幾十年前，就有專(zhuān)家曾預(yù)言碳纖維復(fù)合材料將會(huì)取代金屬用來(lái)制造汽車(chē)結(jié)構(gòu)件?，F(xiàn)在這個(gè)預(yù)言已逐漸成為事實(shí)。碳纖維復(fù)合材料（CFRP），憑借其質(zhì)量小，強(qiáng)度高、剛性高，良好的耐蠕變與耐腐蝕性的特點(diǎn)吸引了法拉利、寶馬、蘭博基尼、瑪莎拉蒂、雷克薩斯等眾多豪華轎車(chē)廠商的垂青，碳纖維復(fù)合材料已經(jīng)成為各廠家出奇制勝的法寶。

碳纖維是一種具有類(lèi)石墨結(jié)構(gòu)的人造纖維材料,作為高端原材料在工業(yè)和生活中有非常廣泛的應(yīng)用，由于碳纖維復(fù)合材料具有質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、設(shè)計(jì)自由度高、集成性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，碳纖維復(fù)合材料逐漸成為汽車(chē)輕量化材料的新寵。

通常情況下，車(chē)身自重約消耗70%的燃油，因此降低汽車(chē)油耗的首要問(wèn)題就是減輕汽車(chē)自重。日本的碳纖維制造協(xié)會(huì)曾經(jīng)做過(guò)一個(gè)關(guān)于碳纖維生命周期的測(cè)試，采用碳纖維加固的汽車(chē)因減輕了自身重量，不僅燃料應(yīng)用效率極大提高，而且間接地降低了二氧化碳排放，作為環(huán)保材料的碳纖維受到全世界的關(guān)注。圍繞“碳纖維汽車(chē)”，全世界的汽車(chē)企業(yè)展開(kāi)了激戰(zhàn)，國(guó)際碳纖維巨頭也紛紛擴(kuò)能，搶占這一具有巨大潛力的市場(chǎng)。

中國(guó)新材料技術(shù)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)、全國(guó)特種合成纖維信息中心主任羅益鋒認(rèn)為，今后CFRP(碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)需求增長(zhǎng)最快的將是汽車(chē)工業(yè)，預(yù)計(jì)到2020年的消費(fèi)量將接近于航空航天與軍工領(lǐng)域(約23000噸)。而我國(guó)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)由于自身實(shí)力上的差距，目前鮮少涉足汽車(chē)用領(lǐng)域，唯有跨越式發(fā)展才可能把握住“汽車(chē)機(jī)會(huì)”。

國(guó)外車(chē)用碳纖維復(fù)材發(fā)展迅速

近年來(lái)，碳纖維復(fù)合材料在汽車(chē)上的應(yīng)用部位不斷擴(kuò)大。2010年豐田上市的跑車(chē)?yán)卓怂_斯LFA全面采用CFRP制造車(chē)體，成為了關(guān)注的焦點(diǎn)，但其價(jià)格也創(chuàng)下了日本國(guó)產(chǎn)車(chē)中最高的3750萬(wàn)日元。其后，寶馬集團(tuán)通過(guò)開(kāi)發(fā)多種技術(shù)提高生產(chǎn)效率，終于將CFRP成功地應(yīng)用于量產(chǎn)車(chē)。

寶馬的碳纖維原絲供應(yīng)商是日本三菱麗陽(yáng)。自2012年以來(lái)，三菱麗陽(yáng)不斷擴(kuò)大碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈，收購(gòu)了日本CFRP零件制造商Challenge公司等多家企業(yè)，并計(jì)劃2014年度以后增加美國(guó)工廠的設(shè)備，將年生產(chǎn)能力在現(xiàn)有約1萬(wàn)噸的基礎(chǔ)上擴(kuò)大到2萬(wàn)噸，將向作為主要客戶的寶馬汽車(chē)公司(BMW)擴(kuò)大供貨。

寶馬公司還與汽車(chē)碳纖維生產(chǎn)商SGL Carbon(SGL)合作計(jì)劃投資逾1億歐元，將碳纖維產(chǎn)量從每年3000噸提高到6000噸，用來(lái)滿足不斷增長(zhǎng)的寶馬i系列電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)需求，并同時(shí)應(yīng)用在預(yù)計(jì)將于明年底上市的寶馬7系車(chē)上。

日本東麗集團(tuán)于2013年9月斥資近700億日元，收購(gòu)了世界碳纖維排名第三的美國(guó)卓爾泰克公司(Zoltek)，藉此一躍成為全球最大的碳纖維供應(yīng)商，將產(chǎn)品全球份額提高到30%。而全球第二大碳纖維廠商日本帝人則與美國(guó)通用汽車(chē)在碳纖維技術(shù)利用方面展開(kāi)了合作，預(yù)計(jì)2014年將在美國(guó)新建工廠，并面向量產(chǎn)車(chē)供應(yīng)碳纖維。

碳纖維應(yīng)用汽車(chē)行業(yè)存在諸多難題

雖然碳纖維作為一種輕量化的材料在汽車(chē)上有著廣泛的應(yīng)用前景，但想要在汽車(chē)行業(yè)中大規(guī)模使用碳纖維還存在諸多技術(shù)難題。

設(shè)計(jì)能力：碳纖維復(fù)合材料可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，零部件集成設(shè)計(jì)、碳纖維復(fù)合材料鋪層設(shè)計(jì)能力（包括鋪層層數(shù)、角度、方式）等都需要大量的經(jīng)驗(yàn)積累，才能最大限度的發(fā)揮碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)。

材料選擇：根據(jù)編織方式的不同（如平紋，斜紋，多軸向），每個(gè)牌號(hào)的碳纖維織物性能各有差異，因此，在滿足安全性能的前提下，選用何種牌號(hào)何種編織方式的碳纖維織物都是需要我們進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)來(lái)決定。

價(jià)格降低：相對(duì)于傳統(tǒng)的鋁材，復(fù)合材料的成本較高，需通過(guò)碳纖維規(guī)?；纳a(chǎn)及應(yīng)用，才能降低碳纖維價(jià)格。

零件加工工序：碳纖維通常經(jīng)過(guò)編織-鋪貼-與樹(shù)脂浸潤(rùn)-高溫成型，耗費(fèi)大量勞力且生產(chǎn)效率較低，還需進(jìn)一步優(yōu)化工藝或研究新的工藝，縮短加工周期。

材料連接：碳纖維復(fù)合材料屬于脆性材料，機(jī)械連接會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成多種形式的失效，需要充分考慮復(fù)合材料連接部位的力學(xué)分布情況，設(shè)計(jì)連接位置及強(qiáng)度，另外碳纖維具有導(dǎo)電性能，與金屬部件連接會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，造成結(jié)構(gòu)失效，需要研究合適的膠接或機(jī)械連接材料，達(dá)到最好的裝配性能。

材料回收：碳纖維復(fù)合材料不溶不熔，以前只能靠填埋或粉碎進(jìn)行回收，不環(huán)保而且資源浪費(fèi)，需要在回收熱固性樹(shù)脂的同時(shí)，最大限度的保持纖維強(qiáng)度，將碳纖維進(jìn)行回收利用。

產(chǎn)業(yè)銜接：產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合不夠緊密，沒(méi)有明確定位、合理分工，基礎(chǔ)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)研究的有機(jī)銜接不夠.企業(yè)規(guī)模小而分散，輕量化技術(shù)開(kāi)發(fā)能力薄弱，研發(fā)人才短缺，工藝水平落后。

強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手研發(fā)已然成為行業(yè)主流

因?yàn)樾枨笤黾?，在汽?chē)行業(yè)的應(yīng)用成為各大碳纖維廠商加緊研發(fā)的重點(diǎn)，相關(guān)碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)不斷獲得新的突破。

碳纖維是將丙烯等纖維在無(wú)氧狀態(tài)下“蒸烤”炭化制成。把碳纖維在平面上排列或編織成片，再用樹(shù)脂加固之后才能成為CFRP。飛機(jī)等使用的CFRP在成型時(shí)，要在專(zhuān)用釜中加熱加壓，使構(gòu)件硬化。這樣做雖然可以獲得極高的強(qiáng)度，但成型需要若干小時(shí)，而且成本高昂。寶馬i3使用的CFRP采用了無(wú)須加壓加熱的新工藝——RTM(樹(shù)脂傳遞模塑)，即把預(yù)成型的碳纖維布放入模具，高壓注入樹(shù)脂，使纖維與樹(shù)脂結(jié)合，可在10分鐘以內(nèi)成型。

為實(shí)現(xiàn)汽車(chē)車(chē)輪的的輕量化和高強(qiáng)化，三菱麗陽(yáng)與車(chē)輪生產(chǎn)廠家ENKEI公司共同開(kāi)發(fā)CFRP與鋁合金相粘接的車(chē)輪，CFRP壓縮成型時(shí)間可縮短至10分鐘左右。日本CFRP生產(chǎn)廠家UCHIPA公司導(dǎo)入了CFRP自動(dòng)化生產(chǎn)線，包括熱固性樹(shù)脂預(yù)浸料壓制成型、熱塑性樹(shù)脂RTM成型和熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸料壓制成型，共3種成型方法，并與蘭博基尼公司在名古屋大學(xué)內(nèi)設(shè)立研究所，批量生產(chǎn)汽車(chē)部件和無(wú)人直升機(jī)葉片等。

日本東麗、豐田和東京大學(xué)等已經(jīng)在聯(lián)手開(kāi)發(fā)全面采用碳纖維的汽車(chē)，推進(jìn)加工技術(shù)等的研究，預(yù)計(jì)最早到2020年，重量減輕6成、安全性更高的新能源汽車(chē)將全面投入實(shí)際應(yīng)用。

目前，不少汽車(chē)生產(chǎn)工廠直接與碳纖維制造商合作以便制造可用的零部件。如贏創(chuàng)同江森自控、雅各布塑料(Jacob Plastic)與帝人集團(tuán)東邦特納克斯(Toho Tenax)共同研發(fā)CFRP；荷蘭皇家曇卡草坪(TenCate)與日本東麗達(dá)成了長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議；東麗與戴姆勒(Daimler)達(dá)成共同研發(fā)協(xié)議，為梅賽德斯—奔馳研發(fā)CFRP部件。

國(guó)內(nèi)碳纖維及車(chē)用碳纖維復(fù)材發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)碳纖維消費(fèi)量大,進(jìn)口依賴(lài)度高,碳纖維產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了產(chǎn)品從無(wú)到有的階段,目前產(chǎn)品規(guī)模和質(zhì)量都有待進(jìn)一步改善。全球產(chǎn)能一半以上都集中在日本和美國(guó),我國(guó)的產(chǎn)能占比十分有限。2014年全球碳纖維產(chǎn)能約14.3萬(wàn)噸左右,我國(guó)產(chǎn)量?jī)H3200噸。從需求角度看,我國(guó)碳纖維消費(fèi)量很大,消費(fèi)規(guī)模僅次于美國(guó)和西歐,占到全球比重的23%,企業(yè)對(duì)進(jìn)口的依存度很高。對(duì)目前的碳纖維產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō),技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)能增量都刻不容緩。

據(jù)了解，目前在碳纖維領(lǐng)域走在前頭的主要為日本的三家企業(yè)，包括三菱麗陽(yáng)、東麗公司以及帝人公司，這三家公司基本壟斷了全球60%的碳纖維的供應(yīng)。國(guó)內(nèi)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)有中石油吉林碳纖維廠、中石化、中國(guó)航天、威海拓展等。

“碳纖維在民用和軍用領(lǐng)域的需求每年都在增加，國(guó)內(nèi)產(chǎn)線也一直在上，但是真正能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定化生產(chǎn)的沒(méi)有幾家。而以最早做碳纖維的吉林化纖為例，雖然這些年公司也一直在發(fā)展，但和日本相比，兩者的碳纖維發(fā)展水平至少還相差30年左右。”業(yè)內(nèi)專(zhuān)家表示。

雖然我國(guó)碳纖維技術(shù)與國(guó)外差距較大，但我國(guó)車(chē)用碳纖維復(fù)材領(lǐng)域正在迅速發(fā)展。2014年5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)合承擔(dān)的“碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件成型技術(shù)研究”項(xiàng)目研制出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的連續(xù)碳纖維復(fù)合材料快速熱壓成型成套裝備，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)碳纖維復(fù)合材料汽車(chē)部件的自動(dòng)化制備，效率達(dá)到56件/天，并分別采用APA6及PCB噸熱塑性單體經(jīng)原位聚合成型制備出大尺寸復(fù)合材料汽車(chē)底板。

2015年2月，由煙臺(tái)鼎立汽車(chē)部件有限公司自主研制的我國(guó)第一臺(tái)碳纖維復(fù)合材料車(chē)身，通過(guò)國(guó)家汽車(chē)技術(shù)檢測(cè)中心的檢測(cè)，車(chē)身強(qiáng)度完全符合甚至超過(guò)國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。這臺(tái)車(chē)身與普通用鋼材制造的傳統(tǒng)大型客車(chē)相比，總體重量減少了40％—60％，因此在消耗同樣油量或電量的情況下，車(chē)輛可多行駛150公里，經(jīng)濟(jì)效益顯著。由于碳纖維抗拉強(qiáng)度高達(dá)3500MPa以上，是鋼材的5—10倍，因此較傳統(tǒng)車(chē)型也更加堅(jiān)固安全。據(jù)了解，這種碳纖維大客車(chē)車(chē)身生產(chǎn)線將于今年在該公司正式投產(chǎn)，預(yù)計(jì)年產(chǎn)量1萬(wàn)臺(tái)，年可實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入30億元。

隨著我國(guó)汽車(chē)領(lǐng)域?qū)μ祭w維復(fù)合材料的不斷研究和應(yīng)用，輕質(zhì)、高強(qiáng)的碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用成本下降，碳纖維復(fù)合材料零部件的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。

國(guó)產(chǎn)碳纖維企業(yè)如何抓住“汽車(chē)機(jī)會(huì)”？

我國(guó)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)在技術(shù)上大大落后于日美企業(yè)，中國(guó)碳纖維復(fù)合材料主要用于體育休閑、建筑補(bǔ)強(qiáng)等中、低端市場(chǎng)，鮮少用于汽車(chē)工業(yè)。中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)公司董事長(zhǎng)張定金表示，盡管汽車(chē)行業(yè)中大規(guī)模使用碳纖維還存在眾多技術(shù)難題，但碳纖維在汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

“碳纖維復(fù)合材料是汽車(chē)輕量化最好的方法之一”這一觀點(diǎn)已成為業(yè)界不爭(zhēng)的事實(shí)，在汽車(chē)上的應(yīng)用使碳纖維復(fù)合材料開(kāi)始從軍用轉(zhuǎn)向民用。在汽車(chē)輕量化蓬勃發(fā)展之下，國(guó)產(chǎn)碳纖維企業(yè)如何抓住“汽車(chē)機(jī)會(huì)呢”？下面三點(diǎn)意見(jiàn)或許可以作為國(guó)產(chǎn)碳纖維企業(yè)發(fā)展的參考。

企業(yè)要圍繞碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈為出發(fā)點(diǎn)

碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)鏈每個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)的關(guān)聯(lián)度是非常緊密的，可以說(shuō)是環(huán)環(huán)緊扣，比如：如市場(chǎng)上沒(méi)有優(yōu)質(zhì)的、大批量和低成本的原絲，要想單獨(dú)建一個(gè)大型的纖維碳化廠可謂是“無(wú)米之炊”；而當(dāng)碳纖維絲束獨(dú)立存在時(shí)卻是“英雄無(wú)用武之地”，只有與樹(shù)脂基體結(jié)合后才能充分發(fā)揮出其優(yōu)異的力學(xué)性能和功能；即便是同樣品質(zhì)的碳纖維，如在復(fù)合材料中的排列方式不一樣，其各自復(fù)合材料的總體性能差異就很大。

碳纖維如與性能不匹配的樹(shù)脂復(fù)合，也不可能成為高性能的復(fù)合材料；即或所有基礎(chǔ)材料都是高品質(zhì)和相匹配，但加工成型的設(shè)備和工藝不對(duì)，也不可能生產(chǎn)出高品質(zhì)和高性能的復(fù)合材料……

在整個(gè)碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)鏈領(lǐng)域，無(wú)論是發(fā)展碳纖維產(chǎn)業(yè)，還是發(fā)展復(fù)合材料下游產(chǎn)業(yè)，企業(yè)的決策者應(yīng)秉承系統(tǒng)論的思維與戰(zhàn)略尤為重要。盲目跟風(fēng)去發(fā)展碳纖維，就很容易誤入迷途。同理，不對(duì)國(guó)內(nèi)外碳纖維有清晰的認(rèn)識(shí)，對(duì)這個(gè)行業(yè)缺乏了解，盲目發(fā)展高性能復(fù)合材料，也會(huì)陷入被動(dòng)。

總之，要想在汽車(chē)應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)突破，我國(guó)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)還需注重與樹(shù)脂供應(yīng)商、中間產(chǎn)品生產(chǎn)商和設(shè)備制造商的合作，緊緊圍繞碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)發(fā)展生產(chǎn)。

需從源頭來(lái)控制碳纖維復(fù)合材料低成本化

由于碳纖維的生產(chǎn)成本居高不下，不僅企業(yè)普遍虧損，許多車(chē)企都“望洋興嘆”。國(guó)際上業(yè)界有一句流行的話：從原材料到碳纖維，價(jià)格從1變到3；但把碳纖維加工成復(fù)合材料，價(jià)格可從3變到10。這句話表達(dá)了兩層含義：從碳纖維到復(fù)合材料，增加的附加值更多；碳纖維在復(fù)合材料中的成本是約20％～300％。但必須指出，所謂低成本高性能復(fù)合材料不是指絕對(duì)的低成本，必須要強(qiáng)調(diào)高性能價(jià)格比，而且要強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)下的比較成本優(yōu)勢(shì)，比如汽車(chē)用碳纖維復(fù)合材料，不光要計(jì)算其零部件本身的成本，更要計(jì)算組合安裝成本以及節(jié)能減排和綠色環(huán)保效應(yīng)帶來(lái)的綜合效益。否則，只計(jì)算零部件的絕對(duì)成本，高性能復(fù)合材料肯定比傳統(tǒng)或常規(guī)的復(fù)合材料高出很多。

從結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)開(kāi)始，就必須充分考慮成本因素，如果設(shè)計(jì)師在各個(gè)環(huán)節(jié)缺乏相對(duì)精確的許用值，不斷加大安全系數(shù)，設(shè)計(jì)出的復(fù)合材料零件比金屬零件還厚重，那低成本就根本無(wú)從談起。

對(duì)于高性能復(fù)合材料，成本不僅可以控制，還可以設(shè)計(jì)。有大量原材料和成型工藝的排列組合可供設(shè)計(jì)師選擇，不同的材料工藝組合就有不同的成本。所以，高水平復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員，不光是優(yōu)秀的技術(shù)人員，也應(yīng)是精確的成本核算師。

差異化發(fā)展掌握核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)短期超越

國(guó)際上碳纖維的新技術(shù)和新工藝不斷涌現(xiàn)，而且朝生產(chǎn)高效化、品質(zhì)超高性能化和成本下降的趨勢(shì)發(fā)展。超級(jí)碳纖維的出現(xiàn)，打破了以往碳纖維是脆性材料的舊觀念，可拓展到防彈等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域；相對(duì)廉價(jià)的碳芯-碳化硅纖維(C-Si碳纖維)的出現(xiàn)，將進(jìn)一步拓展碳纖維在高端和一般工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，新型CFRP快速成型固化劑的出現(xiàn)，可使碳纖維增強(qiáng)熱固型樹(shù)脂的成型時(shí)間縮短至1分鐘以內(nèi)，從而進(jìn)一步拓展在尖端領(lǐng)域和一般產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

碳纖維技術(shù)缺乏創(chuàng)新，引進(jìn)設(shè)備投資居高不下，也是造成我國(guó)碳纖維生產(chǎn)成本高的一個(gè)重要原因。在與國(guó)外差距越拉越大之下，我國(guó)碳纖維企業(yè)要在“汽車(chē)領(lǐng)域”大有作為的話，應(yīng)走跨越式發(fā)展碳纖維和CFRP的道路，堅(jiān)持差異化發(fā)展道路，堅(jiān)持自主創(chuàng)新，以研發(fā)行業(yè)最先進(jìn)的技術(shù)為突破口，并率先為汽車(chē)行業(yè)所用。

技術(shù)創(chuàng)新離不開(kāi)人才，據(jù)了解，目前我國(guó)在碳纖維領(lǐng)域相關(guān)研發(fā)人員也很缺乏，國(guó)內(nèi)做碳纖維的研究人員主要集中在航空軍工領(lǐng)域，汽車(chē)領(lǐng)域的則基本沒(méi)有。面對(duì)這種現(xiàn)狀，我們應(yīng)大力發(fā)展人才戰(zhàn)略，除了學(xué)習(xí)別人的先進(jìn)技術(shù)，也要把軍工領(lǐng)域的專(zhuān)家、技術(shù)逐步過(guò)渡轉(zhuǎn)移到汽車(chē)行業(yè)上來(lái)，只有這樣，我國(guó)的碳纖維企業(yè)才能在短期內(nèi)超越群雄。