不断拓展的复合材料应用

寂静天花板

据市场调研公司Lux Research的报告，汽车上复合材料用量到2020年将达到60亿美元，虽然汽车行业对成本的要求较严格，但是这样阻止不了其发展的态势，届时，汽车产业对该材料的用量将超过航空制造业。
' t% X5 t- `) I- O- B6 h/ c! T
“汽车行业对复合材料的一些主流应用将提升该材料的用量，使其他行业对复合材料的需求显得微不足道，不过，想从这中间分一杯羹的公司要在市场拐点来到之前就找到自身的定位，否则将要付出巨大的代价进行收购兼并，”该报告指出。
) p* P3 ~* w' q* t" ~/ t
鉴于此，碳纤维供应商——东丽旗下美国卓尔泰克公司（Zoltek）计划从2016年4月开始将其位于墨西哥Jalisco州的工厂年产能提升一倍至4535 吨。该工厂与另外一家位于匈牙利的工厂生产大丝束纤维。据该公司称，随着汽车结构件对大丝束纤维需求的不断提升，到2016年初，市场将出现供不应求的局面。大丝束纤维拥有超过4万根纤维丝，适用于制造汽车增强部件。

4 r& u2 P; @& s6 N为了应对市场不断增长的需求，卓尔泰克称其到2020年将大幅提升目前大丝束纤维的年产量，在目前11800吨的基础上翻番。的确，从今年的法兰克福车展上也可看出碳纤维复合材料的应用逐渐拓展到新的领域，比如新宝马7系钢制一体式车身采用的结构型加强件。宝马公司的碳纤维由其旗下子公司——西格里集团提供。“我们的碳纤维产品在新一代宝马7系上的应用是碳纤维材料在汽车工业中实现大规模批量应用的又一个里程碑，”西格里集团CEO Jürgen Köhler 说道。
+ P  n! r8 t# F- w9 s3 \* Y' @; A
8 n" I( d$ Y+ i' y- a, x6 m
兰博基尼在其Aventador 车型的仪表盘包围上采用了锻造复合材料技术，不仅降低了重量还提供了独特的外观感受。

% M5 E6 A$ M; N2 Z6 y, sKöhler也赞同Lux Research公司持有的要占据市场先机的观点。“该计划进一步突出了碳纤维在汽车行业中的巨大潜力，同时也表明了西格里集团对整个价值链的长期投入开始得到回报，”他说道。

短切纤维的灵活性

& Q, {7 Q5 h( @4 `  g法兰克福车展的另一个碳纤维应用亮点是兰博基尼公司在Aventador Super Veloce Roadster跑车上采用的锻造复合材料零部件。兰博基尼研发总监Maurizio Reggiani在现场介绍了锻造碳纤维在这款车上的应用，比如仪表板包围，并表示这是一项全新的应用。

$ X# V; |5 \4 L他指出，锻造复合材料采用短切纤维，而不是预浸渍织物，其优势体现在成本和易成形方面。“采用的是低压真空工艺，而不是高压，”Reggiani说道。

0 e5 d% n* o! b- \8 G$ }/ W
道奇Viper 车型的减震支架采用了碳纤维材料，不仅强度更高，重量也更轻。
) z/ D/ `' ~8 f5 v
7 a$ i# g$ O/ C* S  g锻造复合材料相对较重，而且没有传统碳纤维复合材料强度高，但是其成本低，且灵活性高。但是这并不意味着这种材料更差，只不过工艺不同而已。Reggiani称，在某些方面，这种材料还有其优势。比如说，纤维的随机分布让每个部件的外观都不同。“在某些情况下，其所实现的外观还是非常有特色的。”
8 b7 K. i# {/ m! E2 _
$ }, W; x. r. _2 e- ]. J# m此外，对于复合材料来说还有一个钻孔装配的问题。在传统碳纤维复合材料部件上钻孔会切断丝束，影响部件的强度。而对于短切纤维增强型复合材料来说，这个问题就不复存在。
4 r/ P. Q8 N3 h' L
随着兰博基尼在锻造复合材料技术方面的经验的不断积累，该公司还在逐渐缩小锻造复合材料和传统复合材料在重量方面的差距。“通过设计的优化，这两种材料在重量上也越来越接近了，”他指出。

# i$ ^, B% b; t" W3 M$ ~/ X2 x为什么一定要采用段造型复合材料？因为这种材料的生产周期大大短于传统复合材料。他说道：“如果采用传统工艺生产一个部件需要100个小时的话，采用锻造的方式生产的部件只需要8个小时。”

* O: x8 a8 |2 c传统工艺的进步
* ?4 \9 F2 a+ l# ?. i9 @
传统碳纤维材料的成本也在下降。据菲亚特- 克莱斯勒汽车Viper项目经理Mike Shinedling称，碳纤维曾经的价格为每磅50美金，今天克莱斯供应商Plasan Composites公司采用的东邦碳纤维的成本仅为8美元/磅。

  j" A& p* ]9 A4 ~# n) j: F0 P! e他解释道，随着时间的发展，Viper车型已经从当初零碳纤维用量到今天大部分车身都采用碳纤维制作。该车型第二代车型尾翼采用了碳纤维，第三代在车门框架上和第三代A柱区域又增加了碳纤维加强筋。到第五代车型时，大多数外车身都采用了碳纤维。碳纤维的使用让现在的车型比第一代车型在重量上得到了大大减轻。
1 v; v/ t" l! l5 [/ G
2 U2 Q9 _7 P% G9 V' M4 ~
科思创Baypreg 行李箱地板具有强度高、质量轻的优势。

“其他同时期的车型在重量上都在逐渐增加，”Shinedling指出。大约45-55kg的重量减轻都归功于碳纤维材料的使用。
) [2 {$ {8 V$ u1 u9 @2 b' I
碳纤维车身不仅帮助降低了重量，它还为一些部件提供了额外的强度，比如尾翼和前扰流板，这些部件在车辆高速行驶时为车型施加了非常大的力。
8 L' n+ |$ l9 ~) t) |' W: y
相对通过传统热压罐方式生产碳纤维部件所花费较长的时间来说，Shinedling也倾向于选择生产周期更短的工艺。但是对于像Viper这样低产量的车型来说，这些工艺需要制作的模具所带来的成本似乎也不合理。
2 D6 ]; u2 j3 o; L! P
“我们也在努力缩短周期时间，但是这是模具成本和单件成本之间的平衡，”他说道。

不过未来的项目或许会考虑周期时间的问题，而且Viper项目组所积累的材料经验对克莱斯勒尝试其他可能的工艺时将起到非常关键的作用。
. R, U8 N9 S/ f( R4 w3 E! j: s
“这对我们来说是一个很好的测试和试验的机会，当时机到了的时候我们就可以将其应用到其他车型，”他说道。“我认为有这样一款车型让我们也有机会建立了一个核心的团队。他们随时都可以参与到其他项目中，而这些项目很可能是一些产量较高的车型。”

1 G- ^* E6 |' T0 G& f复合材料三明治
! S+ m) i6 i9 e0 }$ @1 v
9 ]6 a2 _& r5 N. B' ?* E' H科思创（前拜耳材料）专家指出，汽车内部还有很多减重的机会，这可以通过他们的材料比如Baypreg来获得。这是一种复合材料蜂窝三明治玻纤毡夹层结构材料，可以用于车顶或行李箱地板中。
3 a. V* E  ~. C5 l
“OEM客户最关注的一个问题就是重量，”科思创工业市场经理Nate Goshen说道。“如果你能够减去30-50% 的重量，他们就感兴趣了。”
( F4 f- Q% _: `7 K1 W
% q8 U! H! m6 y0 {. a6 K% }此外，汽车的一些把手或其他附件可以通过设计整合到一个部件上，这样就减少了零部件的数量，同时节省了组装的工时。

2 F4 X' H: v# W% l1 q7 E# i  PBaypreg材料有许多可变参数，比如蜂窝的厚度、树脂的化学性以及纤维玻璃夹层的重量等都可以通过改变来满足实际应用中对部件厚度、重量以及强度的不同需求。
. L2 v. \" X5 w4 @
“你可以对材料的化学性进行调整，”Goshen说道。此外，这种材料是热固性的，因此在加工中是不会收到热量的影响而产生分解的现象。

( p4 x: r" U7 o# _复合材料的应用正在逐渐渗透到汽车的各个部件中，包括结构件和外观件，这也不难看出为什么这个市场将迎来强劲的发展。
4 P9 h1 B5 ]) l2 N, |/ x- S
- _7 o& S: w! l/ _3 M4 ?5 K5 T3 n/ b; f

天天天蓝_

替代钢铁的新型材料正在浮现，我希望快一点