隨著全球?qū)?ldquo;雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，交通運(yùn)輸業(yè)的輕量化就顯得格外重要。尤其汽車輕量化，是目前全球討論的熱點(diǎn)話題。而汽車零部件的輕量化是一項(xiàng)馬拉松式的努力，復(fù)合材料對(duì)零部件的多樣化應(yīng)用和運(yùn)行條件并不陌生。內(nèi)飾部件可能代表了當(dāng)前汽車產(chǎn)品中最大的復(fù)合材料集合。然而，作為一個(gè)行業(yè)，我們必須銘記并同時(shí)向前看——許多汽車內(nèi)飾部件曾經(jīng)由不同材料制成，我們也期冀行業(yè)中出現(xiàn)下一個(gè)革命性應(yīng)用。
圖2 北美汽車后蓋市場(chǎng)份額
新興應(yīng)用
伴隨儲(chǔ)能設(shè)備其市場(chǎng)多樣性和材料的變化，復(fù)合材料已經(jīng)顯示出其特殊的優(yōu)勢(shì)。聚合物基復(fù)合材料在內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)電池汽車中的應(yīng)用都有增長(zhǎng)機(jī)會(huì)，最近在FRP 燃料箱和管線以及由片狀成型復(fù)合材料 (SMC) 制成的電池組蓋的應(yīng)用均證明了這一點(diǎn)。但機(jī)遇也伴隨著挑戰(zhàn)。
在某些情況下,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)為客戶提供了眼前一亮的機(jī)遇。在其它情況下，復(fù)合材料的優(yōu)異性能使整個(gè)業(yè)務(wù)案例成為可能，例如壓縮天然氣 (CNG) 和儲(chǔ)氫罐。
雖然一些地區(qū)已經(jīng)開始采用 CNG 汽車，因?yàn)槠涮佳a(bǔ)償和性價(jià)比使其在經(jīng)濟(jì)上可行，但該技術(shù)并未在我們的汽車行業(yè)前景中占據(jù)多數(shù)份額。例如，在印度和俄克拉荷馬州，CNG 泵站非常方便，足以使燃料決策正?；@種燃料的市場(chǎng)基本上停滯不前。最簡(jiǎn)單的理由來自于燃料系統(tǒng)組件的生產(chǎn)成本。儲(chǔ)罐在車輛的使用壽命之前就到期了，特別是在輕型或中型商用車輛中，這會(huì)導(dǎo)致車輛報(bào)廢而不是維護(hù)。
然而，一種高層次的經(jīng)濟(jì)學(xué)觀點(diǎn)為抑制儲(chǔ)罐發(fā)展提供了一個(gè)直截了當(dāng)?shù)睦碛桑喝绻环N技術(shù)和制造方法在更高價(jià)位的市場(chǎng)（比如航空航天或賽車等）中沒有立足之地，且如果沒有涉及到顛覆性技術(shù)的重大改進(jìn)，它就不會(huì)被大規(guī)模采用。制造業(yè)發(fā)展成本高昂，而且很大程度上由這些高端市場(chǎng)提供補(bǔ)貼。
這在很大程度上說明了汽車的本質(zhì)，即作為多個(gè)行業(yè)重疊的技術(shù)連接點(diǎn)，市場(chǎng)時(shí)機(jī)至關(guān)重要，乘用車既是技術(shù)趨勢(shì)的先驅(qū)者也是采用者。如今，觸屏顯示器和菲利普頭螺釘在當(dāng)今銷售的各種設(shè)備中隨處可見，而且早在其他行業(yè)采用這些解決方案之前，它們就已經(jīng)扎根于汽車行業(yè)。與這兩個(gè)例子相反的是，碳纖維和渦輪增壓器等技術(shù)在汽車內(nèi)部采用之前，在很大程度上是在汽車外部發(fā)展起來的。這些產(chǎn)品的每一個(gè)例子都有一個(gè)特定的途徑來實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和在市場(chǎng)中有一個(gè)特定的立足點(diǎn)。
按需求調(diào)整材料
當(dāng)我們著眼于復(fù)合材料在汽車車身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用時(shí)，它與其他技術(shù)的相似之處揭示了一個(gè)前景，即材料的競(jìng)爭(zhēng)可以決定在哪里采用最佳的解決方案。當(dāng)你打破這些競(jìng)爭(zhēng)條件邊界時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)顛覆。成本優(yōu)勢(shì)、材料性能甚至可成形性都可以使產(chǎn)品達(dá)到一個(gè)新的水平，但材料與功能工程需求的一致性是關(guān)鍵。
在車身內(nèi)部，車身后蓋正迅速轉(zhuǎn)向 GFRP 復(fù)合材料，不僅可以減輕重量，還可以在裝配廠層面實(shí)現(xiàn)而此效益（見圖 2）。
圖2 北美汽車后蓋市場(chǎng)份額
后蓋和電池外殼等增長(zhǎng)領(lǐng)域似乎很容易成為近期制造的機(jī)會(huì)，但復(fù)合材料的威力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了這一短期沖刺。在增強(qiáng)纖維類型、交聯(lián)樹脂、拉擠成型和更高水平的電氣絕緣等方面的創(chuàng)新都是中期突破常規(guī)技術(shù)的優(yōu)秀例子，這些技術(shù)將挑戰(zhàn)目前用于大批量客運(yùn)車輛的機(jī)械和電氣設(shè)備的現(xiàn)狀。陶瓷工業(yè)在火花塞制造過程中的歷史是當(dāng)今復(fù)合材料工業(yè)所面臨的機(jī)遇的歷史對(duì)照之一。
復(fù)合材料可以利用來自航空航天制造的廢棄碳纖維，并采用比大多數(shù)鋁合金更高的耐溫性能。根據(jù)樹脂選擇和纖維增強(qiáng)的不同，復(fù)合材料可能是唯一一種能夠通過隔離碳排放來實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)的材料，成為唯一可用于組件施工的碳負(fù)基板。
材料性能的技術(shù)能力成分存在于復(fù)合材料市場(chǎng)的許多領(lǐng)域，但真正的挑戰(zhàn)還在前方：以可重復(fù)的過程，以與工程、維護(hù)和組裝理念相吻合的簡(jiǎn)單方式，大量制造組件。
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