碳纤维是汽车轻量化的关键材料之一,具有广阔的应用前景,随着汽车轻量化市场的发展,碳纤维未来或将有巨大的市场空间,中国企业在这一领域是否要把市场“拱手让人”?长久以来,国内碳纤维企业真正面临的问题是什么?该如何解决?
契合需求 顺应发展
纤维复合材料之前主要应用在航空航天领域,其工艺主要采用热压罐等传统工艺,产品造价高,生产周期长,效率低,无法满足汽车大批量规模化生产的要求,很难在汽车领域大规模推广。宝马作为首家大规模量产碳纤维复合材料部件的汽车企业,携手各种供应商推动新材料、新工艺和新装备的开发,引领了行业的发展,推动着碳纤维在整个产业链上各个环节的低成本应用。
与金属相比,碳纤维虽然目前在成本上不占优势,但随着碳纤维原材料价格不断下降和新工艺的持续进步,碳纤维将作为汽车部件材料的竞争力会越来越强,被广泛的应用于汽车行业。
目前许多国际超级跑车上都采用了大量的碳纤维复合材料,整车重量大大降低,强度优异,加速性能强劲,但这些碳纤维复合材料基本都是国外企业供给的,国内碳纤维厂家在这一领域的应用比较少。
在汽车轻量化越来越受重视和践行的当前,国内碳纤维复合材料在超级跑车领域的应用有限,映衬出来的是产业资金缺失,还是研发遭遇瓶颈?亦或是某些未浮出水面的问题?延伸至普通汽车领域,应用情况是否乐观?
国内燃油政策的日益严苛,一定程度上催生了汽车轻量化市场的火热,进而促进碳纤维复合材料的应用。国外实验数据表明,汽车整车重量每减少100kg,百公里油耗可降低0.3-0.6L,二氧化碳排放可减少约5g/km。很可能在5到10年内,轻量化汽车将会在国内普及。
碳纤维复合材料是一种优秀的轻量化材料,密度仅为钢铁的1/4,比强度和比模量都很高,耐冲击、耐腐蚀,将其应用于汽车上,最大可减重50%,降低油耗的效果十分显著。目前,碳纤维复材主要适用于车身底盘、隔音板、发动机部件、轴承、轮毂和保险杠等部位。
有券商研究分析称,碳纤维复合材料的全球需求量有望在 2022 年达到 20 万吨左右,2020 年在汽车轻量化方面或可达到约 169 亿元的市场规模。调研机构LuxResearch认为,到2025年,碳纤维复合材料将有望成为全球汽车市场的主流配置。赛瑞研究数据表明,2015年全球碳纤维汽车市场需求量达到了0.87万吨,预计到2020年将超过2万吨,未来五年年均增速高达21%,将成为增长最快和需求最大的领域之一。
成本居高 技术不过关
纵观汽车碳纤维轻量化应用,由于成本高昂等原因,碳纤维复合材料在汽车上的应用仍主要集中在赛车和超跑等高端领域。国外的碳纤维制造自动化程度很高,成本已经降到很低。而国内在制造工艺方面就存在不少问题。比如在碳丝生产方面,国内一直有作努力,但现阶段存在的问题还是比较多。要想使碳纤维在汽车领域的工业化应用成为可能,从原来只单纯应用于某些豪华车、高端品牌到真正实现“进入寻常百姓家”,我们需要从材料、工艺到制造设备等不断的革新。
碳纤维复合材料是由碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合,经过一系列复杂工艺处理制成的结构材料。现在市场上的碳纤维复材一般制备成本较高,因为比较好的碳纤维原材料的成本不低,与碳纤维配套的主要树脂体系(环氧类树脂)的价格也较高。
从碳纤维复材部件的设计开始一直到最终回收端的整个产品全生命周期内,各个环节的成本控制都是非常关键的。同时,推动碳纤维在汽车领域的规模化应用,还面临着许多挑战,需要在产业链配套,像原材料、工装模具技术以及制造装备等方面打通所有环节。
目前,我国在轻量化设计水平及经验和碳纤维的大规模应用方面尚处于起步阶段,很难满足我国汽车工业轻量化的需求。国内碳纤维厂家长期遭到国外的技术封锁,核心设备缺失,碳纤维产品存在各种问题,而且近年来,我国碳纤维企业低水平重复建设现象普遍,碳纤维需求却与生产供应脱节。应用企业对国产碳纤维缺乏认知,下游集中在相对低端的自行车、高尔夫球棒和钓鱼竿等体育休闲用品上。这种应用的不成熟让整个产业无法形成良性循环。
协同攻关 专注研发创新
目前,碳纤维及其复合材料市场主要被日本、美国和德国等少数几个国家掌握。它们的生产工艺趋于成熟,产品产出稳定,下游应用开发完善,已经形成一体化产业链。国内目前做得较好的碳纤维公司有好几家,但并没有形成行业集中度,尚缺乏与国外巨头竞争的优势。
上游原丝的生产直接影响碳纤维的质量和成本,而下游应用需求能推动碳纤维的发展,因此,要从整个产业链的角度来发展碳纤维产业,结合产学研的力量,提高自主创新能力和开发能力,协同攻关。在技术上,专注研发,形成关键技术协同攻关、工艺问题共同突破的合作机制,工艺性能上,改善毛丝量大、上浆剂不匹配及扩展性不好等问题,在稳定化生产方面,提高设备利用率。据某些专家的看法,也可以整合全球一流资源,建立完整的碳纤维轻量化产业生态平台,使碳纤维在汽车领域的应用发展加快步伐。
我国大多数碳纤维企业产品用于低端领域,行业急需寻求新的市场,获得突破发展。通过全产业链的布局,碳纤维企业才能进一步压缩成本、增加盈利点,才能有能力面对国际巨头的竞争,扭转产业困局。