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碳纖維在汽車輕量化中的成本分析

發布時間:2017-03-24 新聞來源:新材料探路者 瀏覽次數:
   使用碳纖維材料可以有效降低汽車自身重量,這一點,在汽車行業已是不爭的事實。使用碳纖維材料在減重的同時,能大幅度減少油耗和降低污染,這也是相關的實驗數據可以證明的。但是在汽車中使用多少碳纖維材料、在哪些部位使用性價比比較高?在汽車制造的整體成本中會造成多少影響,這需要一個更為客觀和具體的考量。

  使用碳纖維僅僅是使車子更輕而已?
  碳纖維一般會與環氧樹脂結合成復合材料使用,這種復合材料繼承了碳纖維本身較強的比強度、比模量、耐疲勞強度以及吸能抗震性等一系列優點,同時繼承了環氧樹脂配方設計靈活多樣、應用針對性強等特點。與鋁合金結構件相比,碳纖維復合材料減重效果可達到20%-40%,與鋼類金屬件相比,碳纖維復合材料的減重效果甚至可達到60%-80%。但是碳纖維復合材料的使用,不僅減輕了整車的重量,更為汽車制造的工藝帶來了深層次的影響和改變。

沖壓、焊接、涂裝、總裝作為汽車的四大工藝,隨著碳纖維復合材料的加入以及比例上的增多,將發生一定的變化。例如,沖壓會被復合材料成型中的模壓和鍛造工藝所替代;未來整車也不再需要那么多的焊接,除了熱塑性復合材料會用超聲波做一些焊接外,焊接基本上會被膠接、鉚接這樣的工藝所替代;由于復合材料沒有耐腐蝕性的要求,基本上有些車型已經不需要涂裝,而且涂裝哪怕是外附件涂裝溫度也不會很低,像某些注塑件,其涂裝溫度只有 85 度;復合材料成型、整車模塊化以后,其總裝生產線長度要求會大幅度減少,因為整車只有幾十個模塊,車的組裝節奏將會變得非???。這對于總裝線的投入成本會大幅度下降。所以有業內人士稱,碳纖維復合新材料的大規模應用會降低整個汽車制造商的準入門檻。因為,工藝上的這些改變不僅重置了汽車制造中各元素的配備,更從根本上解構了傳統汽車生產成本的計算模式。

  生產成本應該與消費成本結合起來衡量
  近日,國內某電動客車廠家的產品新聞發布會上發布了一款碳纖維材料純電動客車,現場12米長的實車并非整車全部使用了碳纖維材料,而是車輛的頂棚、左右側圍和底板所構成的車架采用了碳纖維復合材料。據發布會上的資料介紹,這款電動客車所使用碳纖維材料的部件重量約為1.8噸,相比于使用鋼材料的車身可以減重約23%,使整車質量控制在8.5噸以內,車輛的續駛里程可以達到500km以上。從生產成本上看,這款使用了碳纖維復合材料的客車比傳統鋼材料的同級別客車補貼前成本高出20萬左右,這占了整車生產成本中一個很大的比例,但是該客車生產廠家卻對市場持有樂觀態度,其負責人坦言“并不擔心這款車的銷量?!痹谒磥?,盡管由于使用了碳纖維材料使得整車成本增加,但整車質量的提升與續駛里程的增長可以延長車輛的使用壽命,可以比同級別車型略有所長。另外,動力電池重量的減輕與成本的降低,也將彌補碳纖維材料使用帶來的高成本不足。

對于新能源車型來說,動力電池是其核心組成部分,作為動力電池的承載件,動力電池箱體一般安裝在車體下部,主要用于保護動力電池在受到外界碰撞、擠壓時不被損壞。無錫威盛新材料科技有限公司為國內多家新能源汽車提供碳纖維動力電池箱體及其他碳纖維汽車結構件,其市場部負責人曾在碳纖維應用成本方面做過相關計算,以一款碳纖維動力電池箱體為例,用碳纖維復合材料制作的箱體重量僅為2.7kg,與傳統鋼結構材料制作的電池箱體相比大約能減重80%,在強度和荷載力上同樣能達到相關的技術要求,更重要的是,因為車體下方的運行環境惡劣,該款碳纖維電池箱體展現出的抗腐蝕、防水、阻燃、使用壽命長等性能可以很好地應對和解決這些問題。從成本上看,使用碳纖維復合材料動力電池箱比鋼結構電池箱要多付出一千多元,但是10千克的減重在長達數年的車輛運行過程中將產生不可小覷的效應。首先,根據已有的實驗數據計算,車身每減重100千克將降低能耗20%,那么僅僅一個碳纖維動力電池箱就可以減少2%的能耗,數字雖然不大,但是運行時間越長,在運行上節約的成本越多。其次,碳纖維電池箱體強大的耐腐蝕性能和超長的使用壽命,直接降低了箱體維修和更換所帶來的成本。因此,從整體上衡量,由使用碳纖維復合材料而帶來的一部分成本升高,就顯得微不足道了。

  那么是不是碳纖維復合材料用的越多越好呢?無錫威盛新材料科技有限公司市場部給出的答案是:碳纖維復合材料的成型工藝決定了它最終的使用成本,因而盡量選用碳纖維復合材料成型較為容易的部件進行輕量化替換,性價比最高,而并非是盲目求量。另外,使用碳纖維復合材料對汽車制造成本的具體影響是與輕量化之前的成本成正比的,原成本越高,輕量化的價值越高。

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