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行业分析

碳纤维在汽车轻量化中的成本分析
来源:汽车轻量化在线  2017-03-27 13:47:20
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原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?news_id=4572  使用碳纤维材料可以有效降低汽车自身重量,这一点,在汽车行业已是不争的事实。使用碳纤维材料在减重的同时,能大幅度减少油耗和降低污染,这也是相关的实验数据可以证明的。但是在汽车中使用多少碳纤维材料、在哪些部位使用性价比比较高?在汽车制造的整体成本中会造成多少影响,这需要一个更为客观和具体的考量。

       使用碳纤维仅仅是使车子更轻而已?

       碳纤维一般会与环氧树脂结合成复合材料使用,这种复合材料继承了碳纤维本身较强的比强度、比模量、耐疲劳强度以及吸能抗震性等一系列优点,同时继承了环氧树脂配方设计灵活多样、应用针对性强等特点。与铝合金结构件相比,碳纤维复合材料减重效果可达到20%-40%,与钢类金属件相比,碳纤维复合材料的减重效果甚至可达到60%-80%。但是碳纤维复合材料的使用,不仅减轻了整车的重量,更为汽车制造的工艺带来了深层次的影响和改变。

       冲压、焊接、涂装、总装作为汽车的四大工艺,随着碳纤维复合材料的加入以及比例上的增多,将发生一定的变化。例如,冲压会被复合材料成型中的模压和锻造工艺所替代;未来整车也不再需要那么多的焊接,除了热塑性复合材料会用超声波做一些焊接外,焊接基本上会被胶接、铆接这样的工艺所替代;由于复合材料没有耐腐蚀性的要求,基本上有些车型已经不需要涂装,而且涂装哪怕是外附件涂装温度也不会很低,像某些注塑件,其涂装温度只有 85 度;复合材料成型、整车模块化以后,其总装生产线长度要求会大幅度减少,因为整车只有几十个模块,车的组装节奏将会变得非常快。这对于总装线的投入成本会大幅度下降。所以有业内人士称,碳纤维复合新材料的大规模应用会降低整个汽车制造商的准入门槛。因为,工艺上的这些改变不仅重置了汽车制造中各元素的配备,更从根本上解构了传统汽车生产成本的计算模式。

       生产成本应该与消费成本结合起来衡量

       近日,国内某电动客车厂家的产品新闻发布会上发布了一款碳纤维材料纯电动客车,现场12米长的实车并非整车全部使用了碳纤维材料,而是车辆的顶棚、左右侧围和底板所构成的车架采用了碳纤维复合材料。据发布会上的资料介绍,这款电动客车所使用碳纤维材料的部件重量约为1.8吨,相比于使用钢材料的车身可以减重约23%,使整车质量控制在8.5吨以内,车辆的续驶里程可以达到500km以上。从生产成本上看,这款使用了碳纤维复合材料的客车比传统钢材料的同级别客车补贴前成本高出20万左右,这占了整车生产成本中一个很大的比例,但是该客车生产厂家却对市场持有乐观态度,其负责人坦言“并不担心这款车的销量。”在他看来,尽管由于使用了碳纤维材料使得整车成本增加,但整车质量的提升与续驶里程的增长可以延长车辆的使用寿命,可以比同级别车型略有所长。另外,动力电池重量的减轻与成本的降低,也将弥补碳纤维材料使用带来的高成本不足。

       对于新能源车型来说,动力电池是其核心组成部分,作为动力电池的承载件,动力电池箱体一般安装在车体下部,主要用于保护动力电池在受到外界碰撞、挤压时不被损坏。无锡威盛新材料科技有限公司为国内多家新能源汽车提供碳纤维动力电池箱体及其他碳纤维汽车结构件,其市场部负责人曾在碳纤维应用成本方面做过相关计算,以一款碳纤维动力电池箱体为例,用碳纤维复合材料制作的箱体重量仅为2.7kg,与传统钢结构材料制作的电池箱体相比大约能减重80%,在强度和荷载力上同样能达到相关的技术要求,更重要的是,因为车体下方的运行环境恶劣,该款碳纤维电池箱体展现出的抗腐蚀、防水、阻燃、使用寿命长等性能可以很好地应对和解决这些问题。从成本上看,使用碳纤维复合材料动力电池箱比钢结构电池箱要多付出一千多元,但是10千克的减重在长达数年的车辆运行过程中将产生不可小觑的效应。首先,根据已有的实验数据计算,车身每减重100千克将降低能耗20%,那么仅仅一个碳纤维动力电池箱就可以减少2%的能耗,数字虽然不大,但是运行时间越长,在运行上节约的成本越多。其次,碳纤维电池箱体强大的耐腐蚀性能和超长的使用寿命,直接降低了箱体维修和更换所带来的成本。因此,从整体上衡量,由使用碳纤维复合材料而带来的一部分成本升高,就显得微不足道了。

       那么是不是碳纤维复合材料用的越多越好呢?碳纤维复合材料的成型工艺决定了它最终的使用成本,因而尽量选用碳纤维复合材料成型较为容易的部件进行轻量化替换,性价比最高,而并非是盲目求量。另外,使用碳纤维复合材料对汽车制造成本的具体影响是与轻量化之前的成本成正比的,原成本越高,轻量化的价值越高。
 
文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?news_id=4572