对于碳纤维材料相信大家都有所耳闻,我们也知道碳纤维复合材料相比工业生产中的碳钢、铝/镁合金结构在强度、模量、吸能等诸多方面都有显著优势,其中最为突出的就是在轻量化方面的表现。此外,碳纤维复合材料还拥有良好的抗疲劳性、耐腐蚀性,零件使用寿命高等特点,所以被认为是汽车轻量化的“终极材料”。
同时,碳纤维复合材料在工业生产中的使用也变得越来越广泛,可以说涵盖了现代制造产业的方方面面,在汽车、航空、轨道交通、风电、建筑、氢能等工业体系中都能看到它的身影。而且,碳纤维复合材料也开始在我们的生活中频繁出现,羽毛球拍、钓鱼竿、相机三脚架,这些也是碳纤维表现的“舞台”。而近年来,随着低碳环保及绿色节能在社会各行业中受到越来越多的关注,碳纤维复合材料的使用将会变得更加多元,使用场景也会变得更加丰富,可以说碳纤维复合材料正面对着越来越广阔的市场空间。
在中国本土的碳纤维汽车零部件供应领域,HRC占据了最大的市场份额。HRC是全球领先的复合材料综合解决方案供应商,专业从事高性能碳纤维零部件的研发、工程设计和工业化量产。企业目前与中国本土大部分主机厂都建立了合作,成为一汽、比亚迪、吉利、长城、长安、广汽等国内知名汽车生产企业的配套供应商。
骆涛先生介绍公司发展情况
为了更好地了解HRC的生产工艺与流程,我们这次来到了HRC在常熟汽车量产基地及旗下ACTC先进复合材料技术中心,实地了解了碳纤维从原材料到汽车零部件整个设计制造过程。在上午的企业介绍和产品讲解环节中,HRC汽车总经理骆涛向我们详细介绍了HRC汽车业务的情况。
胡幼龙先生为媒体嘉宾介绍碳纤维的成型技术
碳纤维在车身的应用范畴非常广泛,包括有车身覆盖件(机盖、侧围总成)、车身结构件(C柱加强梁、后地板中通道加强梁)、车身内外装饰件(座椅)、底盘件(轮毂、板簧)、运动套件(尾翼)、储氢系统(高压IV型储氢瓶),可以说涵盖了整个汽车构架的主要方面。
碳纤维复合材料除了给车辆提供轻量化的突出优势之外,同时也提升了产品的设计美感,提高产品差异化竞争力;汽车零部件集成度更高,简化后续的装配流程;全面提高汽车安全性能、驾驶性能、减震性能、疲劳耐久性能等。而且这些材料还可以有效回收,迎合国家倡导的低碳、绿色、环保的发展理念。
在汽车量产基地生产区的媒体参观环节,HRC生产制造负责人胡幼龙和设计工程部高级产品经理祝艳来对碳纤维复合材料的生产制造进行了全面细致的讲解。我们看到了手感如同发丝一样的碳纤维材料,很难想象这些增强材料通过不同的成型工艺,让基础材料和增强材料相互组合到一起,最终形成客户所需要的特定产品。
胡幼龙先生为媒体嘉宾介绍碳纤维的成型技术
在成品展示区,由碳纤维复合材料生产的汽车零部件琳琅满目,其中制作精良的碳纤维尾翼特别吸引眼球,据悉这是HRC团队从材料验证、结构设计、仿真分析、模具开发、CNC工装开发、胶结工装开发、检测技术等一系列制造和检测技术上进行探索,逐一攻破难关,成功开发一体成型碳纤维尾翼。具有外观精美、功能性强、机械性表现突出的特点,且满足轻量化的要求。
为了实现金属向复合材料的转变,在碳纤维的生产过程中并没有一种最好的工艺,HRC会根据产量需求、目标价格和结构复杂程度,选择一种最合适的工艺。比如超级跑车通常拥有较高的设计标准以及较低的产能需求,HRC就会选择热压罐工艺;针对中等产能的部件,选择高压RTM或者SMC模压等工艺;针对产能需求较大的汽车零部件时,选择热塑型工艺。
媒体嘉宾在ACTC试制中心了解先进成型技术
随后我们又一起来到ACTC试制中心了解了复合材料先进成型技术,尤其是热塑复合材料汽车产品的材料和工艺设计。为了应对高产能的需求,同时兼顾成本,HRC在热塑技术方面做了较大投入。在生产区可以看到热塑性复合材料的成型方法包括了注塑,拉挤,模压,热塑模压,单向带铺覆等。考虑到产品性能和批量生产的结合,热成型、拉挤和注塑的混合成型工艺是优选。
媒体嘉宾在ACTC试制中心了解先进成型技术
凭借着热塑性复合材料的自身优势,它在汽车零部件制造中的应用范围也更加广泛。在汽车电动化不断加速的当下,HRC也早已切入到电池壳体轻量化领域。我们知道三电系统是电动车的心脏,但是却给整车带来了极大的重量负担,直接会影响到车辆的续航表现。对应其特殊性与安全需求,HRC研发的碳纤维复合材料/玻璃纤维复合材料、热固模压成型电池包壳体轻量化工艺中,使用碳纤维片状模塑料(C-SMC)、玻璃纤维片状模塑料(G-SMC)等不连续的纤维增强复合材料,结合UD补强,进一步提升刚性。内嵌金属件,采用无胶结架构以减少安全隐患,提升内部连接强度。
ACTC工作人员介绍碳纤维汽车样件制造过程
媒体嘉宾制作碳纤维汽车造型件
为了让媒体对碳纤维的制作形成更加直观的认识,我们也在现场工作人员的指导下参与试制碳纤维产品,大家在碳纤维预浸料上描绘勾勒出自己喜爱的汽车轮廓,裁剪出汽车外形后铺贴在碳纤维SMC材料上,通过压机进行快速模压固化成型,“碳纤维汽车”正反两面有着不同的纹理,这也是它的独特之处。
刘敏分享“碳纤维汽车应用实践”
试制环节后,媒体嘉宾听取了HRC研发技术总监刘敏解析“HRC碳纤维汽车应用实践”,刘敏从研发人员的视角对HRC全面的材料、产品、模具等过程设计开发能力进行了阐述。他提到目前HRC的创新产品也已逐步在配套各类量产车型、热门车型,未来,随着全球各国低碳发展战略的部署和推进,碳纤维应用范围势必有所延伸。
余文俊分享先进成型工艺和应用
活动最后的分享会上,ACTC研发工程副部长余文俊围绕ACTC在技术和平台等方面的优势,结合实际开发案例,向我们重点介绍了热塑性复合材料的特点和价值。从余部长的表述中获悉,热塑性复合材料可回收再利用,量产成型效率高,可结合注塑工艺实现筋肋加强结构,已逐渐成为主机厂青睐的高性能环保材料。而热塑产品开发需要综合考虑材料、工艺等因素,ACTC在这方面积累了丰富的经验。
Viktor Reimer博士介绍ACTC集成式储氢系统发展
此外,碳纤维在氢燃料电池汽车上也发挥着重要作用,ACTC先进压力容器研发负责人Viktor Reimer博士的分享“ACTC集成式储氢系统的发展”从整个氢能经济体系介绍入手,介绍了碳纤维储氢系统的结构。报告最后,他还提到了ACTC对碳纤维储氢系统的开发和量产规划。
之前我们只是对碳纤维的概念有个初步的认识,通过本次HRC的参观活动,大家对碳纤维材料和市场有了全新的理解和认识。现阶段HRC在汽车领域已完成基本布局,通过早期一些热固型生产项目的实践,以及多样化生产设备的引入和完善,HRC拥有更全面的方案和更有竞争力的价格来应对客户灵活、多变的需求。