不斷拓展的復(fù)合材料應(yīng)用

寂靜天花板

據(jù)市場調(diào)研公司Lux Research的報(bào)告，汽車上復(fù)合材料用量到2020年將達(dá)到60億美元，雖然汽車行業(yè)對(duì)成本的要求較嚴(yán)格，但是這樣阻止不了其發(fā)展的態(tài)勢(shì)，屆時(shí)，汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)該材料的用量將超過航空制造業(yè)。
+ |4 n: Z6 I6 D; G/ D% Z! \
“汽車行業(yè)對(duì)復(fù)合材料的一些主流應(yīng)用將提升該材料的用量，使其他行業(yè)對(duì)復(fù)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(diǎn)來到之前就找到自身的定位，否則將要付出巨大的代價(jià)進(jìn)行收購兼并，”該報(bào)告指出。

. V5 q1 R- i6 r- A. R( x: L鑒于此，碳纖維供應(yīng)商——東麗旗下美國卓爾泰克公司（Zoltek）計(jì)劃從2016年4月開始將其位于墨西哥Jalisco州的工廠年產(chǎn)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(chǎn)大絲束纖維。據(jù)該公司稱，隨著汽車結(jié)構(gòu)件對(duì)大絲束纖維需求的不斷提升，到2016年初，市場將出現(xiàn)供不應(yīng)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(qiáng)部件。

. t5 G8 f+ Z8 h8 s為了應(yīng)對(duì)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(chǎn)量，在目前11800噸的基礎(chǔ)上翻番。的確，從今年的法蘭克福車展上也可看出碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用逐漸拓展到新的領(lǐng)域，比如新寶馬7系鋼制一體式車身采用的結(jié)構(gòu)型加強(qiáng)件。寶馬公司的碳纖維由其旗下子公司——西格里集團(tuán)提供。“我們的碳纖維產(chǎn)品在新一代寶馬7系上的應(yīng)用是碳纖維材料在汽車工業(yè)中實(shí)現(xiàn)大規(guī)模批量應(yīng)用的又一個(gè)里程碑，”西格里集團(tuán)CEO Jürgen Köhler 說道。
9 w4 A+ U- u8 g9 @. `& O3 f$ o
' C# Q& n9 g0 }
$ b  @+ t9 ]/ i! C- u蘭博基尼在其Aventador 車型的儀表盤包圍上采用了鍛造復(fù)合材料技術(shù)，不僅降低了重量還提供了獨(dú)特的外觀感受。
% v1 g/ i( M1 f4 c3 y6 p
Köhler也贊同Lux Research公司持有的要占據(jù)市場先機(jī)的觀點(diǎn)。“該計(jì)劃進(jìn)一步突出了碳纖維在汽車行業(yè)中的巨大潛力，同時(shí)也表明了西格里集團(tuán)對(duì)整個(gè)價(jià)值鏈的長期投入開始得到回報(bào)，”他說道。
: o9 H) h- s7 P1 |# h
短切纖維的靈活性

4 S- n+ i! n9 {0 p1 C  `# W法蘭克福車展的另一個(gè)碳纖維應(yīng)用亮點(diǎn)是蘭博基尼公司在Aventador Super Veloce Roadster跑車上采用的鍛造復(fù)合材料零部件。蘭博基尼研發(fā)總監(jiān)Maurizio Reggiani在現(xiàn)場介紹了鍛造碳纖維在這款車上的應(yīng)用，比如儀表板包圍，并表示這是一項(xiàng)全新的應(yīng)用。
* B4 c- R& j: L  `) l: V
, B' U5 w: H& [/ u3 u他指出，鍛造復(fù)合材料采用短切纖維，而不是預(yù)浸漬織物，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)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。


) g6 X0 a6 K. }4 H" n道奇Viper 車型的減震支架采用了碳纖維材料，不僅強(qiáng)度更高，重量也更輕。
+ W- ]9 d# r! P# ?/ C5 b" C- `9 S
/ C3 T4 A: M& K) {! Y7 E3 b鍛造復(fù)合材料相對(duì)較重，而且沒有傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料強(qiáng)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(yōu)勢(shì)。比如說，纖維的隨機(jī)分布讓每個(gè)部件的外觀都不同。“在某些情況下，其所實(shí)現(xiàn)的外觀還是非常有特色的。”

) k4 [4 v) n& W此外，對(duì)于復(fù)合材料來說還有一個(gè)鉆孔裝配的問題。在傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料部件上鉆孔會(huì)切斷絲束，影響部件的強(qiáng)度。而對(duì)于短切纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料來說，這個(gè)問題就不復(fù)存在。
2 @6 q- R5 t5 ~
隨著蘭博基尼在鍛造復(fù)合材料技術(shù)方面的經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，該公司還在逐漸縮小鍛造復(fù)合材料和傳統(tǒng)復(fù)合材料在重量方面的差距。“通過設(shè)計(jì)的優(yōu)化，這兩種材料在重量上也越來越接近了，”他指出。

為什么一定要采用段造型復(fù)合材料？因?yàn)檫@種材料的生產(chǎn)周期大大短于傳統(tǒng)復(fù)合材料。他說道：“如果采用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)一個(gè)部件需要100個(gè)小時(shí)的話，采用鍛造的方式生產(chǎn)的部件只需要8個(gè)小時(shí)。”
8 N0 f7 p' q1 E
% A7 d5 m# r( \" B/ @7 I傳統(tǒng)工藝的進(jìn)步
$ r: T  K* h" V, {2 f
" u. Q3 h  |1 L9 @& J4 B6 q9 d8 C; {傳統(tǒng)碳纖維材料的成本也在下降。據(jù)菲亞特- 克萊斯勒汽車Viper項(xiàng)目經(jīng)理Mike Shinedling稱，碳纖維曾經(jīng)的價(jià)格為每磅50美金，今天克萊斯供應(yīng)商Plasan Composites公司采用的東邦碳纖維的成本僅為8美元/磅。
- ?; N6 ]7 D3 F( P. h9 g8 P0 i
. F7 T+ c8 z/ L- |他解釋道，隨著時(shí)間的發(fā)展，Viper車型已經(jīng)從當(dāng)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(qū)域又增加了碳纖維加強(qiáng)筋。到第五代車型時(shí)，大多數(shù)外車身都采用了碳纖維。碳纖維的使用讓現(xiàn)在的車型比第一代車型在重量上得到了大大減輕。
& h( o5 y% w) R& q/ J" e

科思創(chuàng)Baypreg 行李箱地板具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的優(yōu)勢(shì)。
" u8 ^. u9 B3 O# t( V
“其他同時(shí)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?xì)w功于碳纖維材料的使用。

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(qiáng)度，比如尾翼和前擾流板，這些部件在車輛高速行駛時(shí)為車型施加了非常大的力。

相對(duì)通過傳統(tǒng)熱壓罐方式生產(chǎn)碳纖維部件所花費(fèi)較長的時(shí)間來說，Shinedling也傾向于選擇生產(chǎn)周期更短的工藝。但是對(duì)于像Viper這樣低產(chǎn)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。

6 v% w. L6 R' }' l4 i- J$ @/ F“我們也在努力縮短周期時(shí)間，但是這是模具成本和單件成本之間的平衡，”他說道。
6 v: W9 A- t  ?5 t" {- M, r+ P
; k) X, G/ a9 e" G) n不過未來的項(xiàng)目或許會(huì)考慮周期時(shí)間的問題，而且Viper項(xiàng)目組所積累的材料經(jīng)驗(yàn)對(duì)克萊斯勒嘗試其他可能的工藝時(shí)將起到非常關(guān)鍵的作用。
- H9 J  x. s: D' ?
“這對(duì)我們來說是一個(gè)很好的測試和試驗(yàn)的機(jī)會(huì)，當(dāng)時(shí)機(jī)到了的時(shí)候我們就可以將其應(yīng)用到其他車型，”他說道。“我認(rèn)為有這樣一款車型讓我們也有機(jī)會(huì)建立了一個(gè)核心的團(tuán)隊(duì)。他們隨時(shí)都可以參與到其他項(xiàng)目中，而這些項(xiàng)目很可能是一些產(chǎn)量較高的車型。”
" c6 e9 Z0 t! `% B& `: Y" s
復(fù)合材料三明治

8 F* E% l1 h7 I- V3 Y. }4 i" Q科思創(chuàng)（前拜耳材料）專家指出，汽車內(nèi)部還有很多減重的機(jī)會(huì)，這可以通過他們的材料比如Baypreg來獲得。這是一種復(fù)合材料蜂窩三明治玻纖氈夾層結(jié)構(gòu)材料，可以用于車頂或行李箱地板中。

4 i1 m) T% r* C, c- I! h% V1 ^“OEM客戶最關(guān)注的一個(gè)問題就是重量，”科思創(chuàng)工業(yè)市場經(jīng)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(shè)計(jì)整合到一個(gè)部件上，這樣就減少了零部件的數(shù)量，同時(shí)節(jié)省了組裝的工時(shí)。
' K8 O7 o  r' x0 U! ^
Baypreg材料有許多可變參數(shù)，比如蜂窩的厚度、樹脂的化學(xué)性以及纖維玻璃夾層的重量等都可以通過改變來滿足實(shí)際應(yīng)用中對(duì)部件厚度、重量以及強(qiáng)度的不同需求。

“你可以對(duì)材料的化學(xué)性進(jìn)行調(diào)整，”Goshen說道。此外，這種材料是熱固性的，因此在加工中是不會(huì)收到熱量的影響而產(chǎn)生分解的現(xiàn)象。

+ ^- b: C4 a* e$ Z; F. m復(fù)合材料的應(yīng)用正在逐漸滲透到汽車的各個(gè)部件中，包括結(jié)構(gòu)件和外觀件，這也不難看出為什么這個(gè)市場將迎來強(qiáng)勁的發(fā)展。
! S  z! Y$ C2 V  R  x

天天天藍(lán)_

替代鋼鐵的新型材料正在浮現(xiàn)，我希望快一點(diǎn)