鉅大LARGE | 點擊量：662次 | 2019年03月19日
新能源汽車行業(yè)發(fā)展的主流趨勢是什么
12月16日，第九屆全球新能源汽車大會（GNEV9）在國家會議中心開幕。在下午的輕量化論壇上，中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員祝穎丹發(fā)表了主題演講——《汽車工業(yè)用熱塑性纖維復(fù)合材料》。
祝穎丹表示，節(jié)能環(huán)保、法規(guī)、性能等對汽車輕量化的要求與日俱增，已經(jīng)是新能源汽車行業(yè)發(fā)展的主流趨勢。
以下為中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所祝穎丹研究員演講實錄（略有刪減）：
目前，新能源汽車的輕量化車身主要有三大類結(jié)構(gòu)，第一，全鋁合金車身；第二，碳纖維復(fù)合材料+鋁合金車身；第三，CarbonCore混合材質(zhì)車身。
碳纖維復(fù)合材料密度1.5左右，在等剛度或等強(qiáng)度下比鋼可以減輕50%，比鋁合金可減輕30%。受到成本、工藝、材料本身屬性等多方面的約束，金屬材料和復(fù)合材料都有各自的優(yōu)勢，不用相互排斥，大家怎么樣將它們?nèi)诤显谝黄鸢l(fā)揮各自的作用，這才是輕量化最終要追求的目標(biāo)，多材質(zhì)的應(yīng)用是必然趨勢。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
再看一下成本，我們平時講成本高大多是基于替代思維，針對單個金屬零部件，直接采用碳纖維復(fù)合材料替代對比價格顯然是偏高的，忽略了復(fù)合材料在裝配總成及輕量化帶來的綜合效益等全壽命周期的綜合成本。到目前為止，碳纖維無法做到鋼材的價格。任何一個新車型在開發(fā)之前應(yīng)將新材料納入進(jìn)去，將成本融合進(jìn)整車及全壽命周期層面，而不是采用簡單的替代思維計算成本。
國外形成了上下游一體化的產(chǎn)業(yè)鏈，比如寶馬，建立了從碳纖維到中間材料織物到零部件以及主機(jī)廠整車的全鏈條，國內(nèi)主機(jī)廠很難去做到這一步，但是我們可以整合各個環(huán)節(jié)的優(yōu)勢單位一起做產(chǎn)業(yè)鏈，現(xiàn)在國產(chǎn)碳纖維已經(jīng)量產(chǎn)，不少企業(yè)擁有量產(chǎn)設(shè)備，但是我們還處于示范應(yīng)用中，沒有達(dá)到真正的量產(chǎn)應(yīng)用。
目前復(fù)合材料在汽車工業(yè)規(guī)?；瘧?yīng)用問題較多，我簡單列了幾個：第一，原材料成本高；第二，設(shè)計水平不足；第三，生產(chǎn)效率低；第四，高效連接技術(shù)；第五，回收利用問題。
針對回收利用的問題，與熱固性復(fù)合材料相比，熱塑性復(fù)合材料占了很大的優(yōu)勢。目前國際上纖維復(fù)合材料的應(yīng)用增長非常快，現(xiàn)在市場上熱固為主導(dǎo)，熱塑逐年遞增，每年至少以15%增長，這個是響應(yīng)咱們國家十三五節(jié)能環(huán)保政策，回收再利用即是其范疇，熱塑復(fù)合材料另外一個特點是成型周期短，符合汽車的高效生產(chǎn)節(jié)拍。
目前高性能熱塑復(fù)合材料成型技術(shù)主要包括非連接纖維復(fù)合材料成型技術(shù)、連續(xù)纖維復(fù)合材料成型技術(shù)，以及連續(xù)-非連續(xù)纖維復(fù)合材料成型技術(shù)三大類。非連續(xù)纖維復(fù)合材料性能低、成型效率高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，連續(xù)纖維復(fù)合材料性能高、成型效率相對低、結(jié)構(gòu)簡單，連續(xù)和非連續(xù)結(jié)合在一起，可以實現(xiàn)復(fù)雜承載結(jié)構(gòu)件的高效成型。
咱們講工藝之前有一個很重要的問題先需要解決。碳纖維表面非常光滑，與高分子樹脂材料結(jié)合性差，在兩者之間需架入一個橋梁，從研究層面來講這個叫碳纖維的表面處理，處理的方法有多種。這是碳纖維的基本生產(chǎn)流程，最后有一道上漿工序，這就是一個橋梁，在碳纖維表面上漿可以改善碳纖維-樹脂的結(jié)合性能。
為什么我們這里特別強(qiáng)調(diào)要做熱塑性上漿劑呢？目前市場上以熱固樹脂應(yīng)用為主，所以大部分碳纖維的上漿劑是以環(huán)氧為主的。熱塑性復(fù)合材料加工溫度較高，一般都超過200度，這個加工溫度容易破壞環(huán)氧上漿劑。另一方面，熱塑性樹脂和環(huán)氧上漿劑兼容性差，所以我們做成型工藝前一定要做好界面的處理。我們可以從這些圖和數(shù)據(jù)中對比下采用和沒采用專用熱塑性上漿劑的區(qū)別，采用后復(fù)合材料的性能明顯得到大幅度的提升。
接下來介紹下熱塑性復(fù)合材料常見的成型工藝。首先是比較成熟的LFT成型工藝，主要有粒料和在線成型兩大類。在線成型主要包括在線模壓和在線注塑成型，模壓就是將團(tuán)狀料直接轉(zhuǎn)移至模腔合模成型，過程比較簡單。注塑是直接將擠出料通過注塑機(jī)注入到模腔成型。國內(nèi)寧波雙馬注塑機(jī)做的還是非常不錯的，國際上KraussMaffei/Dieffenbacher公司做得最好。LFT工藝在歐洲曾被稱為未來之星，已經(jīng)在車上多個零部件得到了成功的應(yīng)用。
第二種工藝是GMT，這種工藝也比較成熟，相對簡單。這個是長纖維反應(yīng)注塑成型，主要是跟PU浸潤注塑，這是KraussMaffei公司開發(fā)的設(shè)備，已經(jīng)研發(fā)出多個部件在大卡車上得到了很成功的應(yīng)用。
接下來介紹下連續(xù)纖維復(fù)合材料成型技術(shù)。首先介紹下T-RTM成型，這是將熱固性復(fù)合材料成型工藝移植到熱塑性復(fù)合材料。適合這種工藝的熱塑性樹脂主要有陰離子開環(huán)聚合的己內(nèi)酰胺、CBT、液態(tài)聚丙烯等，這是寧波所自主研發(fā)的注膠機(jī)，我們采用該裝備成功制備出大尺寸（1.7*1.6m）的結(jié)構(gòu)件。這個是寧波材料所自主研發(fā)的“三步”熱壓成型技術(shù)及裝備，目前我們可以做到單模13件/小時。這個是鋪放成型技術(shù)，這一類技術(shù)分兩種，一種可以做預(yù)制件鋪放，另外一種是鋪絲鋪帶成型。這是拉擠成型，涉及到多種反應(yīng)型、非反應(yīng)型成型技術(shù)。
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