汽車(chē)輕量化絕非是簡(jiǎn)單地將其小型化。首先應(yīng)保持汽車(chē)原有的性能不受影響，既要有目標(biāo)地減輕汽車(chē)自身的重量，又要保證汽車(chē)行駛的安全性、耐撞性、抗振性及舒適性，同時(shí)汽車(chē)本身的造價(jià)不被提高，以免給客戶(hù)造成經(jīng)濟(jì)上的壓力。實(shí)驗(yàn)證明，汽車(chē)質(zhì)量降低一半，燃料消耗也會(huì)降低將近一半。由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車(chē)的輕量化已經(jīng)成為世界汽車(chē)發(fā)展的潮流。

 

       汽車(chē)輕量化技術(shù)目的。采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和有效手段對(duì)汽車(chē)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，或使用新材料在確保汽車(chē)綜合性能指標(biāo)的前提下，盡可能降低汽車(chē)產(chǎn)品自身重量，以達(dá)到減重、降耗、環(huán)保、安全的綜合指標(biāo)。

 

一、汽車(chē)保有量持續(xù)上升，節(jié)能減排成各國(guó)重中之重

 

       經(jīng)過(guò)十余年的快速發(fā)展，汽車(chē)保有量持續(xù)上升。2010-2016年我國(guó)汽車(chē)保有和產(chǎn)量快速上升。2016年國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)量2819萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)13.5%，汽車(chē)產(chǎn)量仍處于逐步上漲趨勢(shì)中。另2017年8月末我國(guó)民用汽車(chē)保有量達(dá)到2.05 億輛，汽車(chē)千人保有量為144 輛/千人，與發(fā)達(dá)國(guó)家每千人汽車(chē)保有量500輛左右相比，國(guó)內(nèi)汽車(chē)保有仍會(huì)持續(xù)上升。

 

2011-2017H1國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)量(萬(wàn)臺(tái))

 

 

2010-2017國(guó)內(nèi)汽車(chē)保有量（億輛）

 

 

       伴隨汽車(chē)保有量的增多，汽車(chē)排放污染引起注意。機(jī)動(dòng)車(chē)大多是以汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，這兩類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)均直接排放細(xì)顆粒物，其中汽油機(jī)排放的顆粒物相對(duì)較少，而柴油機(jī)排放量多，是城市PM2.5污染的主要排放源之一。北京市環(huán)保局發(fā)布的PM2.5來(lái)源解析報(bào)告顯示，在霧霾所有來(lái)源中，區(qū)域傳輸貢獻(xiàn)占28%~36%，本地污染貢獻(xiàn)，其中機(jī)動(dòng)車(chē)污染占到31%，為主要來(lái)源。

 

北京PM2.5來(lái)源占比解析（2017年）

 

 

       各國(guó)為控制汽車(chē)排放量，紛紛提出汽車(chē)能耗和排放目標(biāo)。到2020年，除美國(guó)之外的全球主要的汽車(chē)生產(chǎn)與消費(fèi)國(guó)家和地區(qū)對(duì)乘用車(chē)燃油油耗的要求都將嚴(yán)格限制在5L/100km以下的水平，而且碳排放也更為嚴(yán)格（國(guó)內(nèi)在2020將采用國(guó)Ⅵ的排放標(biāo)準(zhǔn)）。

 

       汽車(chē)輕量化將成節(jié)能減排主攻方向。汽車(chē)行業(yè)的節(jié)能減排主要是指通過(guò)汽車(chē)制造商一些技術(shù)措施配合相應(yīng)的國(guó)家政策，建立起完善的機(jī)制等來(lái)減少能源浪費(fèi)和降低廢氣排放。主要技術(shù)措施為汽車(chē)輕量化技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)、改善油品品質(zhì)和排放控制技術(shù)。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)與油品改善需要較長(zhǎng)時(shí)間技術(shù)積累才能提升，而輕量化技術(shù)是目前最容易實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，將成為減排主攻方向。

 

       汽車(chē)排放與汽車(chē)重量高度相關(guān)。在保證汽車(chē)強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車(chē)的整備質(zhì)量，從而提高汽車(chē)的動(dòng)力性，減少燃料消耗，降低汽車(chē)尾氣排放。汽車(chē)整備質(zhì)量降低100Kg，汽車(chē)每百公里油耗將減少0.3~0.6L，汽車(chē)重量減低1%，油耗可減低0.7%，減排效果明顯。

 

 

       我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量快速增長(zhǎng)。當(dāng)前我國(guó)的新能源汽車(chē)發(fā)展主要由政策扶持，得到了飛速的發(fā)展。2016年，我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量為50.7萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)53%。截止2017年11月，新能源汽車(chē)11月當(dāng)月銷(xiāo)量11.9萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)106.7%。

 

       新能源汽車(chē)銷(xiāo)量前景廣闊。到2020年，我國(guó)將形成新能源汽車(chē)200萬(wàn)輛的年產(chǎn)銷(xiāo)量規(guī)模，平均年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到41%，市場(chǎng)前景廣闊；預(yù)計(jì)2020年我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)量將達(dá)到242萬(wàn)輛，CAGR達(dá)到46.88%；2020年新能源汽車(chē)車(chē)型將達(dá)244款，較2016年55款增增加189款。

 

新能源汽車(chē)11月銷(xiāo)量11.9萬(wàn)輛，同比+106.7%

 

 

2014-2020年我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)量(單位：萬(wàn)輛)

 

 

       迫于環(huán)境的壓力部分國(guó)家出臺(tái)禁售燃油車(chē)時(shí)間表。荷蘭、德國(guó)、法國(guó)和英國(guó)等在內(nèi)等多個(gè)國(guó)家都給出了禁售燃油汽車(chē)的時(shí)間表，新能源汽車(chē)的發(fā)展已經(jīng)勢(shì)不可擋。國(guó)際上已經(jīng)有多個(gè)國(guó)家表態(tài)將在不久的將來(lái)全面禁售燃油車(chē)從。目前工信部也啟動(dòng)了停止生產(chǎn)銷(xiāo)售傳統(tǒng)能源汽車(chē)時(shí)間表的相關(guān)研究，也將會(huì)同相關(guān)部門(mén)制訂我國(guó)的時(shí)間表。這也是工信部針對(duì)燃油汽車(chē)禁售的首度表態(tài)。

 

       雖然新能源汽車(chē)銷(xiāo)量在各個(gè)國(guó)家持續(xù)走高，但是“里程焦慮”一直成為消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)新能源汽車(chē)的關(guān)鍵阻礙。在目前的鋰電池技術(shù)限制下，如果是低價(jià)位電動(dòng)車(chē)，續(xù)航只有100多公里；而續(xù)航里程大的，則價(jià)格較高，如特斯拉的續(xù)航達(dá)480公里，價(jià)格達(dá)約70萬(wàn)元，遠(yuǎn)超普通消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)能力。普通新能源汽車(chē)?yán)m(xù)航能力350公里以上，才能顯著消除消費(fèi)者的焦慮。

 

       電池占汽車(chē)總重已達(dá)40%。通過(guò)加裝電池組數(shù)量來(lái)獲得里程數(shù)的提升，電池組總重達(dá)900Kg，已占總車(chē)質(zhì)量的42.7%，達(dá)到汽車(chē)總重的小半，想要繼續(xù)增加電池組數(shù)以至較為困難階段。

 

       新能源汽車(chē)電池能量密度短期內(nèi)較難提升。電池廠(chǎng)商欲通過(guò)提升動(dòng)力電池密度提升從而提升電池里程數(shù)，目前，松下、三星、LG、CATL等第一梯隊(duì)動(dòng)力電池廠(chǎng)商，電池能量密度在240-250Wh/kg區(qū)間，各家也在積極研發(fā)300Wh/kg以上動(dòng)力電池處于測(cè)試研發(fā)階段，距離量產(chǎn)還有一定時(shí)間，短期內(nèi)顯著難以實(shí)現(xiàn)。

 

ModelS電池組占總重

 

 

各家三元?jiǎng)恿﹄姵孛芏葘?duì)比（Wh/kg）

 

 

       輕量化是解決新能源汽車(chē)?yán)m(xù)航難題的最有效途徑。通過(guò)汽車(chē)自身減重成為車(chē)場(chǎng)關(guān)注的新方向。純新能源汽車(chē)每減少100Kg重量，續(xù)航里程可提升10%-11%，還可以減少20%的電池成本以及20%的日常損耗成本。由于汽車(chē)輕量化可顯著提高電池續(xù)航能力，已形成量產(chǎn)的產(chǎn)品有：乘用車(chē)、商用車(chē)的外覆蓋件、內(nèi)結(jié)構(gòu)件等汽車(chē)輕量化車(chē)身件和新能源汽車(chē)電池盒的外覆蓋件等。

 

2.4. “限制排放”疊加“里程焦慮”，汽車(chē)輕量化成必然趨勢(shì)

 

       汽車(chē)輕量化優(yōu)勢(shì)明顯。所謂“汽車(chē)輕量化”，就是在保證汽車(chē)的強(qiáng)度和安全性能的前提下，大幅降低汽車(chē)的整備質(zhì)量，從而提高汽車(chē)的動(dòng)力性及續(xù)航里程，減少燃料消耗，降低排氣污染，甚至提升汽車(chē)操作性以及安全性。汽車(chē)輕量化優(yōu)勢(shì)凸顯，降低油耗和排放，汽車(chē)每減重10%，可減少油耗8%~10%，排放減少10%；操控性更強(qiáng)，汽車(chē)質(zhì)量降低，提升汽車(chē)轉(zhuǎn)向、加速及制動(dòng)的靈活性；續(xù)航里程提升，電車(chē)每減重10%，續(xù)航能力增加5%~8%；提升安全性，有效減少事故時(shí)汽車(chē)勢(shì)能對(duì)外物的沖擊力。

 

       政策逐步落地推進(jìn)國(guó)內(nèi)汽車(chē)輕量化產(chǎn)業(yè)發(fā)展。自2015年以來(lái)國(guó)內(nèi)接連頒布汽車(chē)輕量化產(chǎn)業(yè)規(guī)劃政策與支持政策。其中2015年頒布的《中國(guó)制造2025》中，提出掌握汽車(chē)低碳化、輕量化材料等核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，從關(guān)鍵零部件到整車(chē)的完整工業(yè)體系，推進(jìn)輕量化產(chǎn)業(yè)發(fā)展；2016年發(fā)布的《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》，指出應(yīng)加快調(diào)整先進(jìn)基礎(chǔ)材料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展高性能復(fù)合材料應(yīng)用范圍，支撐汽車(chē)輕量化發(fā)展。

 

       汽車(chē)輕量化發(fā)展路線(xiàn)與目標(biāo)已確定。根據(jù)2016年10月26日，中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)圖發(fā)布會(huì)中，指出汽車(chē)輕量化技術(shù)將成為汽車(chē)行業(yè)未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)之一。其中要在2025年，力爭(zhēng)整車(chē)質(zhì)量平均減輕20%，汽車(chē)鋼鐵比例占汽車(chē)總重的30%，單車(chē)用鋁合金達(dá)到250kg，單車(chē)用鎂量達(dá)到25kg，碳纖維使用量占車(chē)輛比重的2%。

 

節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)圖

 

 

       輕量化材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用是當(dāng)前汽車(chē)輕量化技術(shù)的主要研究方向。汽車(chē)輕量化技術(shù)分為結(jié)構(gòu)優(yōu)化、材料升級(jí)和工藝創(chuàng)新。其中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工藝創(chuàng)新側(cè)重于汽車(chē)前期設(shè)計(jì)與制造工藝層面，以目前國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平來(lái)看，汽車(chē)輕量化程度提升空間不大，研發(fā)周期較長(zhǎng)；而對(duì)汽車(chē)材料的更換和升級(jí)，能從根源減少汽車(chē)總重量，可行性更強(qiáng)，成為汽車(chē)輕量目前階段最主要方向。

 

       輕量化材料有著不同的特性。車(chē)身輕量化材料主要的技術(shù)路徑主要包括超強(qiáng)度鋼、鋁部件、復(fù)合材料玻纖碳纖等，不同國(guó)家選用的方向不同。歐洲選用的技術(shù)路徑主要是采用復(fù)合材料玻纖碳纖進(jìn)行替代，美國(guó)基本是用鋁，比如特斯拉，國(guó)內(nèi)剛起步，技術(shù)路徑還未確定。不同材料在強(qiáng)度、質(zhì)量、耐蝕、抗熱、抗震和加工性等均有自身不同的優(yōu)勢(shì)，也決材料在不同汽車(chē)零件上的應(yīng)用。參考國(guó)外的技術(shù)路徑，復(fù)合材料與鋁合金將成為未來(lái)汽車(chē)輕量化的兩個(gè)主要材料方向。

 

1、鋁合金汽車(chē)輕量化特性?xún)?yōu)于鋼材

 

鋁合金作為輕量化代表材料在整車(chē)制造上廣泛應(yīng)用基于如下優(yōu)點(diǎn)：

 

       1）重量大幅減輕。在強(qiáng)度、剛性滿(mǎn)足安全要求的同時(shí)，使用鋁合金可大大減輕車(chē)輛的自重，一般來(lái)說(shuō)鋁合金車(chē)輛比鋼質(zhì)車(chē)輛輕30%～50%。

 

       2）優(yōu)良的耐火、耐蝕。鋁合金材料與鋼鐵相比具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性，其散熱性比鋼更好。鋁合金表面易形成一層致密的氧化膜，因此鋁合金比鋼質(zhì)車(chē)體具有更好的耐腐蝕性能。

 

       3）吸收沖擊力好。鋁的吸收沖擊能力是鋼的2倍，在碰撞安全性方面有明顯優(yōu)勢(shì)。

 

       4）便于加工、制造、維修。鋁合金件的易于更換,不需除銹,適用于各種表面處理,便于維護(hù),還可以回收的特點(diǎn)使制造工藝大大簡(jiǎn)化,制造所需工作量也較鋼質(zhì)車(chē)體大大減少。

 

       鋁金屬用于汽車(chē)零件及車(chē)身技術(shù)已發(fā)展成熟。特斯拉、BMW以及Audi等皆運(yùn)用了大量鋁材在整車(chē)設(shè)計(jì)中，大幅減輕了汽車(chē)的總重；國(guó)內(nèi)比亞迪、江淮、北汽等也將鋁材用于動(dòng)力總成箱中，以降低汽車(chē)重量。

 

2、 復(fù)合材料汽車(chē)輕量化較傳統(tǒng)金屬材料優(yōu)勢(shì)明顯

 

       復(fù)合材料是由兩種以上不同性質(zhì)的材料經(jīng)過(guò)一系列物理、化學(xué)變化各種工藝進(jìn)行復(fù)合的一種材料，它具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕、絕緣、耐溫、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、工藝性好等一系列特點(diǎn)。復(fù)合材料經(jīng)過(guò)70年的發(fā)展，在全球范圍內(nèi)已形成一個(gè)重要的技術(shù)產(chǎn)業(yè)。碳纖維復(fù)合材料、玻纖維復(fù)合材料等先進(jìn)材料和技術(shù)都在汽車(chē)復(fù)合材料中得到應(yīng)用。

 

       復(fù)合材料在汽車(chē)許多部件上已實(shí)現(xiàn)替代。輕量、安全、節(jié)能、環(huán)保是汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，而傳統(tǒng)的汽車(chē)金屬材料發(fā)展變化較小，已越來(lái)越難以滿(mǎn)足這些要求。復(fù)合材料特性可以適應(yīng)這種變化的趨勢(shì)，因而發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)制造業(yè)一直把復(fù)合材料視為理想的汽車(chē)輕量化材料。復(fù)合材料以其高性能及適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，滿(mǎn)足汽車(chē)部件的不同需要，已在許多部件上替代原來(lái)的鋼、鋁等傳統(tǒng)材料。

 

       復(fù)合材料曲面零件可設(shè)計(jì)性。汽車(chē)的形狀從節(jié)能的角度考慮應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成空氣阻力最小的結(jié)構(gòu)，但必須兼顧其美觀(guān)性。具有一定厚度的鋼板沖壓成型時(shí)，其曲面的形狀往往受到限制，而使用復(fù)合材料時(shí)利用它的流動(dòng)性，比較易于制成各種形狀的曲面，容易達(dá)到按空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的要求以及滿(mǎn)足美觀(guān)方面的需要。

 

       復(fù)合材料的零件性能可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。通過(guò)調(diào)整纖維結(jié)構(gòu)、排列可以制成各向異性和不同厚度的制品，還可以實(shí)現(xiàn)夾芯結(jié)構(gòu)，以達(dá)到最佳輕量化方案。把纖維按照受力方向進(jìn)行排布，可充分發(fā)揮復(fù)合材料強(qiáng)度不等向性來(lái)達(dá)到節(jié)約材料和減輕重量的目的。而金屬材料由于屬性均勻，在滿(mǎn)足受力最大方向上的技術(shù)要求后，另一個(gè)方向強(qiáng)度就會(huì)過(guò)剩。

 

       零部件一體化，縮短開(kāi)發(fā)周期。復(fù)合材料制品一般是材料制造和產(chǎn)品成型同時(shí)完成。復(fù)合材料通過(guò)合理的模具設(shè)計(jì)，可以把不同厚度的零件、凸起部、筋、棱等全部一體成型，適合于制造用金屬板難于制造、生產(chǎn)效率低、難于保證精度的汽車(chē)零件。例如日產(chǎn)“布爾巴特”汽車(chē)前端板，用鋼板制造時(shí)由20多個(gè)零件組成，而用復(fù)合材料用7個(gè)零件就可以?？偝?、整體化則是汽車(chē)結(jié)構(gòu)的一種發(fā)展趨勢(shì)。

 

 

1、碳纖復(fù)合材料有望成為汽車(chē)結(jié)構(gòu)件輕量化材料主線(xiàn)

 

       1）、碳纖維復(fù)合材料汽車(chē)輕量化

 

       碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用將成未來(lái)車(chē)身結(jié)構(gòu)輕量化的主要途徑。碳纖維復(fù)合材料之前主要應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，比如，波音787表面的90%都是碳纖維復(fù)合材料，碳纖維復(fù)合材料占結(jié)構(gòu)重量的50%。伴隨航空技術(shù)向乘用車(chē)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移，碳纖維復(fù)合材料在很多特性上超越傳統(tǒng)材料，將成為汽車(chē)車(chē)身機(jī)構(gòu)輕量化中材料的主要方向。

 

       在汽車(chē)眾多輕量化材料中，碳纖維復(fù)合材料具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、抗沖擊和耐腐蝕等優(yōu)異特點(diǎn)。在滿(mǎn)足安全前提下，碳纖維車(chē)身減少的車(chē)身重量是鋁合金等材料減重的2倍；同時(shí)，碳纖維復(fù)合材料比重不到鋼的1/ 5但比強(qiáng)度卻是鋼的8倍，但擁有比金屬材料高5倍的能量吸收能力使其具有優(yōu)越的安全性能。用碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)取代目前的鋼體車(chē)身，可大幅減重高達(dá)60%，進(jìn)而提高30%以上的燃油效率，新能源汽車(chē)上能平衡多裝電池所帶來(lái)的重量。

 

汽車(chē)材料屬性對(duì)比

 

 

       德國(guó)引領(lǐng)世界汽車(chē)碳纖維材料發(fā)展。由于歐洲在能耗和排放的政策上越發(fā)嚴(yán)格，使得汽車(chē)減重減排成為必然趨勢(shì)；并且，德國(guó)是目前豪華品牌車(chē)型最多的國(guó)家，新材料、新技術(shù)對(duì)于高端車(chē)型也會(huì)有著科技豪華感的加持作用，所以德國(guó)以為代表的車(chē)企對(duì)于新材料的使用上顯得更為熱衷，尤其是寶馬在碳纖維車(chē)身方面都處于行業(yè)領(lǐng)先地位。

 

       2015年德國(guó)新生產(chǎn)汽車(chē)鋁合金和其他新材料在車(chē)身和底盤(pán)中的占比高達(dá)25%，是目前全球汽車(chē)輕量化材料使用比例最高的國(guó)家，到2020年新材料的使用趨勢(shì)會(huì)繼續(xù)上漲，將達(dá)到35%左右；同時(shí)，進(jìn)一步降低低碳鋼在汽車(chē)車(chē)身中的使用比例至原來(lái)的一半20%，提升高強(qiáng)鋼的占比至45%。

 

德系：汽車(chē)車(chē)身不同材料組成占比

 

       寶馬新能源汽車(chē)引領(lǐng)全碳纖維車(chē)身發(fā)展大潮。寶馬新能源電動(dòng)車(chē)i3與i8整備質(zhì)量1224kg與1540kg，明顯領(lǐng)先雪佛蘭Volt、比亞迪e6、Tesla Mode S與Model X。寶馬i3與i8的超輕體重的核心技術(shù)就是大量使用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）。

 

        寶馬i3上，寶馬采用創(chuàng)新的LifeDrive模塊構(gòu)架，將車(chē)體分成Life和Drive兩個(gè)部分。車(chē)身不再負(fù)責(zé)傳遞承載的重任，這樣代表Life部分的乘坐模塊就有了更大的發(fā)揮空間，正好給寶馬i3的減重提供了機(jī)會(huì)：Life模塊采用的正是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料CFPR構(gòu)成。通過(guò)大量使用CFRP，寶馬i3減輕了300kg，在很大程度上彌補(bǔ)了電池帶來(lái)的重量，這也是寶馬i3比別的電動(dòng)汽車(chē)輕很多的原因。

 

新能源車(chē)型質(zhì)量對(duì)比（kg）

 

 

       碳纖維復(fù)合材料車(chē)身結(jié)構(gòu)給汽車(chē)帶來(lái)的好處不僅僅是減重。

 

       全性。車(chē)身輕量化可以使整車(chē)的重心下移，提升了汽車(chē)操縱穩(wěn)定性，車(chē)輛的運(yùn)行將更加安全、穩(wěn)定。碳纖維復(fù)合材料具有極佳的能量吸收率，碰撞吸能能力是鋼的六到七倍、鋁的三到四倍，這進(jìn)一步保證了汽車(chē)的安全性。

 

       舒適度。碳纖維復(fù)合材料具有更高的震動(dòng)阻尼，輕合金需要9秒才能停止震動(dòng)，碳纖維復(fù)合材料2秒就能停止，故碳纖維應(yīng)用在汽車(chē)上，對(duì)于整車(chē)NVH（噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）的提升貢獻(xiàn)同樣很大，會(huì)大幅增強(qiáng)汽車(chē)行駛的舒適性。

 

       可靠性。碳纖維復(fù)合材料具有更高的疲勞強(qiáng)度，鋼和鋁的疲勞強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的30-50%，而碳纖維復(fù)合材料可達(dá)70-80%，因此汽車(chē)上應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料對(duì)于材料疲勞可靠性有較大提升。

 

2）、碳纖維復(fù)合材料總裝環(huán)節(jié)少，規(guī)?；瘧?yīng)用具備產(chǎn)業(yè)可行性

 

       碳纖維復(fù)合材料價(jià)格高和加工效率低是阻礙碳纖維復(fù)合材料大規(guī)模使用的主要因素。使用碳纖維復(fù)合材料的成本達(dá)到20美元/kg，鋼的成本是0.8~1.0美元/kg，鋁合金的成本2.5美元/kg，鎂合金的成本3.75美元/kg。汽車(chē)全屬零件采用沖壓制成，一般需要1分鐘內(nèi)即可完成，而碳纖維復(fù)合材料制品生產(chǎn)的編織、注膠和冷卻工序需要數(shù)小時(shí)，這也制約碳纖維材料的大規(guī)模量產(chǎn)。

 

汽車(chē)輕量化材料成本（美金/kg）

 

 

       碳纖維復(fù)合材料未來(lái)空間巨大。2020年之后，碳纖維復(fù)合材料的成本在將降至70元/kg，生產(chǎn)效率也大幅提升至2分鐘出一件，良品率也將大幅提升至95%； 2013年以來(lái)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量保持在2300萬(wàn)輛以上每年。市場(chǎng)空間測(cè)算假設(shè)：

 

       假設(shè)2020年汽車(chē)產(chǎn)量將在2300萬(wàn)輛每年，同時(shí)假設(shè)每輛車(chē)平均車(chē)重約為1500KG，預(yù)計(jì)碳纖維復(fù)合材料在汽車(chē)行業(yè)滲透率達(dá)2%；同時(shí)，假設(shè)碳纖維復(fù)合材每千克成本為70元。測(cè)算2020年之后，汽車(chē)碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)空間達(dá)483億元。

 

碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)空間測(cè)算

 

 

       目前國(guó)內(nèi)碳纖維汽車(chē)輕量化處于起步階段，主要碳纖維汽車(chē)零件廠(chǎng)商為海源機(jī)械和康得新；海源機(jī)械的復(fù)合材料液壓成型技術(shù)主要為自己開(kāi)發(fā)，而康德新的復(fù)合材料成型技術(shù)主要依靠德國(guó)技術(shù)導(dǎo)入，海源機(jī)械擁有顯著技術(shù)成本優(yōu)勢(shì)，有望率先啟動(dòng)規(guī)模效應(yīng)。

 

2、玻纖維復(fù)合材料將成汽車(chē)非結(jié)構(gòu)件輕量化主線(xiàn)

 

1）、玻纖維復(fù)合材料汽車(chē)輕量化

 

       玻纖復(fù)合材料是改性增強(qiáng)塑料，是指在塑料中增加材料來(lái)玻璃纖維來(lái)提升力學(xué)性能，適合在汽車(chē)領(lǐng)域中對(duì)于部分金屬部件進(jìn)行替代。玻纖維復(fù)合材料具有密度小、易成型、設(shè)計(jì)靈活美觀(guān)、耐腐蝕、耐沖擊、抗振、隔熱、隔電、易于涂裝、強(qiáng)度高、成本低的特點(diǎn)，成為廣泛用于汽車(chē)內(nèi)外裝飾件和功能結(jié)構(gòu)件的主要材料。

 

       玻纖維材料在汽車(chē)零件中的使用。在整車(chē)制造中改性增強(qiáng)塑料占整車(chē)重量的9%；玻纖維增強(qiáng)塑料制造的前翼子板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、尾板等在汽車(chē)車(chē)身上已普遍應(yīng)用；在座椅骨架、保險(xiǎn)杠、電池托架、儀表板、地板、護(hù)板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋、腳踏板、后背門(mén)等部件上得到運(yùn)用。

 

汽車(chē)整車(chē)中各種材料占比

 

 

       玻纖維復(fù)合材料較碳纖維價(jià)格便宜很多，但玻纖維較脆受到?jīng)_擊易斷裂，并且強(qiáng)度達(dá)不到碳纖維那么高，受熱較碳纖維變形程度較大，所以玻纖維更適合制成汽車(chē)非結(jié)構(gòu)件、裝飾件，而碳纖維運(yùn)用在車(chē)身結(jié)構(gòu)件中較多。

 

2）、長(zhǎng)玻纖復(fù)合材料將替代短波纖維，國(guó)外整機(jī)廠(chǎng)已廣泛使用

 

        長(zhǎng)玻纖復(fù)合材料強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)明顯。在汽車(chē)玻纖復(fù)合材料玻纖增強(qiáng)材料根據(jù)塑料粒子的長(zhǎng)度和玻纖維的長(zhǎng)度可分為短玻纖增強(qiáng)塑料SFT和長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)塑料LFT，短玻纖離子長(zhǎng)度為0.2-0.4mm，長(zhǎng)玻纖長(zhǎng)度更長(zhǎng)為2-4mm、排列更規(guī)律，所以具有更強(qiáng)的強(qiáng)度、剛度。

 

長(zhǎng)玻纖與短玻纖復(fù)合材料對(duì)比

 

 

       長(zhǎng)玻纖材料汽車(chē)部件已被廣泛應(yīng)用。長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)塑料已被福特、大眾等知名國(guó)外汽車(chē)生產(chǎn)商廣泛用于生產(chǎn)汽車(chē)前端模塊、車(chē)門(mén)模塊、電池托架、儀表盤(pán)、保險(xiǎn)杠梁、噪音屏蔽等汽車(chē)零部件；國(guó)內(nèi)自主品牌例如長(zhǎng)城、上汽、吉利、奇瑞、長(zhǎng)安等乘用車(chē)近年也逐步開(kāi)始涉及玻纖復(fù)合材料輕量化領(lǐng)域，部分企業(yè)以開(kāi)始量產(chǎn)并應(yīng)用。

 

       我國(guó)玻纖維復(fù)合材料未來(lái)有提升空間。我國(guó)改性塑料市場(chǎng)， 2016年改性塑料使用量最高的是德系車(chē)，其改性塑料的使用率達(dá)到22%為300-360kg，歐美國(guó)家的平均水平達(dá)16%為210-260kg，我國(guó)乘用車(chē)單車(chē)的改性塑料使用率只有8%為100-130kg，未來(lái)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有較大提升空間。市場(chǎng)空間測(cè)算與假設(shè)：

 

       假設(shè)我國(guó)改性塑料單車(chē)使用量將達(dá)到16%，按照整車(chē)質(zhì)量1500kg計(jì)算達(dá)到240kg。2013年以來(lái)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量保持在2300萬(wàn)輛以上每年，預(yù)計(jì)2020年汽車(chē)產(chǎn)量將在2300萬(wàn)輛每年；同時(shí)，改性塑料市場(chǎng)均價(jià)約為1.8萬(wàn)元/噸；假設(shè)玻纖維材料在改性塑料中占比50%。測(cè)算2020年，玻纖維復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)汽車(chē)領(lǐng)域市場(chǎng)空間達(dá)496.8億元。