2017年11月24日星期五

我國開發碳纖維複合材料汽車零部件面臨的問題


  碳纖維複合材料具有輕質高強等一系列特點,輕量化領域尤其是航空航天領域得到廣泛應用,也是汽車輕量化最為理想的材料。但要在汽車上大批量應用,還需解決下面各方面問題:
  (1)成本高,是制約碳纖維複合材料在汽車中批量應用的一個重要因素,
  碳纖維複合材料成本高主要表現在兩個方面,一是碳纖維複合材料生產成本較高。二是碳纖維複合材料的原材料成本較高,主要是碳纖維價格太高,目前市場每公斤價格在120元人民幣以上,是玻璃纖維價格10倍以上。另外與碳纖維配套的樹脂體系主要是環氧類樹脂,環氧樹脂建材價格也較高。因此,要想使碳纖維複合材料在汽車輕量化中大量應用必須首先要降低碳纖維的生產成本,通過改進原絲生產工藝,降低原絲成本;發展新的預氧化、碳化和石墨化技術,縮短預氧化時間,降低碳化、石墨化成本,從而達到降低碳纖維成本的目的。其次要加強碳纖維表面處理技術的研究,以及與碳纖維配套的樹脂體系研究,拓展碳纖維複合材料根據產品需要設計樹脂體系的范圍,以達到降低碳纖維複合材料成本的目標。
  (2)成型方面,生產效率有待提高
  目前碳纖維複合材料尤其是中國主要應用於軍工和體育休閑產品,其生產工藝相對於汽車的產量來說,成型效率偏低,成型成本偏高。目前在國內也有單位在進行這方面的技術研究,但未見批量生產的報道。因此,應加強適合汽車零部件的碳纖維複合材料成型技術研究,只有解決了碳纖維複合材料汽車產品的生產效率問題、生產成本問題、質量穩定性問題,才能滿足汽車大批量、質量穩定的生產要求。
  (3)設計問題
  碳纖維複合材料不同於傳統的金屬材料,碳纖維複合材料具有自身的材料特性,複合材料產品的設計應根據複合材料的特點進行設計,充分發揮材料性能,如寶馬i3采用了模塊化結構設計,而一個模塊中采用若幹個零件分開成型然後進行連接整合成一個模塊。中國汽車設計一直是一個瓶頸,據說,自主品牌的汽車設計中模仿設計占40~70%,有些廠家甚至是整車複制。對複合材料來說,主機廠更是沒有經驗積累,也沒有數據積累,沒有設計規范、驗證標准。
  (4)維修問題

  汽車在使用過程中避免不了會有磕磕碰碰,一旦發生碰撞就會遇到修複問題,對傳統金屬材料而言,維修人員已經是輕車熟路,而對碳纖維複合材料汽車而言,其修複工藝與傳統材料還是存在較大差異,碳纖維複合材料的修複專業性較強,修複人員必須具備一定的專業基礎。為了便於修複,使修理人員快速掌握修複技能,應加強修複專用材料的研究與開發,開發出使用方便,容易操作的修補材料。

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