車上，新材料的應(yīng)用提供了新的技術(shù)路徑，為新車型搶占市場提供支撐。
做好從研發(fā)到制造的準備
“HRC自2014年成立以來就聚焦碳纖維復(fù)合材料領(lǐng)域，其后不斷深耕，可以說是為其在中國市場可能出現(xiàn)的‘井噴式’增長做了充分的準備。”駱濤表示。
2015年，HRC在常熟設(shè)立了首個高性能輕量化碳纖維零部件量產(chǎn)基地，2017年與德國弗勞恩霍夫化學(xué)研究院達成長期戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，使自身的設(shè)計研發(fā)能力得到了進一步的加強。彼時，HRC就承接了數(shù)個碳纖維復(fù)合材料汽車零部件量產(chǎn)項目，2018年更抓住機遇，收購了英國復(fù)合材料專業(yè)工程設(shè)計公司英智迪，從而提升了產(chǎn)業(yè)積累的厚度。
回顧HRC一路走過的歷程，駱濤總結(jié)道：“我們在不斷的合作過程中，培養(yǎng)了一支既精通復(fù)合材料技術(shù)，同時又深刻理解汽車產(chǎn)業(yè)的專業(yè)化團隊，能夠以應(yīng)用為導(dǎo)向，滿足客戶的個性化需求。更為重要的是，公司擁有全球范圍內(nèi)最全面、先進的熱塑及熱固型復(fù)合材料加工工藝及設(shè)備，這構(gòu)成了當下稀缺的零部件工業(yè)化量產(chǎn)能力。我們能夠得到這些整車企業(yè)客戶的信任，與‘貫通碳纖維技術(shù)應(yīng)用壁壘’息息相關(guān)。公司目前具備從碳纖維選材到產(chǎn)品量產(chǎn)落地的全產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)能力。”據(jù)悉，HRC參與了工信部、科技部的國家重要專項，也是行業(yè)標準的起草制定方之一。
記者在HRC旗下的先進復(fù)合技術(shù)中心（ACTC），觀摩了用作濕法模壓工藝的壓機與樹脂混合機聯(lián)合工作，生產(chǎn)出不同類型的試制樣件。據(jù)介紹，作為前瞻技術(shù)研發(fā)中心，ACTC采用開放模式，與眾多車企、上游材料企業(yè)、高等院校、科研院所進行聯(lián)合研發(fā)，共享自己的研發(fā)能力；同時，ACTC并不僅僅局限于研究，而是將目光同時投向了生產(chǎn)環(huán)節(jié)。這些特點使ACTC成為亞洲最大、以汽車輕量化為主要研發(fā)方向的復(fù)合材料技術(shù)中心與開放平臺。“我們希望能與更多企業(yè)一起做大、做強碳纖維復(fù)合材料，為中國汽車業(yè)做強貢獻力量。”
技術(shù)、成本與協(xié)同的挑戰(zhàn)
不過，碳纖維復(fù)合材料想要進一步擴大在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，還面臨不少的挑戰(zhàn)。駱濤直言：“首先，這個行業(yè)相對比較‘年輕’，從事專業(yè)碳纖維研發(fā)及制造的企業(yè)也不是很多。其次，成本偏高也是一個問題，削弱了很多整車企業(yè)‘嘗鮮’的積極性。此外，還有設(shè)計規(guī)范的問題，由于這個領(lǐng)域方興未艾，很多車企從整車設(shè)計角度考慮碳纖維材料應(yīng)用時，會面臨缺乏設(shè)計標準與規(guī)范的問題。”
記者了解到，碳纖維的不同材料配方形成了不同的材料卡，獲得一套材料卡的完整數(shù)據(jù)分析就要投入上百萬元，而配方又是海量的級別，這也讓很多看好這一領(lǐng)域的企業(yè)望而卻步。
還有一個方面不得不提，碳纖維復(fù)合材料質(zhì)量的穩(wěn)定性至關(guān)重要，而自動化工藝的開發(fā)和應(yīng)用是實現(xiàn)高質(zhì)量開發(fā)制造的關(guān)鍵。目前行業(yè)中能夠大批量生產(chǎn)碳纖維零部件的企業(yè)鳳毛麟角，即使已具備自動化量產(chǎn)能力的企業(yè)依然也仍處于探索階段。行業(yè)需要加快碳纖維自動化成型工藝，尤其是HP-RTM（高壓樹脂傳遞模塑成型）、碳纖維SMC（片狀模壓）以及模壓注塑的開發(fā)應(yīng)用。
對于碳纖維材料的推廣應(yīng)用來說，產(chǎn)業(yè)協(xié)同也必不可少。在駱濤看來，一是要進一步整合全球供應(yīng)鏈資源，持續(xù)降低原材料采購成本；二是要加強技術(shù)路徑引導(dǎo)，開展有針對性的技術(shù)交流，供需雙方就技術(shù)路徑深化共識，從設(shè)計端開始就著手解決生產(chǎn)端可能出現(xiàn)的問題；三是提升技術(shù)方案的整體性，對于碳纖維材料設(shè)計、結(jié)構(gòu)、工藝進行全局規(guī)劃，使技術(shù)人員在項目開發(fā)階段就介入產(chǎn)品定義等環(huán)節(jié)，以免造成信息不對稱，以及因開發(fā)理念差異阻礙落地。
“隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各種新型材料不斷投入應(yīng)用，碳纖維復(fù)合材料已從最初的豪華車、高檔車，逐步向中檔車甚至入門級車型擴展。”駱濤表示，“碳纖維復(fù)合材料有廣闊的應(yīng)用空間，未來前景可期。”
