不斷拓展的復合材料應用

寂靜天花板

據市場調研公司Lux Research的報告，汽車上復合材料用量到2020年將達到60億美元，雖然汽車行業對成本的要求較嚴格，但是這樣阻止不了其發展的態勢，屆時，汽車產業對該材料的用量將超過航空制造業。

“汽車行業對復合材料的一些主流應用將提升該材料的用量，使其他行業對復合材料的需求顯得微不足道，不過，想從這中間分一杯羹的公司要在市場拐點來到之前就找到自身的定位，否則將要付出巨大的代價進行收購兼并，”該報告指出。
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9 B+ m2 D! _. ~1 z# Q) h( P鑒于此，碳纖維供應商——東麗旗下美國卓爾泰克公司（Zoltek）計劃從2016年4月開始將其位于墨西哥Jalisco州的工廠年產能提升一倍至4535 噸。該工廠與另外一家位于匈牙利的工廠生產大絲束纖維。據該公司稱，隨著汽車結構件對大絲束纖維需求的不斷提升，到2016年初，市場將出現供不應求的局面。大絲束纖維擁有超過4萬根纖維絲，適用于制造汽車增強部件。
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; ]# u6 _. k! \- R! n為了應對市場不斷增長的需求，卓爾泰克稱其到2020年將大幅提升目前大絲束纖維的年產量，在目前11800噸的基礎上翻番。的確，從今年的法蘭克福車展上也可看出碳纖維復合材料的應用逐漸拓展到新的領域，比如新寶馬7系鋼制一體式車身采用的結構型加強件。寶馬公司的碳纖維由其旗下子公司——西格里集團提供。“我們的碳纖維產品在新一代寶馬7系上的應用是碳纖維材料在汽車工業中實現大規模批量應用的又一個里程碑，”西格里集團CEO Jürgen Köhler 說道。


蘭博基尼在其Aventador 車型的儀表盤包圍上采用了鍛造復合材料技術，不僅降低了重量還提供了獨特的外觀感受。
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: J  @7 _& ^* t/ i1 J4 K+ sKöhler也贊同Lux Research公司持有的要占據市場先機的觀點。“該計劃進一步突出了碳纖維在汽車行業中的巨大潛力，同時也表明了西格里集團對整個價值鏈的長期投入開始得到回報，”他說道。

短切纖維的靈活性
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, y' e- Z: s# i2 l法蘭克福車展的另一個碳纖維應用亮點是蘭博基尼公司在Aventador Super Veloce Roadster跑車上采用的鍛造復合材料零部件。蘭博基尼研發總監Maurizio Reggiani在現場介紹了鍛造碳纖維在這款車上的應用，比如儀表板包圍，并表示這是一項全新的應用。

他指出，鍛造復合材料采用短切纖維，而不是預浸漬織物，其優勢體現在成本和易成形方面。“采用的是低壓真空工藝，而不是高壓，”Reggiani說道。


道奇Viper 車型的減震支架采用了碳纖維材料，不僅強度更高，重量也更輕。
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鍛造復合材料相對較重，而且沒有傳統碳纖維復合材料強度高，但是其成本低，且靈活性高。但是這并不意味著這種材料更差，只不過工藝不同而已。Reggiani稱，在某些方面，這種材料還有其優勢。比如說，纖維的隨機分布讓每個部件的外觀都不同。“在某些情況下，其所實現的外觀還是非常有特色的。”

此外，對于復合材料來說還有一個鉆孔裝配的問題。在傳統碳纖維復合材料部件上鉆孔會切斷絲束，影響部件的強度。而對于短切纖維增強型復合材料來說，這個問題就不復存在。

6 f* I  z9 ]" H+ P! a! U隨著蘭博基尼在鍛造復合材料技術方面的經驗的不斷積累，該公司還在逐漸縮小鍛造復合材料和傳統復合材料在重量方面的差距。“通過設計的優化，這兩種材料在重量上也越來越接近了，”他指出。

( ~# T, s  L$ b7 h為什么一定要采用段造型復合材料？因為這種材料的生產周期大大短于傳統復合材料。他說道：“如果采用傳統工藝生產一個部件需要100個小時的話，采用鍛造的方式生產的部件只需要8個小時。”

- l& m. `5 v3 M, x( C8 o) R傳統工藝的進步
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# D# O" [. o# v* d1 m) P, v# W傳統碳纖維材料的成本也在下降。據菲亞特- 克萊斯勒汽車Viper項目經理Mike Shinedling稱，碳纖維曾經的價格為每磅50美金，今天克萊斯供應商Plasan Composites公司采用的東邦碳纖維的成本僅為8美元/磅。
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他解釋道，隨著時間的發展，Viper車型已經從當初零碳纖維用量到今天大部分車身都采用碳纖維制作。該車型第二代車型尾翼采用了碳纖維，第三代在車門框架上和第三代A柱區域又增加了碳纖維加強筋。到第五代車型時，大多數外車身都采用了碳纖維。碳纖維的使用讓現在的車型比第一代車型在重量上得到了大大減輕。


: _* b/ F/ H6 f2 [, v# S8 C* Y科思創Baypreg 行李箱地板具有強度高、質量輕的優勢。

“其他同時期的車型在重量上都在逐漸增加，”Shinedling指出。大約45-55kg的重量減輕都歸功于碳纖維材料的使用。

5 p4 M; R5 e/ K2 q  K' y9 y碳纖維車身不僅幫助降低了重量，它還為一些部件提供了額外的強度，比如尾翼和前擾流板，這些部件在車輛高速行駛時為車型施加了非常大的力。

2 B9 N0 N3 S4 H( ]/ I/ \# v1 S相對通過傳統熱壓罐方式生產碳纖維部件所花費較長的時間來說，Shinedling也傾向于選擇生產周期更短的工藝。但是對于像Viper這樣低產量的車型來說，這些工藝需要制作的模具所帶來的成本似乎也不合理。
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0 [/ V' Z3 A; B- `“我們也在努力縮短周期時間，但是這是模具成本和單件成本之間的平衡，”他說道。

不過未來的項目或許會考慮周期時間的問題，而且Viper項目組所積累的材料經驗對克萊斯勒嘗試其他可能的工藝時將起到非常關鍵的作用。

“這對我們來說是一個很好的測試和試驗的機會，當時機到了的時候我們就可以將其應用到其他車型，”他說道。“我認為有這樣一款車型讓我們也有機會建立了一個核心的團隊。他們隨時都可以參與到其他項目中，而這些項目很可能是一些產量較高的車型。”

復合材料三明治
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科思創（前拜耳材料）專家指出，汽車內部還有很多減重的機會，這可以通過他們的材料比如Baypreg來獲得。這是一種復合材料蜂窩三明治玻纖氈夾層結構材料，可以用于車頂或行李箱地板中。
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“OEM客戶最關注的一個問題就是重量，”科思創工業市場經理Nate Goshen說道。“如果你能夠減去30-50% 的重量，他們就感興趣了。”

此外，汽車的一些把手或其他附件可以通過設計整合到一個部件上，這樣就減少了零部件的數量，同時節省了組裝的工時。

; M4 U% c/ U' u$ s) kBaypreg材料有許多可變參數，比如蜂窩的厚度、樹脂的化學性以及纖維玻璃夾層的重量等都可以通過改變來滿足實際應用中對部件厚度、重量以及強度的不同需求。

! k" \* P+ [# w8 g0 N8 c+ C“你可以對材料的化學性進行調整，”Goshen說道。此外，這種材料是熱固性的，因此在加工中是不會收到熱量的影響而產生分解的現象。

復合材料的應用正在逐漸滲透到汽車的各個部件中，包括結構件和外觀件，這也不難看出為什么這個市場將迎來強勁的發展。
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天天天藍_

替代鋼鐵的新型材料正在浮現，我希望快一點