中科院祝穎丹：輕量化已是新能源汽車行業發展的主流趨勢

12月16日，第九屆全球新能源汽車大會在國家會議中心開幕。在下午的輕量化論壇上，中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員朱英丹發表了主題演講——“汽車工業用熱塑性纖維復合材料”。朱英丹表示，節能、環保、法規、性能等對汽車輕量化的要求與日俱增，已成為新能源汽車產業發展的主流趨勢。

以下是中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員朱英丹的發言（略刪）：目前，新能源汽車的輕量化車身主要有三種，一是全鋁車身；二是碳纖維復合材料+鋁合金車身；第三，碳芯混合動力車身。碳纖維復合材料的密度約為1.5，在同等剛度或強度下，與鋼相比可降低50%，與鋁合金相比可降低30%。受成本、技術、材料財產等因素的制約，金屬材料和復合材料都有各自的優勢，不需要相互排斥。如何將它們融合在一起，發揮各自的作用，是輕量化的最終目標，多種材料的應用是必然趨勢。再看成本，我們通常會說高成本大多是基于替代思維。對于單個金屬零件來說，直接使用碳纖維復合材料而不是比較價格顯然太高了，忽略了復合材料在整個生命周期中的綜合成本，例如組裝和輕量化帶來的綜合效益。到目前為止，碳纖維還不能達到鋼鐵的價格。任何新車型在開發前都應該包括新材料，并將成本納入整車和生命周期水平，而不是使用簡單的替代思維來計算成本。國外已經形成了上下游一體化的產業鏈，比如寶馬，建立了從碳纖維到中間織物再到零部件和主機廠整車的全鏈條。國內主機廠很難做到這一步，但我們可以整合各個環節的優勢單位，一起做產業鏈。現在國產碳纖維已經量產，很多企業都有量產設備，但我們還在示范應用，還沒有實現真正的量產應用。目前，復合材料在汽車工業中的大規模應用存在許多問題。我簡單列舉了幾個：首先，原材料成本高；二是設計水平不夠；第三，生產效率低；第四，高效的連接技術；

第五，回收問題。鑒于回收問題，與熱固性復合材料相比，熱塑性復合材料具有很大的優勢。目前，纖維復合材料的應用在世界范圍內發展迅速。如今，熱固性塑料在市場上占主導地位，熱塑性塑料逐年增加，年增長率至少為15%。這是對我國第十三個五年節能環保政策的回應，回收利用是其范疇。熱塑性復合材料的另一個特點是成型周期短，符合汽車高效的生產節奏。目前，高性能熱塑性復合材料的成型技術主要包括三類：無連接纖維復合材料成型技術、連續纖維復合材料成形技術和連續不連續纖維復合成型技術。非連續纖維復合材料性能低、成型效率高、結構復雜，而連續纖維復合物性能高、成型效率相對較低、結構簡單。連續與不連續相結合可以實現復雜承載結構件的高效成型。在我們談論技術之前，有一個非常重要的問題需要解決。碳纖維的表面非常光滑，與聚合物樹脂材料的結合較差，因此需要在它們之間架起一座橋梁。從研究層面來看，這被稱為碳纖維的表面處理，處理方法有很多。這是碳纖維的基本生產工藝，最后是上漿工藝，這是一座橋梁。在碳纖維表面施膠可以提高碳纖維與樹脂的結合性能。為什么我們在這里特別強調要成為一種熱塑性施膠劑？目前市場上主要使用熱固性樹脂，因此碳纖維的施膠劑大多以環氧樹脂為主。熱塑性復合材料的加工溫度較高，一般超過200度，容易破壞環氧施膠劑。另一方面，熱塑性樹脂和環氧樹脂施膠劑之間的相容性較差，因此在成型之前必須處理好界面。從這些數字和數據中，我們可以比較使用和不使用專用熱塑性施膠劑的差異，使用后復合材料的財產明顯提高。接下來，介紹了熱塑性復合材料的常見成型工藝。首先，成熟的LFT成型工藝，主要包括顆粒材料和在線成型。在線成型主要包括在線成型和在線注射成型。成型是將大塊材料直接轉移到模腔中進行合模，工藝相對簡單。注射成型是通過注射成型機將擠出物直接注射到模腔內進行成型。國內的寧波雙馬注塑機還是很好的，克勞斯瑪菲/迪芬巴赫公司是世界上最好的。LFT技術曾被稱為歐洲未來之星，并已成功應用于汽車的許多零部件。第二個過程是GMT，它相對成熟和簡單。這是長纖維反應注射成型，主要采用PU滲透注射成型。該設備由克勞斯瑪菲公司開發，已開發出多個部件并成功應用于大型卡車。接下來，介紹了連續纖維復合材料的成型技術。首先，介紹了T-RTM成型，即將熱固性復合材料的成型工藝移植到熱塑性復合材料上。適用于該工藝的熱塑性樹脂主要包括己內酰胺的陰離子開環聚合、CBT、液體聚丙烯等。這是寧波自主研發的注膠機，我們用該設備成功制備了大尺寸（1.7*1.6m）結構件。這是寧波材料學院自主研發的“三步走”熱壓技術和設備。目前，我們可以在單一模式下實現每小時13件。這就是鋪設和成型技術。這種技術可以分為兩種，一種可以用來鋪設預制件，另一種是鋪設絲綢和膠帶。這就是拉擠成型，它涉及各種反應性和非反應性成型技術。謝謝大家。12月16日，第九屆全球新能源汽車大會在國家會議中心開幕。在下午的輕量級論壇上，中國材料技術與工程研究院研究員朱英丹……

demy of Sciences發表了主題演講——“汽車工業用熱塑性纖維復合材料”。朱英丹表示，節能、環保、法規、性能等對汽車輕量化的要求與日俱增，已成為新能源汽車產業發展的主流趨勢。

以下是中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員朱英丹的發言（略刪）：目前，新能源汽車的輕量化車身主要有三種，一是全鋁車身；二是碳纖維復合材料+鋁合金車身；第三，碳芯混合動力車身。碳纖維復合材料的密度約為1.5，在同等剛度或強度下，與鋼相比可降低50%，與鋁合金相比可降低30%。受成本、技術、材料財產等因素的制約，金屬材料和復合材料都有各自的優勢，不需要相互排斥。如何將它們融合在一起，發揮各自的作用，是輕量化的最終目標，多種材料的應用是必然趨勢。再看成本，我們通常會說高成本大多是基于替代思維。對于單個金屬零件來說，直接使用碳纖維復合材料而不是比較價格顯然太高了，忽略了復合材料在整個生命周期中的綜合成本，例如組裝和輕量化帶來的綜合效益。到目前為止，碳纖維還不能達到鋼鐵的價格。任何新車型在開發前都應該包括新材料，并將成本納入整車和生命周期水平，而不是使用簡單的替代思維來計算成本。國外已經形成了上下游一體化的產業鏈，比如寶馬，建立了從碳纖維到中間織物再到零部件和主機廠整車的全鏈條。國內主機廠很難做到這一步，但我們可以整合各個環節的優勢單位，一起做產業鏈。現在國產碳纖維已經量產，很多企業都有量產設備，但我們還在示范應用，還沒有實現真正的量產應用。目前，復合材料在汽車工業中的大規模應用存在許多問題。我簡單列舉了幾個：首先，原材料成本高；二是設計水平不夠；第三，生產效率低；第四，高效的連接技術；

第五，回收問題。鑒于回收問題，與熱固性復合材料相比，熱塑性復合材料具有很大的優勢。目前，纖維復合材料的應用在世界范圍內發展迅速。如今，熱固性塑料在市場上占主導地位，熱塑性塑料逐年增加，年增長率至少為15%。這是對我國第十三個五年節能環保政策的回應，回收利用是其范疇。熱塑性復合材料的另一個特點是成型周期短，符合汽車高效的生產節奏。目前，高性能熱塑性復合材料的成型技術主要包括三類：無連接纖維復合材料成型技術、連續纖維復合材料成形技術和連續不連續纖維復合成型技術。非連續纖維復合材料性能低、成型效率高、結構復雜，而連續纖維復合物性能高、成型效率相對較低、結構簡單。連續與不連續相結合可以實現復雜承載結構件的高效成型。在我們談論技術之前，有一個非常重要的問題需要解決。碳纖維的表面非常光滑，與聚合物樹脂材料的結合較差，因此需要在它們之間架起一座橋梁。從研究層面來看，這被稱為碳纖維的表面處理，處理方法有很多。這是碳纖維的基本生產工藝，最后是上漿工藝，這是一座橋梁。在碳纖維表面施膠可以提高碳纖維與樹脂的結合性能。為什么我們在這里特別強調要成為一種熱塑性施膠劑？目前市場上主要使用熱固性樹脂，因此碳纖維的施膠劑大多以環氧樹脂為主。熱塑性復合材料的加工溫度較高，一般超過200度，容易破壞環氧施膠劑。另一方面，熱塑性樹脂和環氧樹脂施膠劑之間的相容性較差，因此在成型之前必須處理好界面。從這些數字和數據中，我們可以比較使用和不使用專用熱塑性施膠劑的差異，使用后復合材料的財產明顯提高。接下來，介紹了熱塑性復合材料的常見成型工藝。首先，成熟的LFT成型工藝，主要包括顆粒材料和在線成型。在線成型主要包括在線成型和在線注射成型。成型是將大塊材料直接轉移到模腔中進行合模，工藝相對簡單。注射成型是通過注射成型機將擠出物直接注射到模腔內進行成型。國內的寧波雙馬注塑機還是很好的，克勞斯瑪菲/迪芬巴赫公司是世界上最好的。LFT技術曾被稱為歐洲未來之星，并已成功應用于汽車的許多零部件。第二個過程是GMT，它相對成熟和簡單。這是長纖維反應注射成型，主要采用PU滲透注射成型。該設備由克勞斯瑪菲公司開發，已開發出多個部件并成功應用于大型卡車。接下來，介紹了連續纖維復合材料的成型技術。首先，介紹了T-RTM成型，即將熱固性復合材料的成型工藝移植到熱塑性復合材料上。適用于該工藝的熱塑性樹脂主要包括己內酰胺的陰離子開環聚合、CBT、液體聚丙烯等。這是寧波自主研發的注膠機，我們用該設備成功制備了大尺寸（1.7*1.6m）結構件。這是寧波材料學院自主研發的“三步走”熱壓技術和設備。目前，我們可以在單一模式下實現每小時13件。這就是鋪設和成型技術。這種技術可以分為兩種，一種可以用來鋪設預制件，另一種是鋪設絲綢和膠帶。這就是拉擠成型，它涉及各種反應性和非反應性成型技術。謝謝大家。

標簽：寶馬

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