前言：近幾十年來(lái)，復(fù)合材料行業(yè)一直在尋找如何在主流汽車(chē)市場(chǎng)中獲得發(fā)展動(dòng)力的途徑。美國(guó)環(huán)保局宣布2025年，汽車(chē)制造商要達(dá)到的燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)--54.5英里每加侖，這使得越來(lái)越多的汽車(chē)制造商各處尋求各種可以使車(chē)輛更輕的材料。

 

    近年來(lái)復(fù)合材料的研究取得了較大的進(jìn)展，且已經(jīng)成功應(yīng)用于寶馬i3、大眾XL1系列以及本田2017最新的Ridgeline。

 

    另外福特汽車(chē)的制造商也一直致力于推動(dòng)復(fù)合材料的發(fā)展。去年，該公司成為了第一個(gè)生產(chǎn)汽車(chē)用碳纖維輪轂的制造商，而且它的超級(jí)跑車(chē)--福特GT系列也大量使用了碳纖維。最近復(fù)合材料制造業(yè)與福特汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)的技術(shù)的負(fù)責(zé)人David Wagner接受了外媒采訪，談一談復(fù)合材料在汽車(chē)領(lǐng)域的當(dāng)前狀態(tài)。

 

    問(wèn)：請(qǐng)描述一下你作為福特汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者主要負(fù)責(zé)的工作。

 

    答：我所在的部門(mén)是Research & Advanced Engineering，團(tuán)隊(duì)主要工作是超前計(jì)劃設(shè)計(jì)。我主要負(fù)責(zé)汽車(chē)車(chē)身和底盤(pán)的輕量化設(shè)計(jì)以及一些未來(lái)應(yīng)用的部分。

 

    問(wèn)：你如何看待復(fù)合材料在汽車(chē)行業(yè)的現(xiàn)狀？

 

    答：它即將獲得突破。寶馬和其他幾個(gè)公司前期工作的成功吸引了更多的人關(guān)注。碳纖維是福特GT超級(jí)跑車(chē)的基本要素。多年來(lái)汽車(chē)行業(yè)一直在致力于將碳纖維應(yīng)用于小體積型特色汽車(chē)，并追求可能在大體積經(jīng)典系列汽車(chē)的生產(chǎn)上有所突破。當(dāng)然，寶馬在7系列所做的工作是我們目前關(guān)注的焦點(diǎn)。在研究和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，這也是我們特別感興趣的方面。

 

    問(wèn)：你剛提到了福特GT。其他部分的應(yīng)用讓我們想到了福特野馬GT350R使用的碳纖維輪轂，這使福特書(shū)寫(xiě)了“與鋁合金相比，使用碳纖維是整車(chē)重量減少了60磅”的篇章。那么，你對(duì)碳纖維輪轂在整個(gè)汽車(chē)行業(yè)的潛能持有什么態(tài)度呢？

 

    答：碳纖維輪轂的制備方法非常適合于GT350R。大體積型輪轂的制備方法還不清楚。未能實(shí)現(xiàn)大量生產(chǎn)的原因主要在于成本和時(shí)間的問(wèn)題。但是車(chē)輪對(duì)碳纖維來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的機(jī)遇。它不僅能直接降低車(chē)身重量，還具有降低旋轉(zhuǎn)質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量這一額外的好處。這對(duì)駕駛的平順性，操縱和轉(zhuǎn)向都有所改進(jìn)，同時(shí)還能改善加速狀態(tài)。因?yàn)樗⒉恍枰M可能多的能量加速旋轉(zhuǎn)輪子，這也是減輕轉(zhuǎn)動(dòng)部件質(zhì)量帶來(lái)的額外的好處。相對(duì)于非移動(dòng)部件，這也是將碳纖維應(yīng)用于移動(dòng)部件的原因之一。

 

    問(wèn)：那你如何看待即將應(yīng)用于福特的復(fù)合材料呢？

 

    答：福特與DowAksa(碳纖維生產(chǎn)研發(fā)集團(tuán)）正在聯(lián)合開(kāi)發(fā)低成本碳纖維。我們正在尋找可應(yīng)用DowAksa碳纖維的一些零件。我們正在盡最大的努力降低汽車(chē)的整體重量。

 

    問(wèn)：復(fù)合材料行業(yè)需要克服哪些障礙才能使汽車(chē)制造商，如福特，增加GFRP和CFRP的使用呢？

 

    答：在碳纖維使用前，有一些成本障礙，尤其是碳纖維原料的成本。對(duì)于尋找不同基體的復(fù)合材料行業(yè)而言，現(xiàn)在的化學(xué)系統(tǒng)非常精細(xì)，首先是確保纖維上樹(shù)脂基體的尺寸，以及與樹(shù)脂基體的界面結(jié)合情況。再有就是制造時(shí)間引起的高成本。許多航空部件都得在高溫高壓下數(shù)小時(shí)進(jìn)行高壓滅菌。對(duì)于大體積的汽車(chē)部件，碳纖維和玻璃的復(fù)合材料往往難以承受這一循環(huán)時(shí)間--每小時(shí)一個(gè)部件，而相對(duì)于鋼或鋁的沖壓每6-10秒我們就能得到一個(gè)部件。對(duì)復(fù)合材料而言，這還不是其固化時(shí)間。

 

    因此目前正在持續(xù)進(jìn)行一些化學(xué)方面的工作，并且所有的樹(shù)脂公司和復(fù)合材料行業(yè)在減少部件的循環(huán)時(shí)間和固化時(shí)間方已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步。這是下一個(gè)大障礙，我們也會(huì)對(duì)這一方面進(jìn)行大量的工作，我們也期望未來(lái)能有所改進(jìn)。我懷疑降低鋼壓印機(jī)的速度，是否能實(shí)現(xiàn)大體積的生產(chǎn)。

 

    問(wèn)：還有什么其他挑戰(zhàn)是你期望復(fù)合材料行業(yè)能幫你解決的呢？

 

    答：復(fù)合材料在高溫，低溫情況下化學(xué)穩(wěn)定性的深入研究，還有就是復(fù)合材料的耐沖擊性。復(fù)合材料的表面必須在不同的環(huán)境因素和在將暴露于不同的流體中耐沖擊。顯然，如果你在室內(nèi)，如復(fù)合材料座椅框架，你可能不會(huì)看到在座椅框架內(nèi)傾倒制動(dòng)液防凍液。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)艙的任何部分，復(fù)合材料必須是能承受所有我們將預(yù)見(jiàn)到的不同的汽車(chē)流體的情況，尤其是對(duì)任何外部或底盤(pán)部分。有很多神奇的化學(xué)反應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我的想象。在有機(jī)油泄露的情況下，我們不允許出現(xiàn)復(fù)合材料的降解。

 

    問(wèn)：您如何看待使用復(fù)合材料將對(duì)汽車(chē)行業(yè)未來(lái)五年的改變？

 

    答：我們會(huì)看到更多的復(fù)合材料和更多的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料?，F(xiàn)在在車(chē)輛中使用各種聚合物和塑料系統(tǒng)，還有填充的和未填充的內(nèi)飾件及外飾件。這些非結(jié)構(gòu)的或半結(jié)構(gòu)類(lèi)型的東西，有的自己就能支撐起來(lái)，但它們不增加耐久性或剛度。因此，這些材料的使用都和高分子復(fù)合材料的使用都會(huì)增長(zhǎng)。另外成本和汽車(chē)需要考慮的問(wèn)題也很重要，這將決定汽車(chē)使用復(fù)合材料制造汽車(chē)部件的多少。

 

    問(wèn)：除了使用復(fù)合材料，福特如何實(shí)現(xiàn)輕量化的目標(biāo)？

 

    答：我們有全鋁F-150，擁有高強(qiáng)度鋼框架和鋁制車(chē)身。這也是我們滿(mǎn)足客戶(hù)需求以及燃油經(jīng)濟(jì)性的要求采用的解決方案。