歷史上，重量級人物總有“高大上”的故事作為出場，碳纖維也不例外，那就是人盡皆知的愛迪生發(fā)明電燈泡故事。1861年，愛迪生讓碳絲作為燈絲材料成功發(fā)光45小時，使人類進入電燈時代，碳絲也第一次登上了歷史舞臺。

 

    不過，隨著燈泡中碳絲被鎢絲替代，碳絲被歷史丟在角落近一個世紀。直至1950年代，碳絲再次粉墨登場，美國空軍由于要尋找耐燒熔材料，獲知碳熔點高達3,600度，并擁有耐高溫、高強度特性，將碳絲再次請進實驗室，并發(fā)明了一個吊炸天的名字：碳纖維。隨后，經過不斷研發(fā)和改進，碳纖維“外柔內剛”的獨特優(yōu)勢得到充分展示。

 

    碳纖維質量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并具有耐腐蝕、高模量特性。因此，碳纖維最先被應用于軍用飛機、航天器等領域，比如美軍F-35戰(zhàn)斗機；后來又在波音787等民用飛機、風力發(fā)電機葉扇、豪華游艇、醫(yī)療衛(wèi)生、休閑體育用品等諸多領域得到越來越廣泛的應用。

 

 

    隨著科技的進步，一些新技術、新材料逐漸應用到了汽車領域，并對汽車工業(yè)的發(fā)展產生了深遠影響，其中碳纖維材料在汽車上的應用最為典型。

 

 

    

 

    碳纖維應用于汽車后，給汽車制造帶來最明顯的好處就是汽車輕量化，最直接影響的就是節(jié)能、加速、制動性能的提升。一般而言，車重減小10％，油耗降低6％～8％，排放降低5～6%, 0-100km/h加速性提升8-10%，制動距離縮短2～7m。

 

    舉個例子，在全新BMW 7系的車體框架中，碳纖維增強復合材料被用于加固車頂橫梁結構以及B柱和C柱、底部側圍、中央通道和后部支撐。相比上一代車型，全新BMW 7系最大減重達130kg，成為大型豪華汽車市場智能輕量化結構的領導者。

 

    再比如，BMW i3大量使用碳纖維材料制造車身，上市車型比原來的設計減輕了300kg，i3車型得到市場認可，也驗證低成本快速成型碳纖維車身量產制造技術的可行性和經濟性。

 

 

    車身輕量化可以使整車的重心下移，提升了汽車操縱穩(wěn)定性，車輛的運行將更加安全、穩(wěn)定。碳纖維復合材料具有極佳的能量吸收率，碰撞吸能能力是鋼的六到七倍、鋁的三到四倍，這進一步保證了汽車的安全性。

 

 

    碳纖維復合材料具有更高的震動阻尼，輕合金需要9秒才能停止震動，碳纖維復合材料2秒就能停止，故碳纖維應用在汽車上，對于整車NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）的提升貢獻同樣很大，會大幅增強汽車行駛的舒適性。

 

 

    碳纖維復合材料具有更高的疲勞強度，鋼和鋁的疲勞強度是抗拉強度的30-50%，而碳纖維復合材料可達70-80%，因此汽車上應用碳纖維復合材料對于材料疲勞可靠性有較大提升。

 

 

    由于碳纖維復合材料可設計性比金屬強，因此更易于車身開發(fā)的平臺化、模塊化、集成化。這樣碳纖維車身及金屬平臺的混合車身結構對于傳統(tǒng)汽車車身結構而言，可以做到模塊化、集成化，大大減少零件種類，減少工裝投入，縮短開發(fā)周期。

 

    尤其對于新入新能源汽車企業(yè)，應用碳纖維車身不僅可以節(jié)約沖壓、焊裝生產線及模、夾具的投入，減輕固定資產占資配比，優(yōu)化企業(yè)資產配置結構，而且在企業(yè)的市場宣傳上更具影響力。

 

    綜觀奔馳、寶馬、奧迪等高端品牌車企在產品線中對碳纖維復合材料的應用布局，我們可以預見，碳纖維復合材料在汽車上的應用必然成為發(fā)展方向。

 

 

 

    雖然碳纖維材料優(yōu)點很多，但其核心技術卻被牢牢掌控在少數(shù)發(fā)達國家手中。一方面，美日韓德等發(fā)達國家對該技術嚴格保密；另一方面，國外碳纖維行業(yè)領先企業(yè)開始進入中國市場，中國本土碳纖維企業(yè)壓力大增。

 

    中國對碳纖維的研究開始于20世紀60年代，80年代開始研究高強型碳纖維，多年來進展緩慢。進入21世紀以來發(fā)展較快，特別是隨著中國汽車工業(yè)的崛起，碳纖維材料的研發(fā)、應用都得到了長足發(fā)展，并快速成長。

 

    同時，碳纖維在汽車行業(yè)也面臨諸多挑戰(zhàn)。一是工藝復雜，主要采用熱壓罐,真空導入等傳統(tǒng)工藝，這種工藝生產效率低、生產周期長、產品造價高，無法滿足汽車大批量規(guī)?；a要求；二是成本相對高昂，碳纖維材料的價格是金屬材料的數(shù)倍，這不僅制約了其在汽車領域的應用與發(fā)展，更是無形中拒低端或自主汽車品牌于千里之外；三是設計人才缺乏，且由于該技術之前較少在國內應用，所以從事過碳纖維量產部件設計的人才非常稀缺。

 

    特別需要指出的是，碳纖維從基礎研發(fā)、產品設計、生產工藝選擇到生產出汽車零件是緊密相連的一個整體，每一個環(huán)節(jié)都是環(huán)環(huán)相扣。因此，這給碳纖維在汽車行業(yè)的發(fā)展建立了極高的技術壁壘，要求碳纖維制造企業(yè)必須具有極強的綜合實力。

 

 

    就目前來看，能夠為汽車行業(yè)提供碳纖維材料研發(fā)、設計、加工、制造一站式服務的中國企業(yè)并不多，康得復合材料有限責任公司（簡稱“康得復材”，康得投資集團有限公司所屬企業(yè)）是首屈一指的企業(yè)之一。

 

 

    康得集團董事長鐘玉先生（左一）與中德兩國總理合影

 

    多年來，康得集團為了填補國內碳纖維材料設計、制造、加工方面的空白，一直在不懈努力的提高著研發(fā)及生產水平。截至目前，康得集團已經完成了新能源汽車碳纖維部件產業(yè)生態(tài)鏈的布局，產業(yè)生態(tài)鏈包括：中安信的碳纖維產業(yè)、康得復合材料的工業(yè)4.0版智能化碳纖維車體及部件制造工廠、位于慕尼黑的KDX歐洲復合材料研發(fā)中心和KDX雷丁汽車輕量化設計中心、以及德國GFG公司和SGL公司的大批量、自動化生產技術支持。這一完整的生態(tài)鏈將為全球的整車企業(yè)提供系統(tǒng)且具有全球競爭力的解決方案，提供從設計、研發(fā)、樣件試制、檢測、小批量生產到大規(guī)模供貨的全方位服務。2014年康得集團董事長鐘玉在訪德期間，受邀參加了默克爾總理的私人午宴，2015年又陪同李克強總理接待了默克爾總理訪華。

 

    如前文所提，康得集團和德國政府以及德國企業(yè)保持著密切的戰(zhàn)略合作關系， 與慕尼黑工業(yè)大學碳纖維復合材料研究所合作建立了歐洲復合材料研發(fā)中心，與全球除了寶馬之外唯一擁有大批量生產碳纖維部件設計經驗的德國雷丁公司合資設立汽車輕量化設計中心。 4月6日，在張家港康得新光學膜二期項目奠基儀式上，寶馬（中國）服務有限公司總裁Philip Eller宣布，將在窗膜領域和康得新展開深入合作；并將在碳纖維解決汽車輕量化方面和康得復材展開戰(zhàn)略布局的探討。

 

 

 

    眾所周知，目前中國正在大力推進新能源汽車的發(fā)展，但是限于充電設施不完善、電池續(xù)航里程短、電動車售價偏高等問題，制約著新能源汽車的推廣及普及。

 

    未來更好的推廣新能源汽車，除了要加快充電樁等配套基礎設施的建設之外，有效降低新能源汽車整車成本、提高整車續(xù)航能力，已成為當下新能源車生產企業(yè)急需解決的問題。

 

    而實現(xiàn)新能源汽車的輕量化，最佳的方式就是合理使用碳纖維材料。實驗表明，采用碳纖維材料替代現(xiàn)有的鋼制車身，可以有效降低60%以上的重量，續(xù)駛里程相應的提高20%以上。中國正在大力推進新能源汽車的發(fā)展，所以碳纖維材料在新能源汽車領域中的應用前景非常廣闊。

 

 

    其實碳纖維材料除了在新能源汽車領域前景廣闊之外，在傳統(tǒng)汽車方面更有著寬泛的應用。

 

    首先，碳纖維車身及金屬平臺的混合車身結構對于傳統(tǒng)汽車車身結構而言，可以做到模塊化、集成化，大大減少零件種類，減少工裝投入，縮短開發(fā)周期。

 

 

 

    其次，目前中國正在實施第三階段油耗標準已全面執(zhí)行（企業(yè)平均油耗6.9L/百公里）；2016年開始導入第四階段油耗標準，2020年企業(yè)平均油耗降至5L/百公里；政府將會嚴厲處罰不達標企業(yè)，據(jù)權威測算，以長安福特2015年產銷量及油耗計，將會受到8億元的罰款。

 

    當前，中國汽車企業(yè)短期內很難實現(xiàn)發(fā)動機升級，為使企業(yè)油耗達標，汽車輕量化迫在眉節(jié)，相較于底盤件的復雜工況及性能要求，碳纖維車身的應用是車身輕量化的最有效途徑。因為一旦大量使用碳纖維材料的汽車其質量將減少40-50％，而汽車結構每減重10%，燃油消耗可節(jié)省7%。若車體減重20%-30%，每車每年CO2排放可減少0.5T。碳纖維不存在腐蝕生銹的問題，比普通金屬耐用。

 

    據(jù)美國AJR 顧問公司預測，由于碳纖維材料應用廣泛，其全球市場銷售額將從2011 年的161.1 億美元增長到2020 年的487 億美元，且以汽車領域為主。

 

    所以，在未來，碳纖維材料將在汽車領域“大有可為”。

 

    總而言之，無論從性能還是環(huán)保角度出發(fā)，汽車輕量化都已成為一種必然趨勢，而采用碳纖維材料是汽車輕量化的必由之路?？档脧筒淖鳛橹袊髽I(yè)在碳纖維領域中具有世界級競爭力的旗手，前景不可限量。