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有研究表明:總重量1550千克的新能源汽車?yán)m(xù)航里程186公里,如果總重量能減少到1011千克,則續(xù)航里程可提高到275.5公里。如何實現(xiàn)輕量化?專家表示,纖維增強復(fù)合材料是至今為止綜合性能最好、能在工程上應(yīng)用的輕量化材料。
纖維增強復(fù)合材料助力新能源汽車輕量化
包括碳纖維在內(nèi)的高性能纖維不僅可以用在汽車等運輸工具的減排降耗,還可以提高機械運動精度,幫助海洋化工裝備防腐蝕等。
中國工程院“高性能纖維與汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略研究”項目秘書長余木火介紹,2015年實現(xiàn)了全碳纖維車身的寶馬i3、i8電動車已經(jīng)成功商業(yè)化,重量僅151千克,售價僅3.4萬歐元,與金屬汽車相當(dāng)。“不光是寶馬,國外幾乎所有知名汽車企業(yè)都紛紛與碳纖維企業(yè)緊密合作,開展了碳纖維復(fù)合材料汽車或零部件研發(fā),國內(nèi)一大批上市公司也加入到碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈,并成為我國碳纖維規(guī)?;瘧?yīng)用的主力??梢哉f,掌握碳纖維等新材料技術(shù)的汽車企業(yè)將成為未來汽車業(yè)的龍頭。”余木火說。
在我國,上汽、北汽分別與東華大學(xué)合作研發(fā)了碳纖維金屬混雜車身代替高強度鋼,大眾、海源等還研發(fā)了底盤車身一體化微型車。奧新新能源汽車公司在2015年成功研發(fā)我國首輛碳纖維新能源汽車,今年3月通過所有測試,正在建設(shè)年產(chǎn)2萬輛碳纖維車身電動車生產(chǎn)線。
與會專家介紹,作為輕量化材料的高性能纖維包括碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、聚苯硫醚纖維、玄武巖纖維、聚酰亞胺纖維等。全球主要高性能纖維年產(chǎn)能33萬噸,中國只有7.3萬噸,供應(yīng)乏力。在競爭激烈的碳纖維領(lǐng)域,我國年產(chǎn)量僅為4000噸,大多數(shù)企業(yè)處在虧損狀態(tài)。“中國碳纖維企業(yè)有30多家,每家投入幾億元到十幾億元,最大規(guī)模不超過3000噸,相比國際龍頭3萬噸的規(guī)模而言,還是無法競爭。”余木火說。
除了原材料的不足,我國還缺乏大絲束碳纖維技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)鏈。“我國30多家企業(yè)全部生產(chǎn)小絲束,沒有大絲束碳纖維生產(chǎn)技術(shù)與產(chǎn)品。對新能源汽車而言,大絲束碳纖維成本低、織物效率高,鋪層次數(shù)少,滿足量產(chǎn)節(jié)拍。如果2020年新能源汽車產(chǎn)量達到500萬輛,還需要足夠多的大絲束碳纖維。”余木火說。
此外,我國生產(chǎn)碳纖維的關(guān)鍵材料和設(shè)備還依靠進口。據(jù)介紹,由于碳纖維油劑、碳化設(shè)備依靠進口,沒有大型石墨碳材料,許多企業(yè)不得不從國外購買要價不菲的汽車零部件自動化生產(chǎn)線。因此,我國新能源汽車要進一步發(fā)展,新材料的國產(chǎn)化非常重要。
盡管國內(nèi)許多企業(yè)已經(jīng)研發(fā)出性能優(yōu)異的新材料汽車,但是要想向市場推廣,進入商業(yè)化,還需要進一步建立維修、回收和循環(huán)使用技術(shù)體系。“企業(yè)還要重視碳纖維汽車的回收再利用,維修等問題,否則汽車輕量化的進一步推廣就成問題。”中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會副會長賀燕麗說。
國家發(fā)展改革委產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)司機械裝備處調(diào)研員吳衛(wèi)表示,隨著節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的深入實施,特別是近年來新能源汽車產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展,汽車輕量化包括輕金屬非金屬材料,產(chǎn)業(yè)化規(guī)?;l(fā)展進入了新的階段。