中航复材李宏运:迫于环境及政策压力 轻量化成企业生存必要之路

刘万祥

6月24日,第一电动网在北京举办电动汽车轻量化沙龙,现场中航复合材料有限责任公司副总经理李宏运表示轻量化从来都不是为开车人轻量化的,而是为地球轻量化,为环境而轻量化。 他从两个方面解释道,第一,全球环境压力造成不得不去轻量化。第二,轻量化是车企生存的必要之路, 2020年所有车企的平均油耗5.0升,如果车企不去发展新能源或低排放的车,它将来生存就很困难。

中航复材李宏运:迫于环境及政策压力 轻量化成企业生存必要之路

中航复合材料有限责任公司副总经理李宏运

关于轻量化的实现,李宏运表示,从钢到铝,通过设计去满足结构强度、刚度、耐久性前提下,如何去降低结构重量,有很多的设计和分析方法。对于车钢质车身,他认为已经没有什么余地可挖了,材料的性能已经用到非常极限了,而且布局上也非常合理。关于轻量化的实现,从传统上讲,设计第一位的。结构的重量和成本都取决于这个设计。其次在选择材料的时候必须和设计紧密结合起来,如果离开了设计,单独用轻质材料去用,是用不出效果的。因为材料本身有不同的特点,尤其是比强度、比刚度、耐久性方面。当然设计还对制造工艺有影响,制造工艺来讲,也会从加工精度、制造精度这方面去控制这个重量,但是贡献率肯定没有前两个贡献率高。

碳纤维复合材料的应用逐步由航空领域过渡到汽车领域

而在碳纤维的材料特性方面,主要是使用高性能的碳纤维来作为增强体,和树脂体系,包括热固性和热缩性的树脂体系,形成一种复合材料。单项材料的性能,标准磨量的碳纤维可以到3500个兆帕,磨量可以到240个兆帕。那么现在最高级别的碳纤维可以到6600个兆帕,磨量由原来的230、240兆帕,可以到500兆帕左右,这个材料在迅速的发展和进步之中。

通过在航空领域这几十年的应用,在近十年内开始逐步向汽车方面推广和应用。比如碳纤维在追求高速竞赛的F1赛车上成功应用,慢慢给其他通用汽车行业应用奠定了一些基础和信心。从现在来看,主要用的部位也是从表面的覆盖件(像四门两盖)。而后在有了新能源车应用于主结构。最典型的就是宝马i3,整个的乘员仓全部以碳纤维复合材料来制造,对于复材领域来讲已经是一个非常大的量了。

宝马应用以后,国内也想引进生产线。但在总体上来看,用这些材料和设计的施工背景考虑,是不是最佳方案?应该说还有很多的可以探讨的地方。现在国际上也都有很多的设计,虽然宝马采用这种设计方式去做有一定的道理,但不是最优的。现在包括英国、法国、德国有很多的研究机构也在开发新的材料设计结构,结构的设计方法和更低成本的制造方法也在用。可能下一步的应用会在车身上,这个量一定会逐步扩大。从原来的覆盖件,向整个主要构建,整个车身上转移。如果再往下发展可能会在一些动部件,像传动轴、轮毂,改装车上用的很多,但是现在批生产,也面临生产装备和成本这块的挑战。

其中,中航复材一直做这方面的设计和开发,刚才提到的覆盖件,车身成立结构,还有传动轴,轮毂这块也都在跟我们不同的主机厂进行设计和开发,也试图在这方面逐渐地走向产业化。

任何一个产业没有产业链完整的配套,很难快速增长

要实现一种材料的批量化生产,整个工业的配套包括上游的材料、成型、加工设备都要配套。相当于有传统钢的生产线过渡到铝车身的生产线,整个装备都要做很大的调整。除了技术原因以外,可能还有投资上的问题,所以这块可能需要进一步地去降低成本的话,除了做技术方面的工作以外,可能还要整个的工业配套。汽车是靠产业链生存的,这个产业链所有的技术突破和投资都和这个车紧密相关,所以说铝车身很难现在大量地用,跟这个产业链配套不是很完整,也是紧密相关的。同样对复合材料的车身也一样,主要还是产业链配套的问题。

多材料混杂结构,对工艺创新提供了非常好的机会。像钢板和复合材料复合结构,现在有很多自动铺带或者铺丝的方法,在模具里冲压成型。 而且像航空上用的大概是在一、两个小时才能铺化,现在两到五分钟就可以铺化,这就给混合结构的材料体系提供了一个快速成型、适合车上应用的材料工艺方法。快速铺化预浸料和冲压形成了一体化的结构,这个是金属和复合材料混杂的方法。还有一类是属于工程塑料或者是长纤维增强的非连接纤维的复合材料和连续纤维复合材料成型的这种混合结构。

目前碳纤维产能已经足够  来10年需求量将在10万吨以内

从发展的路程看,复合材料的量一定会大幅度上升,但任何一种材料不可能独霸天下。飞机用到现在,复合材料最大用到了50%,铝合金、钢一样在里头发挥它的作用。但是五到十年之内,一定会有增加。 但一定程度上,完全替代不太现实。因为当年在飞机考虑复材应用的时候,同样和汽车现在思考的问题是一模一样,这个问题在二、三十年前飞机行业讨论得非常激烈,一定会增加量,但绝不会替代。

产能的扩大取决于这个行业带动力有多少。从国内碳纤维总体产能之和,统计下来大家报的产能大概在6到7万吨。现在全球2015年碳纤维消耗量就是6到7万吨。也就是说,中国现在碳纤维的产能都发挥出来够全世界用了。碳纤维产能远远大于汽车行业的需求,汽车近几年不会有带动超过7万吨。

至于未来,李宏远认为十年之内,车上碳纤维的需求量应该在10万吨以内,汽车行业不会给大家太多的惊喜。国内现在航空航天用的碳纤维实际上大部分都来自于一家,因为这个验证周期非常长。从民用领域的角度来讲,两个标准:性能满足要求,成本可接受。那么现在这个产能应该很多家存在问题。因为大家投的是小丝数,用的工艺方法是绑丝,速度不可能大幅度提高的,在国内仅有三家以内采用干喷湿纺。从汽车这块低成本和应用这块,大家投的技术路线和方法也存在很多问题。

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