碳纖維在汽車輕量化中的成本分析

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        使用碳(C)纖維材料(Material)可以有效降低（reduce)汽車自身重量，這一點，在汽車行業(yè)已是不爭的事實。碳纖維配件“外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。使用碳纖維材料在減重的同時，能大幅度最大化減少油耗和降低污染，這也是相關(guān)(related)的實驗（experiment)數(shù)據(jù)可以證明的。但是在汽車中使用多少碳纖維材料、在哪些部位使用性價比比比較高？在汽車制造的整體成本中會造成多少影響(influence)，這需要一個更為客觀和具體的考量。
　　使用碳(C)纖維僅僅是使車子更輕而已？
　　碳(C)纖維一般會與環(huán)氧樹脂結(jié)合成復(fù)合材料使用，這種復(fù)合材料繼承了碳纖維本身較強(qiáng)的比強(qiáng)度、比模量、耐疲勞強(qiáng)度以及吸能抗震性等一系列優(yōu)點，同時繼承了環(huán)氧樹脂配方設(shè)計靈活多樣、應(yīng)用針對性強(qiáng)等特性。與鋁合金(alloy)結(jié)構(gòu)件相比，碳纖維復(fù)合材料減重效果可達(dá)到20％-40％，與鋼類金屬件相比，碳纖維復(fù)合材料的減重效果甚至可達(dá)到60％-80％。但是碳纖維復(fù)合材料的使用，不僅減輕了整車的重量，更為汽車制造的工藝帶來了深層次的影響和改變。　

 　　沖壓、焊接、涂裝、總裝作為汽車的四大工藝，隨著碳(C)纖維復(fù)合材料的加入以及比例上的增多，將發(fā)生一定的變化。碳纖維生產(chǎn)具有許多優(yōu)良性能，碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環(huán)境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線透過性好。良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、電磁屏蔽性好等。例如，沖壓會被復(fù)合材料成型中的模壓和鍛造工藝所替代；未來整車也不再需要那么多的焊接，除了熱塑性復(fù)合材料會用超聲波（是一種頻率高于20000赫茲的聲波）做一些焊接外，焊接基本上會被膠接、鉚接這樣的工藝所替代；由于復(fù)合材料沒有耐腐蝕性的要求，基本上有些車型已經(jīng)不需要涂裝，而且涂裝哪怕是外附件涂裝溫度（temperature)也不會很低，像某些注塑件，其涂裝溫度只有 85 度；復(fù)合材料成型、整車模塊化以后，其總裝生產(chǎn)線長度要求會大幅度減少，因為整車只有幾十個模塊，車的組裝節(jié)奏將會變得非?？?。這對于總裝線的投入成本會大幅度下降。所以有業(yè)內(nèi)人士稱，碳纖維復(fù)合新材料的大規(guī)模應(yīng)用會降低整個汽車制造商的準(zhǔn)入門檻。因為，工藝上的這些改變不僅重置了汽車制造中各元素的配備，更從根本上解構(gòu)了傳統(tǒng)汽車生產(chǎn)成本的計算模式。 123456
　　近日，國內(nèi)某電動客車廠家的產(chǎn)品(Product)新聞發(fā)布會上發(fā)布了一款碳纖維材料純電動客車，現(xiàn)場12米長的實車并非整車全部使用了碳纖維材料，而是車輛的頂棚、左右側(cè)圍和底板所構(gòu)成的車架采用了碳纖維復(fù)合材料。據(jù)發(fā)布會上的資料介紹，這款電動客車所使用碳纖維材料的部件重量約為1.8噸，相比于使用鋼材料的車身可以減重約23%，使整車質(zhì)量控制（control)在8.5噸以內(nèi)，車輛的續(xù)駛里程可以達(dá)到500km以上。從生產(chǎn)(Produce)成本上看，這款使用了碳纖維復(fù)合材料的客車比傳統(tǒng)鋼材料的同級別客車補(bǔ)貼前成本高出20萬左右，這占了整車生產(chǎn)成本中一個很大的比例，但是該客車生產(chǎn)廠家卻對市場持有樂觀態(tài)度，其負(fù)責(zé)人坦言 ;并不擔(dān)心這款車的銷量。 ;在他看來，盡管由于使用了碳纖維材料使得整車成本增加，但整車質(zhì)量的提升與續(xù)駛里程的增長可以增加車輛的使用的時長，可以比同級別車型略有所長。另外，動力電池（Battery）重量的減輕與成本的降低，也將彌補(bǔ)碳纖維材料使用帶來的高成本不足。 copyright 123456
 　　對于新能源車型來說，動力電池是其核心組成部分，作為動力電池的承載件，動力電池箱體(BOX)一般安裝在車體下部，主要用于保護(hù)動力電池在受到外界碰撞、擠壓時不被損壞。碳纖維配件“外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。公司(Company)為國內(nèi)多家新能源汽車提供碳(C)纖維動力電池箱體及其他碳纖維汽車結(jié)構(gòu)件，其市場部負(fù)責(zé)人曾在碳纖維應(yīng)用成本方面做過相關(guān)計算，以一款碳纖維動力電池箱體為例，用碳纖維復(fù)合材料制作的箱體重量僅為2.7kg，與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)材料制作的電池箱體相比大約能減重80％，在強(qiáng)度和荷載力上同樣能達(dá)到相關(guān)的技術(shù)要求，更重要的是，因為車體下方的運行環(huán)境惡劣（liè），該款碳纖維電池箱體展現(xiàn)出的抗腐蝕、防水、阻燃、使用壽命(lifetime)長等性能可以很好地應(yīng)對和解決這些問題。從成本上看，使用碳纖維復(fù)合材料動力電池箱比鋼結(jié)構(gòu)電池箱要多付出一千多元，但是10千克的減重在長達(dá)數(shù)年的車輛運行過程中將產(chǎn)生不可小覷的效應(yīng)。首先，根據(jù)已有的實驗（experiment)數(shù)據(jù)計算，車身每減重100千克將降低（reduce)能耗20％，那么僅僅一個碳纖維動力電池箱就可以減少2％的能耗，數(shù)字雖然不大，但是運行時間越長，在運行上節(jié)約的成本越多。其次，碳纖維電池箱體強(qiáng)大的耐腐蝕性能和超長的使用壽命，直接降低了箱體維修和更換所帶來的成本。因此，從整體上衡量，由使用碳纖維復(fù)合材料而帶來的一部分成本升高，就顯得微不足道了。 內(nèi)容來自123456
　　那么是不是碳纖維復(fù)合材料(Material)用的越多越好呢？碳纖維復(fù)合材料的成型工藝決定了它最終的使用成本，因而盡量選用碳纖維復(fù)合材料成型較為容易的部件進(jìn)行輕量化替換，性價比最高，而并非是盲目求量。另外，使用碳纖維復(fù)合材料對汽車制造成本的具體影響(influence)是與輕量化之前的成本成正比的，原成本越高，輕量化的價值越高。
 
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