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向“黑车身”转型需突破三大瓶颈
2018年16期 发行日期:2018-08-16
作者:■ 陶氏亚太区汽车部市场经理 戴紫华

近年来,新能源车市场成长迅速,预计到2040年,全球新能源车的占比将在乘用车中占到一半以上。中国作为新能源车的最大市场和最大生产国,在低碳环保、能源安全及产业扶植等因素的驱动下,汽车电动化的趋势是不可逆的,产业格局也将加速形成。预计到2025年,中国新能源汽车销量将突破470万台。
    随着传统传统燃油车被新能源车替代的日趋明朗,车身轻量化的需求变得前所未有的重要。究其原因,是因为新能源车采用电池来驱动汽车运转,续航里程与汽车重量有着直接的联系。传统的钢铝车身在面对新能源车的续航问题时,显得非常弱势,所以车身结构将从“白车身”(钢铝车身)向“黑车身”(复合材料车身)转型。
    从目前主流的车身材料来看,钢铁约占整车重量的65%~70%,其他金属材料在10%~15%, 非金属材料的占比还不到20%。但是可以预计在接下来的10年内,非金属材料的使用比例将大幅上升,热塑性复合材料的装饰件或半结构件(如塑料尾门)已经相对成熟,会继续快速增长;而真正“以塑待钢”的热固性复合材料(以碳纤维为主)的结构件(如白车身)则还需要更长的时间才能全面量产。
    目前,主流的车身轻量化材料主要还是集中于提高铝合金和镁合金的使用量。对比传统的高强度钢,能够有效减重30%~40%,并且技术已经非常成熟,在诸多高端车型中都已经实现全铝车身。而热固性复合材料在技术上和性能上已经被证明完全优于传统的金属材料(碳纤维树脂复合材料的抗拉强度是传统钢材的7~9倍),假以时日一定会在车身部件上替代金属材料占据主导地位。
    全面普及还需要突破的三大瓶颈是,成本、生产效率和对传统制造工艺的颠覆。  
1. 成本
    成本高是碳纤维复合材料在汽车上批量应用的重要制约因素。目前碳纤维部件的成本是同类铝合金的5到8倍,钢的10倍,远超过普通车企的承受能力。但是随着市场对轻量化的需求越来越强烈,全球对碳纤维材料的持续投入将导致成本大幅下降,预计到2025年碳纤维部件的成本有可能和铝合金部件持平。    
2.生产效率
    目前传统的金属结构件多采用冲压成形,生产节拍快是传统金属结构件的最大优势。采用最先进的HP-RTM(高压树脂传递模塑)工艺成型的热固性结构件根据结构的复杂程度和大小,普遍生产周期在200~500秒,尚不能满足车企大批量生产的要求。(目前陶氏化学的快速脱模环氧树脂VORAFORCE系列已经将生产节拍缩短到120秒以内,并已经在奥迪A8上实现量产,满足日产量300件以上)  
3.对传统制造工艺的颠覆
    传统汽车制造,分为冲压、焊接、涂装和总装四大车间。而碳纤维复合材料在汽车上的用量增加,会对这四大车间造成根本性变化。比如,冲压将被模压和锻造工艺替代;整车组装将不再需要那么多焊接;有些汽车甚至基本上不再需要涂装;整车变成几十个模块,组装节奏将会变得非常快。这样一来,总装线投入成本随之下降。因此,碳纤维复合新材料的大规模应用会降低汽车制造行业准入门槛。而传统车厂对四大车间的投资,决定了很难快速从传统制造工艺转向碳纤维复合新材料制造工艺。我们已经看到在这方面,国内诸多新能源车厂由于没有传统的资产包袱,反而在这方面推动的更积极。

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