前言：
随着国内燃油限值的逐渐趋紧，以及电动汽车续航里程问题的凸显，汽车轻量化已然成为众多车企实现节能减排目标的“不二选择”，其中，新材料的应用则被认为是实现汽车“减重”的关键技术路径之一。碳纤维复合材料作为最热门的汽车轻量化材料，其具有比强度和比模量高、制件力学性能优异、安全性高、可设计性强和零部件一体化等特点，现已广泛应用到汽车工业中，其多种加工成型工艺也得到广泛的应用。碳纤维复合材料快速成型工艺及汽车轻量化上的应用越来越多，但其工艺上也存在一定的挑战。
近日，中国汽车材料网就“碳纤维复合材料快速成型工艺及其树脂在汽车轻量化上的应用”这个议题，对深圳市郎搏万先进材料有限公司总经理、总工程师康红伟博士进行了访问。
深圳市郎搏万先进材料有限公司总经理康红伟总经理
中国汽车材料网（Auto-Material，以下简称AM）：康总，您好，您是碳纤维复合材料及树脂应用技术研发的专家，在国内车用碳纤维复合材料的应用推广方面做了大量的研究与应用合作，您认为碳纤维复合材料在汽车上大规模产业化应用难点是什么?
康总：1.国内在碳纤维复合材料在汽车轻量化上的应用才刚刚起步，还处于前期技术探索和积累阶段。而碳纤维车身结构设计和优化的能力与经验的积累还有待于进一步提升，特别是复合材料性能数据库的建立。
2.新能源汽车产业链的可持续发展，必须解决碳纤维材料的回收问题，进一步研发高性能连续碳纤维增强热塑性复合材料。
3.不同成型工艺会导致复合材料产品的性能和成本出现较大的差别，碳纤维制品的制造成本在整个成本里面占比高达70%，而材料成本只占30%，探索适合量产化的低成本工艺路线迫在眉睫。
4.碳纤维材料的价格相比传统金属材料钢材与铝材要高出好多倍，需要开发出相对低成本的大丝束连续碳纤维，让碳纤维产品能进一步平民化，更多的走向民用市场。
AM：碳纤维复合材料（连续纤维和短纤维）的典型成型工艺及其树脂有哪些特点？目前比较热门的HP-RTM工艺与传统工艺相比有何创新之处？应用前景如何?
康总：1.热固性树脂基碳纤维复合材料在汽车轻量化上的应用主要工艺有：
A.连续纤维：HP-RTM（高压RTM）,DFCM（湿法模压），PCM（预浸料模压成型）；
B.非连续纤维：ACTM(短切丝束预浸带模压工艺)，碳纤维SMC；
2.热塑性树脂基碳纤维复合材料在汽车轻量化上的应用主要工艺有：
A短切碳纤维增强塑料的注塑工艺；
B长纤维增强塑料的LFT-G以及LFT-D-IM等工艺；
C连续纤维增强热塑性树脂的RTM工艺以及有机板结构包覆工艺等。
3.HP-RTM工艺的特点：高效率，非常短的加工周期，可大批量生产，同时具有非常出色的表面质量，以及非常低的孔隙率。
4.HP-RTM成型工艺的应用前景:这是一种非常成熟的工艺，宝马已经使用多年了，但是同时我们也在积极探索更多的成型工艺在汽车轻量化碳纤维材料的应用，后期将会出现多种成型工艺并存的局面，没有任何一种成型工艺能独占所有碳纤维零部件的成型。
AM:碳纤维复合材料快速成型工艺及其树脂在应用中有哪些缺点？在汽车轻量化应用中又遇到了哪些困难？是如何解决的？
康总：1.树脂基碳纤维材料拉伸强度强，但剪断强度弱，加工时需要进行复杂的应力计算(纵刚性、横刚性)，根据计算把碳纤维片重叠成型。一般来讲，碳纤维抗冲击性相当好，而抗穿刺能力就很差了。就是说你横摔竖拍不要紧，就怕的是横摔竖拍的过程中碰到一两块锋利的小石子，那可就不是拿去焊一下就可以解决的了。
2.价格昂贵，这主要是因为碳纤维丝的制造成本也很高，且工序多，废品率高，碳纤维车身的制作过程也需要大量的设备投入，造成制造成本的大量上升。钢材的成本是0.8~1$/KG，铝金属的成本是2.4~2.6$/KG，碳纤维的成本20~30$/KG，是钢材的20倍。
3.虽然树脂基碳纤维强度大，但是碳纤维是脆性材料，受力过大不会发生形变而是直接断裂。
4.碳纤维车身的维修问题，汽车在使用过程中避免不了会有磕磕碰碰，一旦发生碰撞就会遇到修复问题，对传统金属材料而言，4s店维修人员已经是轻车熟路，而对碳纤维复合材料汽车而言，其修复工艺与传统材料还是存在较大差异，碳纤维复合材料的修复专业性较强，修复人员必须具备一定的专业基础。为了便于修复，使修理人员快速掌握修复技能，应加强修复专用材料的研究与开发，开发出使用方便，容易操作的修补材料。
5.热固性树脂基碳纤维材料具有比强度、比模量高，具有非常高的刚性，适合车身承载件的应用，但是热固性碳纤维复合材料不易回收这个大问题急需解决，郎搏万公司在这边已经做了大量技术攻关，且有一定的成效，后期将研发更多可回收的环氧树脂碳纤维复合材料。
6.碳纤维材料无法像传统金属一样采用焊接或者铆接工艺，急需开发出高强度耐老化性能优良的胶接工艺用结构胶粘剂，郎搏万公司有复合材料与金属连接专用的结构胶粘剂。
解决以上问题需要企业从实事求是做生产，踏踏实实做研发的立场上去做好碳纤维车身，在研发碳纤维车身零部件的制造工艺同时应考虑使其实现生产自动化，从而使得这一生产工艺可以在高生产安全性条件下实现经济的、高品质的大规模生产非常重要。碳纤维复合材料不同于传统的金属材料，碳纤维复合材料具有自身的材料特性，复合材料产品的设计应根据复合材料的特点进行设计，充分发挥材料性能，在合适的地方使用合适的工艺生产合适的材料。
AM：车用碳纤维复合材料应用技术发展趋势有哪些?
康总：目前还没有可替代的材料能够既有高强度，高硬度，抗冲击，又重量轻，耐腐蚀，寿命长；自动化加工技术应用，降低了铺层成本，改善了积层质量，提高了生产效率；设计制造合并零部件－降低制造成本；热塑塑料研发，旨在降低材料成本及改善可回收性；低温固化/非热压罐固化工艺的发展，旨在减少对热压罐工艺的依赖，降低制造成本。
最大的发展趋势就是：
1.多种纤维混杂技术的发展，根据纤维特点进行结构设计；
2.三维编织技术的发展，提高了碳纤维材料的层间剪切力；
3.低成本大丝束碳纤维的应用进一步降低成本；
4.在成型工艺上不断优化，减去繁琐的工序，探索适合中国特色的汽车轻量化碳纤维材料的成型工艺，低成本碳纤维SMC技术的研发将会有非常大的空间，湿法模压比HP-RTM的设备投入要小很多，以后将出现多种成型工艺并存的局面。
5.以塑代钢是趋势，开发高性能可回收树脂基碳纤维复合材料是最大的趋势。
AM：目前车用碳纤维复合材料应用需要解决哪些具体问题，郎搏万有没有成功的经验，甚至是教训与大家分享?
康总：1.碳纤维复合材料的成本相对金属来说还是太高了；
2.成型工艺方面，期待优化出生产效率更高的工艺，探索低成本工艺；
3.结构设计、铺层设计及强度设计，模块化结构设计，一个模块中采用若干个零件分开成型然后进行连接整合成一个模块。
4.碳纤维材料的维修问题，郎搏万对碳纤维材料的维修有着更深层次的理解，研发储备了多种维修方案与维修材料；
5.开发高性能可回收树脂基碳纤维复合材料，郎搏万公司在这边已经做了大量技术攻关，且有一定的成效，后期将研发更多的可回收的环氧树脂碳纤维复合材料；
6.要实现复合材料汽车零部件的规模化生产，还需要制订相应的各种标准规范，包括材料的检验和测试标准以及生产工艺规范等。
AM：新能源汽车应用碳纤维复合材料有哪些机会?
康总：1.汽车的四门两盖对碳纤维材料有较高表面要求，需要开发能达到A级表面的树脂以及相关成型工艺；
2.在汽车的车身中有三十多种零部件可使用碳纤维复合材料，分别有：车身、底盘、车顶、车门、头盖、引擎盖、尾翼、压尾翼、中控台、装饰条、仪表盘、传动轴、特殊动力传动系统、座椅、座椅套垫、前扩散器、尾扰流板、后扩散器、后视镜外壳、悬挂臂、前唇、侧裙、侧格栅、车用箱包、导流罩、A柱、遮阳罩、散热器面罩、侧护板、低位踏板、副保险杠等外部和车身、内饰和外饰配件等系统。
3.从车身到发动机，碳纤维复材正在逐步取代金属材料。主要的应用有：发动机系统中的推杆、连杆、摇杆、水泵叶轮，传动系统中的传动轴、离合器片、加速装置及其罩等，底盘系统中的悬置件、弹簧片、框架、散热器等，车体上的车顶内外衬、地板、侧门等。
在BMW7系中，壁柱这个车身结构强度要求最高的地方，将碳纤维增强塑料包在了钢质的金属的材料中间，形成了一个三明治的结构，既保证足够的强度和轻，也保证了足够的韧性。这样不光降低了车身的重量，提高了车身结构强度，同时，还有效地降低了车辆的重心。
福特 Shelby GT350R标配的碳纤维轮毂由澳大利亚的Carbon Revolution公司提供，除了大家最容易想到的重量轻以外，碳纤维轮毂对于车辆动态表现的提升将会是全方位的。
4.内饰：车内顶棚、仪表板、方向盘、车内门板、座椅、扶手。内饰采用复材的目的是： 提高汽车内饰柔软化，使乘客有安全舒适感；简化汽车制造工艺，降低零件加工、装配、维修费用，提高生产效率。良好绝缘性，防止车内电子元件导电；良好吸振效果；弹性变形特性，对强烈撞击有较大的缓冲作用。
5.汽车轻量化碳纤维零部件的应用于发展为整个产业链带来了巨大的发展机会，碳纤维丝，编织工艺技术，快速成型高性能树脂，一体化快速成型设备，高精度模具等都将引来蓬勃发展的春天。
AM：贵公司现在有哪些轻量化的解决方案？
康总：1.HP-RTM快速成型树脂及方案；
2.DFCM/LLD/WCM湿法模压快速成型树脂及方案；
3.A级表面亮光树脂及方案；
4.PCM预浸料模压成型树脂及方案；
5.热塑性树脂碳纤维专用上浆剂及方案；
6.碳纤维车身连接结构胶粘剂及方案；
7.轻量化高强度夹芯发泡树脂及方案；
8.碳纤维车身维修材料及方案；
9.可回收树脂及其方案；我们一直在汽车轻量化道路上努力前进。
总结：
碳纤维复合材料快速成型工艺及其树脂应用于汽车领域，是实现汽车轻量化的有效途径之一。虽然目前在这方面还有很多问题有待解决，但随着碳纤维价格的下降，各种复合材料成型设备和工艺技术的不断进步，碳纤维复合材料快速成型工艺及其树脂在汽车轻量化中的应用前景将更加开阔。
专家介绍：中国环氧树脂应用技术学会理事，深圳市郎搏万先进材料有限公司总工程师，从事碳纤维树脂应用技术研发十多年，其耐高温环氧树脂的研究在业内具有很大的影响力及很高的知名度.
作者：姚孟婷
