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CT:有哪些因素限制了复合材料在汽车中的广泛应用?
David Dyke
加拿大Magna Exteriors and Interiors公司的高级工程主管
树立信心对于工程师们而言是一大挑战。在如今的开发过程中,工程师们通常是借助于计算机辅助分析来做出结论,而很少采用过去常用的手工计算法。而对纤维增强聚合物进行预测分析却是一个巨大的挑战,这是因为当采用无规玻璃纤维基体材料成型时,面临着流动后的纤维取向问题。因此,良好的软件分析工具能够为证实工程师的假设,从而做出完美的低风险决策提供很大的帮助。通过消除工程师的决策风险,复合材料的广泛应用就将成为现实而非主张。
Joerg Pohlman博士
德国西格里集团汽车碳纤维公司的总经理
在批量化的汽车应用中,碳纤维的成本太高,而且OEM们都还不具备批量化的生产方法和专业技术。
Donald Lasell
美国Think Composites公司的负责人
要想使复合材料在汽车行业得到广泛应用,首先需要证明复合材料能否以极高的产量生产出高质量的汽车部件。诚然,成本是影响复合材料应用的一个主要因素,但是,证明复合材料的高产量生产能力、是否能够生产出高质量的部件以及尺寸的稳定性等也同样重要。一旦高产量得以实现,成本就将快速下降。
Martin Starkey
固瑞特英国公司汽车项目主管
对于消费者们而言,购买一辆汽车代表着他们需要做出一项重大的决定,而且他们所需要的一定是在价格、质量、设计和性能方面具有综合竞争优势的产品。可以肯定的是,目前世界上领先的OEM们通常是对汽车进行逐渐的改进而非重大变革,每一款新车型都是对以前版本的改良,这就意味着汽车制造商对任何新技术的使用都非常谨慎,对复合材料的应用也同样如此。与使用其他的新技术一样,我们看到了复合材料的应用正变得越来越广泛:从超级汽车转向高档车,然后又转向高性能轿车。
Peter Oswald
美国Toho Tenax America公司前任副总经理
缺乏低成本的材料,以及材料的成型和生产技术,缺乏对大型碳纤维复合材料结构部件的探伤技术(damage detection),是影响复合材料应用的主要原因。
CT:你们认为目前由金属制成的汽车部件中,有哪些最适合转换成采用复合材料?为什么?
David Dyke
加拿大Magna Exteriors and Interiors公司的高级工程主管
军事和航空领域已经证明了复合材料在结构性应用中的巨大优越性。出于对降低汽车重量的需要,以及对局部增强复合材料部件的广泛需求,一个明显的目标是在白车身应用方面对金属的替代,最终,白车身与黑车身(即复合材料的替代品)的组合部件有可能成为第一波扩展复合材料应用的汽车部件。
Joerg Pohlman博士
德国西格里集团汽车碳纤维公司的总经理
对于那些制造由电池组驱动的电动汽车的OEM而言,他们可能会利用轻量化的材料来减轻汽车的重量。
Donald Lasell
美国Think Composites公司的负责人
汽车的车身结构似乎最适合采用复合材料,超轻的复合材料车身重量非常有利于改善汽车的燃油经济性。此外,一个设计完好的复合材料部件比相应的金属部件的安全性更高,这已为赛车制造领域所证实。碳纤维为汽车带来的市场价值,将鼓励很多人为其汽车选用复合材料。
Martin Starkey
固瑞特英国公司汽车项目主管
与相应的金属部件相比,复合材料具有非常典型的优缺点,这表明将复合材料用于某些部件是一个自然的选择。例如,较低的模具成本使得复合材料更适合于低产量的应用领域。然而,相当高的材料价格又限制了其在高产量或低成本生产平台上的应用。对于那些对重量敏感的汽车而言,复合材料的特殊优势显然具有天然的吸引力。与钢材相比,复合材料的成型周期较长,从而限制了其产量,但它们却具有良好的成型性,可模塑成任意形状,从而有利于部件的集成和设计自由度的提高。
Peter Oswald
美国Toho Tenax America公司前任副总经理
碳纤维复合材料最适合用于大型结构部件,这些部件不要求达到A级表面质量,而且可从部件的整合中获得更多的优势,其中一个最好的例子就是汽车底盘。
CT:如果你的听众是来自世界顶级汽车制造商的一流工程师们,你会对他们说些什么,才能使他们懂得如何才能成功地使用复合材料?
David Dyke
加拿大Magna Exteriors and Interiors公司的高级工程主管
为满足他们强烈的减重需求而为他们提供的解决方案,要求他们必须采用完全不同的思维模式,改变目前所用的物料清单(简称“BOM”)和工艺清单(简称“BOP”),以满足所要使用的替代材料和替代生产工艺的要求。一旦完成了对材料的初期比较和评估后,OEM就能够对一项应用的成本、性能和投资情况进行比较,以确定未来的方向。在确定好方向后,OEM需要选择一家有实力的供应商作为合作伙伴。尤其在早期开发阶段,OEM可以充分利用供应商的知识和开发经验。总之,实现创新的前提就是要抛弃传统的模式。
Joerg Pohlman博士
德国西格里集团汽车碳纤维公司的总经理
汽车制造商们必须开发新的设计规范和生产技术,积累相关的专业知识。因此,他们需要聘请真正懂材料的以及熟悉复合材料价值链的专家。
Donald Lasell
美国Think Composites公司的负责人
汽车工程师们需要知道的是:如何用复合材料进行设计?需要采用什么样的特殊结构?如何制造并装配复合材料的汽车部件?应该由谁来制造?如何才能确保漆层很好地粘附到复合材料部件上?以及需要投入哪些加工设备?
Martin Starkey
固瑞特英国公司汽车项目主管
如果你试图用复合材料去适应金属部件的设计,就会使复合材料的缺点暴露无遗,而其优点很少能得到利用。随着对复合材料理解的逐渐增强,世界领先的OEM们将不得不彻底改变对汽车的设计,考虑如何才能将复合材料的汽车真正整合到汽车生产流程中。相应地,这不仅需要全面懂得复合材料设计方面的细节问题,还要对复合材料的生产工艺有充分的了解。
Peter Oswald
美国Toho Tenax America公司前任副总经理
让我们来谈论一下大型部件。简单地用复合材料去取代金属板材,虽然可以在某种程度上降低重量,但却难以达到经济上的一些目标,尤其是要求A级表面质量的应用。当被用于大型结构部件时,能够显著降低重量,同时可减少部件的加强结构以及装配时间。
CT:你认为20年后的汽车普遍是什么样的?
David Dyke
加拿大Magna Exteriors and Interiors公司的高级工程主管
更多的差别应该归结于技术、法规和社会观念的变化。利用新的技术对动力传动系统做大幅度的改变,能够开发出更多的以前由动力总成部件占用的空间,从而充分利用这一宝贵的空间优势,以将其转变成令消费者吃惊而又欣喜的特色。总之,降低重量、提高燃油效率以及消费者和消费者关切的创新问题,将直接影响汽车的设计结构和材料的选用。
Joerg Pohlman博士
德国西格里集团汽车碳纤维公司的总经理
对轻量化材料的组合使用将主导汽车的生产制造,碳纤维增强复合材料(CFRP)将成为一种标准的汽车材料。目前,降低重量的要求主要来自法规上的压力,但我预计,对复合材料的使用要求将主要来自电动汽车。
Donald Lasell
美国Think Composites公司的负责人
对于许多的Priuses,也包括许多的皮卡车,它们的空气动力性能的改善也就如此而已,因此降低汽车重量是必然。而且,我知道大多数人更喜欢大型车,而这些汽车将受益于碳纤维复合材料带来的优势,从而使它们的重量可以与小型车一样。
Martin Starkey
固瑞特英国公司汽车项目主管
我现在唯一可以确信的是,20年后的汽车将不像什么。我并不认为在20世纪80年代的晚期,就有人预测到了今天的设计样式。现在我唯一可以确信的是,消费者的需求将更加集中。
Peter Oswald
美国Toho Tenax America公司前任副总经理
在美国,大多数的汽车仍然可以搭载4人,此外还包括狗、行李和高尔夫球杆等。复合材料能够为这类汽车带来轻量化的车身结构、更好的空气动力性能以及轻量化的动力总成和传动系统。内燃机仍有可能是主流的动力驱动模式,这是因为它的灵活性、动力性和运行范围所导致的,但对CNG(压缩天然气)燃料的使用可能将更加普遍。
CT:在你们看来,影响汽车行业更多地接受并使用CFRP的最大障碍是什么?
Martin Starkey
固瑞特英国公司汽车项目主管
材料成本,这将取决于每降低1lb重量而花费的成本。一辆普通的乘用车,通常可为降低1?lb的重量负担$1~2的成本,而一辆高价位的高性能汽车,可为降低1lb重量负担$5~30的成本。基于碳纤维的高价位,要想以低于$5/lb的成本达到减重的目的,的确是一件困难的事情。而且,除了重量外,可提供碳纤维部件的高性能汽车的市场价格也是一个问题,传统乘用车的价格不会这样高。
Tadge Jeuchter
通用汽车公司雪佛兰轻巡洋舰(Chevrolet Corvette)汽车的首席工程师
每个面板的净成本是个现实的问题。我们愿意去设计每个采用CFRP制造的面板,但是,以今天的成本,却难以与行业的现实情况相抗衡。100多年的行业惯性和遗留的成本价位,以及围绕金属解决方案而优化的完整的基础设施,使得其他的新生事物难以进入汽车市场。另一方面,只有当你清理了拥有100多年历史的资产负债,并有机会处理好更敏感的遗留下来的成本问题,然后才有可能影响公司的每一项业务。
Andy Rich
美国Plasan Carbon Composites公司的研发工程师
成本和生产的便利性。成本始终是汽车市场面对的一大挑战,特别是高产量的汽车。但是,使OEM们愿意使用这些材料的挑战却很难量化。所有的OEM的设计师都非常熟悉金属材料的性能和制造工艺,但我们却很少能为一个确实需要采用碳纤维去设计的部件投标。我们不得不花费很多的时间去培训客户,包括那些对碳纤维技术有一些经验积累的公司。任何一家大的汽车制造公司都有不同的业务部门,他们对复合材料的理解程度完全不同。在设计一个部件之前,他们并不总是向他们自己的复合材料专家进行咨询。因此,我们常常看到的是被设计成采用金属板材一样的部件,而客户们却会问到:“你们能用碳纤维来制造这个部件吗?”这种理解水平的差距是影响该技术使用的一大障碍。即使在成本方面过得去,汽车厂商们也会自然地对冒险使用一种他们不熟悉的材料而犹豫不决。
CT:在大量应用前,必须克服哪些技术上的挑战和(或)错误观念?
Martin Starkey
固瑞特英国公司汽车项目主管
当年产量超过10000件时,使用预浸料的加工和成型周期是一个很大的挑战。传统的如模压和注射成型方式,不能充分利用碳纤维的潜在优势,因为它们是典型的适合于短切纤维而非连续纤维的成型方式,并有较大的最小厚度要求。寻找能与碳纤维具有良好粘接性能的树脂系统以及好的加工能力也是一大挑战。目前的化学原料还不能提供足够的与纤维粘合的性能,但我相信,这将在某种程度上得到改善。更多的研究工作没有用于解决这一问题的主要原因是纤维的成本。一旦碳纤维更多地成为大众市场的材料时,就会有更多的研发投入用于解决目前的这些问题。
Tadge Jeuchter
通用汽车公司雪佛兰轻巡洋舰(Chevrolet Corvette)汽车的首席工程师
制造过程中会遇到很多小的技术问题,如循环时间、劳动时间、连续稳定的部件质量以及表面的完美性等。当单独存在时,它们都不是不可逾越的难题,但是当这些与汽车非标准材料相关的小问题集中在一起时,要想得到一个规避风险的市场的认可,却是一件很困难的事情。
CT:与SMC、BMC、GMT、LFT和D-LFT相比,CFRP的竞争力如何?
Martin Starkey
固瑞特英国公司汽车项目主管
在近期内,我认为传统的玻纤增强复合材料将更有竞争力,这是由目前的经济压力所决定的。长期来看,随着碳纤维产能的扩大及其成本的降低,高性能复合材料将得到强劲的增长。
Andy Rich
美国Plasan Carbon Composites公司的研发工程师
低成本的复合材料在长时期内都会受到欢迎。CFRP比SMC配方或在线混配的材料轻20%,而且已解决了许多的油漆爆裂问题,但对于大多数的部件而言,一个共同点是,SMC/GMT将得到长期应用,它们适合的产量范围是20000~90000件/年。总之,由于固有的强度问题,SMC/GMT并不适合于结构部件,而且永远不会用于结构件。因此,在大多数的应用中,这些材料彼此是互补的,它们并非是碳纤维的直接竞争对手。
CT:对于采用了替代动力总成的汽车,即混合电动车、插电式电动车和燃料电池车而言,CFRP将发挥怎样的作用?
Martin Starkey
固瑞特英国公司汽车项目主管
许多新的采用替代动力总成的汽车出现在豪华市场中,如Tesla和Fisker。在这些汽车中,碳纤维将发挥重要的作用。对于大众市场的替代汽车而言(Volt等),每降低1lb重量所花费的成本仍然是一个主要问题。
Andy Rich
美国Plasan Carbon Composites公司的研发工程师
采用较新的动力总成对于汽车公司而言是一次冒险,所以他们一次只迈出一步。如果他们采用新的动力总成,同时还大量采用CFRP去制造一辆汽车,他们就极大地增加了成功推出一辆汽车的风险。我想这就是为什么我们看到在汽油驱动的汽车上可以有很多的部件使用CFRP,而混合动力车却仍然采用钢材制造。随着复合材料和混合式发动机的风险的下降,情况可能会发生变化。







