碳纤维在汽车行业大规模有多难?

碳纤维在汽车行业大规模有多难?

先看一下2018年,碳纤维复合材料在汽车行业应用了多少?

2018年,全球碳纤维在汽车行业,应用约1.08万吨。2018 年全球汽车销量 8600 万辆,按照平均重量1500kg估算,碳纤维占比不足万分之一(不严谨,仅供参考)。而事实上,这1.08万吨,主要是宝马i3/i8和7系的用量。

为什么碳纤维在汽车行业没有大规模应用?

先回答一个前序问题,汽车行业为什么要使用碳纤维?答案很简单:轻量化——节能减排+性能(动力性)提升。

下图是麦肯锡评估的不同类型的车型减重1kg,可以接受的价格,从3欧元到20欧元不等。对于每个车型,汽车厂会评估为轻量化付出多少代价是值得的,毕竟节能减排和性能提升的要求可以通过除了轻量化以外的方式实现,比如进一步电气化、提升发动机效率等。

  1. 成本高是碳纤维在汽车行业大批量应用的主要难题。

航空航天级碳纤维价格1000元/Kg,CFRP制品价格1-2万/Kg,增加10-20倍;汽车用碳纤维100-130元/Kg, CFRP零部件500-2000元/Kg,增加3-20倍;

  • 碳纤维成本:130元/Kg,含量60%,78元/KgCFRP ;目前中国供应链基本可满足
  • 树脂成本:50-1500元/Kg,含量40%,20-600元/Kg CFRP ;满足车用,快速成型的树脂太贵
  • 自动化设备折旧:目前缺乏低成本化成型技术与装备;如果能开发出年产5万件自动化生产线投资5000万的自动化生产线:10年折旧分摊100元/件,平均10Kg/件,10元/Kg CFRP;
  • 其他成本:产品得率、人工、水电、产房与自动化化程度有关

对于主机厂来说,碳纤维复合材料的成本不止这些,要区分自制件、外协件、外购件,还要考虑到与车身的连接成本等等。

如何降低成本:

1)通过改进原丝生产工艺,降低原丝成本(PAN,沥青等);2)发展新的预氧化、碳化和石墨化技术,缩短预氧化时间,降低碳化、石墨化成本;3)加强碳纤维表面处理技术、与碳纤维t配套的树脂体系研究;4)根据碳纤维在汽车具体零部件的应用,合理选择碳纤维,提高利用率;5)提高生产节拍,开发新工艺,如HP-RTM和拉挤等,实现全自动化。

2. 设计理论复杂是制约碳纤维在汽车行业大规模应用的第二大难题。

碳纤维复合材料不同于金属,具有方向性和可设计性,主机厂缺乏经验和数据积累,对于如何设计?如何仿真?失效模式?等规范和验证标准处于空白状态。

事实上,国内主机厂自主品牌的价格与合资品牌、进口品牌相比,处在一个较低的水平。大家基本上在成本的红海里厮杀,减重1kg,哪怕增加20元,都需要慎之又慎。只有随着自主品牌不断走向中高端,有较大的成本空间去考虑碳纤维,去尝试碳纤维,才会积累更多的设计经验,真正带动下游的碳纤维复合材料企业,共同参与进来,利用批量化把价格降低下来,推动原材料和工艺的创新。目前是一个死循环,自主品牌拼成本,不考虑用,无法推动碳纤维在汽车产业的发展。

写到这里,提一下蔚来ES6,量产的自主品牌中,为数不多的价格在40万以上,使用碳纤维复合材料。无论如何,这是一种推动碳纤维在汽车行业应用的正向案例,希望这种案例越来越多。上游+下游,共同推动价格的降低和设计应用经验的提升。

发布于 2019-11-16

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