2012年對于全球汽車產業而言無疑是個好的年景,前五大的汽車制造商的利潤增長均超過兩位數,全球的汽車總銷量將超過62萬輛。與汽車行業產銷量爆棚相伴隨的,是消費者對汽車產品提出的更高要求和使用標準,而能否讓汽車在不影響正常使用功能的前提下讓其變得更加輕便,將是未來影響消費者選擇的重要因素。碳纖維技術的高速發展,正在讓人類更加接近輕量化汽車的愿景。
汽車輕量化的概念由來已久,是指要在保證汽車的強度和安全性能的前提下,盡可能多地降低汽車的整備質量,從而提高汽車的動力性,減少燃料消耗以降低排氣污染。根據研究顯示,若汽車整車重量降低10%,燃油效率可提高6%-8%;汽車整備質量每減少100公斤,百公里油耗可降低0.3-0.6升,汽車重量降低1%,油耗可降低0.7%。此外,車輛每減重100公斤,二氧化碳的排放量可減少約5克每公里。因此,汽車輕量化對于節約能源、減少廢氣排放十分重要。在駕駛方面,輕量化以后,汽車的整體加速性將會得到顯著提高,操控的靈敏性隨之變高,車輛控制的穩定性、噪音、振動等方面也均有改善。
要實現汽車輕量化,最主要手段就是輕質材料的大量應用,如鋁、鎂、陶瓷、塑料、碳纖維復合材料等,而在所有能夠替代如今汽車整備的材料中,碳纖維是被給于厚望的新材料。碳纖維的物理屬性決定了碳纖維模量高和軸向強度,無蠕變,耐疲勞性好,比熱及導電性介于非金屬和金屬之間,熱膨脹系數小,耐腐蝕性好,纖維的密度低,X射線透過性好。而且碳纖維的比重不到鋼的1/4,抗拉強度卻達到鋼的7-9倍,以其制造的汽車可以節約燃油30%。但利用碳纖維材料實現汽車輕量化同樣面臨巨大的問題,不僅是碳纖維本身價格昂貴,而且將碳纖維制造成為產品同樣是一筆巨大花費。
人類的碳纖維技術發展開始于50年代初,最早應用在火箭、宇航及航空等尖端科學技術,到今天廣泛應用于體育器械、紡織、化工機械及醫學領域。隨著尖端技術對新材料技術性能的要求日益苛刻,80年代初期,高性能及超高性能的碳纖維相繼出現,這在技術上是又一次飛躍,同時也標志著碳纖維的研究和生產已進入一個高級階段。隨著近年來碳纖維行業的逐步發展,已經逐漸向汽車領域擴展。
全球碳纖維行業需求快速增長,高端產品長期看好。著名跑車品牌蘭博基尼歸于德國三大汽車巨頭ABB之一的奧迪所有,這家公司已經在同美國的波音航空公司攜手開發碳纖維材料,專門用于制造汽車。蘭博基尼的著名車型Aventador就是使用了一系列的碳纖維材料制造的元件,并且結合了金屬鋁制造的車身框架,整個車體的槽座部分都是采用碳纖維材料制成的。
日本企業則將量產汽車用碳纖維。帝人公司近期宣布將在全球首次量產汽車用碳纖維,首期在美國投資約300億日元,計劃到2015年之前將產能擴大四成,美國通用汽車(GM)計劃在批量銷售的車型上采用碳纖維,而帝人作為通用的主要合作企業,將與其簽署協議。帝人擁有新的碳纖維生產技術,預計其成本將大幅降低,其成本將從鋼鐵的數十倍的縮減至只有鋼鐵的不到2倍。同樣來自日本的東麗正在爭取與德國戴姆勒公司進行合作,以加強在歐洲的生產體制。如果再算上三菱麗陽的話,日本3大廠商將占據全球碳纖維份額的6成。
我國對碳纖維的研究開始于20世紀60年代,80年代開始研究高強型碳纖維,盡管多年來進展緩慢,但也取得了一定成績。進入21世紀以來發展較快,我國碳纖維制造開始向技術多元化發展,碳纖維已被列為國家化纖行業重點扶持的新產品,成為國內新材料行業研發的熱點。近些年我國碳纖維需求量增長率成上升態勢,預計自2013年起需求增長率將大幅提高。預計到2015年,國內需求量有望突破2萬噸。不過,為了滿足日益擴大的國內需求,目前我國每年還要大量進口碳纖維,按照2011年國內消費量1萬噸、國內產量2000噸計算,進口量約為8000噸,也就是說,目前我國碳纖維進口依賴度約為80%,進口替代空間很大。
目前,阻礙碳纖維在汽車領域商品化的關鍵因素是制造成本。不過,隨著碳纖維行業的不斷成熟與發展,以及節能減排和汽車輕量化大方向的指引,碳纖維材料或成汽車界“瘦身革命”的領導者。可以預見,碳纖維輕量車身必將掀起一股新的變革潮流,一個新的市場突破點正在形成,汽車輕量化時代正在加速來到我們的身邊。



