汽车膜碳纤(碳纤维：新能源汽车瘦身的“王者之材”)

■马俊 吕紫薇

轻量化材料的应用是实现汽车轻量化最基础也是最核心的手段。相较于其他减重材料，碳纤维材料在密度、强度、模量、耐腐蚀性等方面具有极大优势。然而，碳纤维材料并未在新能源汽车领域实现大规模运用，这是为什么呢？碳纤维材料行业企业该如何着手，才能在新能源汽车大规模应用上有所突破？

新能源汽车景气度有望持续提升

今年5月14日，国家发展改革委、国家能源局发布《关于加快推进充电基础设施建设 更好支持新能源汽车下乡和乡村振兴的实施意见》，提出创新农村地区充电基础设施建设运营维护模式，支持农村地区购买使用新能源汽车，推进了以城市为消费主体的新能源汽车市场进一步向乡村市场延伸。今年6月19日，财政部、税务总局、工业和信息化部公告延续和优化新能源汽车车辆购置税减免政策。利好政策的不断颁布与推进，新能源汽车行业景气度有望持续提升。中汽协数据显示，今年1—5月，新能源汽车销量达到294万辆，同比增长46.8%，新能源车销量保持持续快速增长。乘用车市场信息联席会综合预估，2023年全国新能源乘用车销量将达到850万辆，年度新能源车渗透率有望达到36%。新能源汽车产业发展持续向好的同时，“里程焦虑”问题依然存在，产业还需扫清续航里程较短的发展障碍。

“里程焦虑”掀起新能源汽车“瘦身革命”

根据德勤咨询管理有限公司对全球消费者关于新能源汽车的一份调查报告显示，在不愿意购买纯电动车的人群中，中国、德国、美国都有超过20%的受访者认为“续航里程焦虑”是最大因素。相关研究表明，整车重量每降低10kg，续航里程可增加约2.5km，新能源车动力系统通常占整车总质量的30%～40%，导致纯电车比传统燃油车更重，因此减轻整车质量对新能源汽车尤为重要，必须采取比传统意义上的轻量化技术更先进的方法和措施。材料、结构、工艺轻量化是新能源汽车减重三大着力点，轻量化材料的应用是实现汽车轻量化最基础也是最核心的手段，因此新能源车需选取重量更轻、性能更好的轻量化材料。

为什么说碳纤维是轻量化“王者之材”

目前，用于减轻新能源汽车自身质量的新型材料主要包括高强度钢、铝合金、镁合金、钛合金、玻璃纤维复合材料及碳纤维复合材料。

相较于其他减重材料，碳纤维材料密度更低、强度更高、模量更高、耐腐蚀性更好。碳纤维密度只有1.6g/cm³左右，不到高强度钢密度的一半。碳元素化学性质稳定，无需进行表面防腐处理，耐老化性能极好。碳纤维抗拉强度是铝合金的两倍以上，碳纤维材料制作的驾驶舱在碰撞中变形极小，可以实现在减重的同时极大提升汽车碰撞时的安全性能。有研究表明，碳纤维材料的应用可使汽车减重30%～60%，续驶里程提高25%以上。

在新能源车上的轻量化应用

据中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》预测，2026—2030 年，我国将实现整车减重35%，实现碳纤维复合材料混合车身及碳纤维零部件的大范围应用。目前碳纤维复合材料主要应用于车身、汽车刹车、轮毂、传动系统、汽车内饰及电池箱体等。

目前国内新能源汽车用碳纤维复合材料仍处于发展初级阶段，未能实现大规模运用，主要在于原材料成本和零部件制作工艺尚未实现有效突破。

生产成本方面，由于碳纤维合成工艺复杂，包括聚合物合成、高温炭化和高压复合等多个步骤，每个步骤都需要较高的技术精密度，而目前国内还没有成熟的制造工艺及设备，导致其成本高昂，是钢材或铝材成本的数倍。出于成本考量，车企在一般车型中几乎不考虑使用碳纤维复合材料。

零件制作方面，目前国内缺乏大批量、高生产效率的碳纤维汽车零部件的生产工艺与方法，尚未形成碳纤维零部件设计准则、评价标准与数据库，缺乏相关设计数据、试验方法、分析工具、碰撞模型等，导致难以大批量生产碳纤维材料汽车零部件，限制了其在新能源汽车中的运用。

如何进一步突破

要实现碳纤维材料在新能源汽车领域的大规模运用，首先要解决的就是原材料成本高的问题，可从原料替代和工艺改善两个方面实施突破。

原料方面，由于传统碳纤维前驱体——PAN原丝生产成本约占碳纤维成本一半，因此业内主流考虑以木质素作为碳纤维前驱体的原材料或采用纺织品级PAN纤维作为碳纤维前驱体原料，以实现有效降本。工艺方面，当前碳纤维主流制备工艺包括湿法纺丝和干喷湿纺两种，干喷湿纺可以进行高倍的喷丝头拉伸，纺丝速度高，可有效降低生产成本。

此外，碳纤维制造商、碳纤维复合材料供应商、新能源车零部件厂商与新能源整车制造商之间应相互协作，建立碳纤维复合材料在新能源车上应用的系统解决方案，共同开发碳纤维汽车零部件，确立碳纤维零部件设计准则、评价标准，建立相应数据库，共同推进碳纤维材料汽车零部件制作工艺与方法的突破。

（作者单位：北京中关村科技产业研究院有限公司）

本文原载于《中国建材报》7月10日1版

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