余木火：碳纤维复合材料在制造业大规模应用的进展

2021年10月15 -16日，由中国汽车工业协会和重庆两江新区管委会联合主办的“2021中国汽车供应链大会”在重庆召开。长安汽车和地平线作为官方合作伙伴，全力支持此次发布会。本届供应链大会以“取长补短，融合创新——构建中国汽车供应链新生态”为主题，共同探讨产业政策，交流分享技术，研判产业趋势，展示创新成果，旨在促进产业国内外互动，凝聚产业链上下齐心，共谋产业协同发展之路。其中，东华大学教授、纤维材料改性国家重点实验室副主任余木火在10月16日上午举行的“汽车材料新趋势”主题论坛上做了精彩演讲。

我给大家分享的是碳纤维复合材料在制造业大规模应用的进展。

全球碳排放42%是电力，25%是交通，我们国产汽车占的少一点。同时江院士说，我们的保有量和销量都是第一的，差不多占全球的30%。所以，无论是用电还是用油进行碳排放，汽车行业其实都是责无旁贷，任重道远。

随着我们工业革命的不断发展，下一次工业革命可能是低碳工业革命，所有能为低碳做出贡献的行业都是朝阳产业。从这个角度来说，汽车产业是朝阳产业。特别是电动汽车行业，将在我国制造业中承担增加制造业GDP的责任。所以我认为未来汽车工业的第一个关键词是碳排放，第二个关键词是中国汽车工业在整个世界汽车制造业中的权重和竞争力。显然，这要从车底说起。

车底是什么？材料必须是底层之一。材料可以支撑产业的竞争力，肩负碳减排的目标。

中国汽车工业协会其实也看到了这一点。在关键时刻，成立了这样一个分会——汽车新材料分会。汽车新材料分公司的使命之一就是保证现有汽车工业供应链的安全和提高质量，提高我们中国汽车的质量。只有保证了材料的质量，才能保证汽车的质量。

第二，开发新材料和新应用，推动我国材料和汽车工业的进步。

三是通过材料和汽车的结合来完善这两个行业。因为这两个行业是大国竞争中非常重要的行业。

四是培养跨学科人才。

我们有四个重点工作，一个是汽车和材料的交流平台。你可以发现，我们的汽车材料部，像东风汽车熊经理，在整个汽车公司的设计人员和工作人员中所占的比例很小。这样的状态阻碍了新材料在汽车上的应用，阻碍了汽车对新材料提出新的要求。因此，我们分会的任务和使命就是在这两者之间进行直接沟通。懂材料的人不明白，汽车是不能做零件的。懂车的人对材料不熟悉，不敢先尝试这种新材料，只好交流。

第二件事是邀请江院士等高水平专家和一线工作者做战略研究。我们要列出来，准确、严格的判断汽车、汽车材料的发展趋势，准确的判断汽车材料的发展趋势，汽车产业有哪些支撑，最后做一个清单。

三是推动新材料研发及其在汽车上的应用。现在很多大学、科研机构、初创公司都出了新材料，搞材料的人可能还没有完全意识到。所有这些新材料都有可能用在汽车上吗？用在汽车上之后，能推动我们汽车的进步吗？在……同时，这些新材料在实验室里，在测试阶段还不能拿出来。为什么？没地方用，用的太少。如果汽车行业能用上，对我们新材料行业也是一个很大的支持。

四是培养跨学科人才。希望汽车领域的博士生可以读博士后资料，读资料的博士生可以做汽车领域的博士后。

我们说整个人类历史都是由材料推动的，或者说材料是一个重要的基础。比如石器时代和青铜时代，工业革命是电力和钢铁。过去石油经济的核心材料是化工材料。下一轮低碳经济的核心材料是什么？我们必须思考。轻质材料必然是节能减排的重要手段。所以江院士说我们有很多领域，中国在碳纤维领域有很多机会领先，实际上是领先。很快，我们的产能和消费就会超过世界，而且会超过其他国家几倍的规模。这将为我们汽车上使用的昂贵的碳纤维材料带来出路。随着规模的扩大，成本会降低，整个产业链会构建起来，应用到各个领域，而不仅仅是汽车，从而带来又一轮的规模扩张和循环利用。

钢铁，英国工业革命一开始也是几千吨，十年才达到几万吨，同样的过程。碳纤维在制造过程中的应用和这个很像，而且进度比它快。

碳纤维在制造业的大规模应用，现在很重要的问题是成本。大家都觉得碳纤维成本太高。事实上，在最终零件的整个过程中，碳纤维的成本占到了20%和30%。其他的是辅助材料和制造工艺。比如碳纤维这次涨价前要80到130元，做零件就要800元。就算用在车上，现在也稍微好一点，500元。80片的东西要加一半树脂。按理说树脂比碳纤维便宜，结果树脂比碳纤维贵。这是一个技术问题。加工工艺更贵，让原本100的零件变成了800，太贵了。所以降低这四个方面的成本对我们来说是非常重要的。

第一种原材料。成型过程应该是自动化的，不需要人工操作。模块化设计。比如我们的汽车，其实在金属领域，特斯拉给了我们一个方向，大模块零件。复合材料做大模块零件比金属材料有优势得多，而且容易堵塞。所以，我相信在未来，一辆车会有五个或者十个大部件。你家里车库都可以装，何况每个县镇都有汽车流水线，核心就是装大件。这是碳纤维材料如果用在汽车上的优势。

另一个是连接。长期完全用碳纤维是不可能的，必须有多种材料。不好的时候，总是连接的地方。因为连接，这个地方在设计上要加厚加螺丝，重量要多很多，所以连接的可靠性也是一个核心技术。

我们东华大学一起探索过这个。10年前，我们和江院士一起做了院士会诊报告。我是一名秘书，我协助他们工作。东华大学有国家重点实验室，我们的纤维材料改性国家重点实验室在全国21个材料领域重点实验室中排名第三。我们有30多位教授，涵盖了高性能纤维和材料的各个方面，我们的覆盖面是世界上最广的。我们这么窄的方向有很多省部级和国家级的奖项。产业化也有不少成果。我们学校有两个复合材料中试基地，一个是4600平米，一个是30000多平米，设备齐全，可以快速生产一些批次的样品，用于后续验证。

我们团队人数众多，已经毕业200多名学生，现在有10多名老师，长期致力于推动复合材料在制造业的大规模应用。包括设立……东华大学第一复合材料系和上海市重点实验室，我参与了这个过程。

我们200多名学生和我一起坚持这个方向很久了。核心问题是推动制造业低成本大规模应用。

有两种方法可以促进成本降低。第一种方式是一个团队专注于一件事，成为世界上最好的。只做一件事，一部分，做成世界上最好的。我们现在正在量产医疗应用，电池项目也在寻求合作伙伴，减重40%。氢气瓶、座椅架等。，也在规划轻量化轮胎，志在一件事做到极致。

另一方面是共性技术，研究如何降低成本。

同时，我们非常重视与终端应用的合作。只有与之紧密合作，才能促进成本的降低。整体解决方案包括医疗和汽车。我们在医疗行业有一些产业化的成果，包括微创血管，机械臂等等。

这是我们和微创合作的纤维管，可以把支架送到脑血管。这个管子要求非常高，所以获得了2019年上海市科技进步一等奖。

高性能纤维我们在碳纤维上做了很多低成本的工作。首先，第一种是芳纶纤维。2014年首次实现国产化，之后做了降成本工作，提高单线产能产值。从单线产能1000多吨到3000多吨。设备投资明显下降，所以我们合作的企业是国内最大的芳纶企业。利润点很高，超过40%，毛利超过10%，因为设备国产化。

碳纤维复合材料是我们风力发电和汽车零部件的成果。比如我们在风机叶片方面的合作，奥盛现在是全球碳纤维量最大的企业。车上24个零件全部自动连接，还有碳纤维传动轴生产线。同时在开发的碳纤维传动轴约有20个型号，这些型号应用后产值可达几个亿。现在我和纳铁夫一起工作。

如果做一个零件自动化生产，投资几千万就够了。所以现在我们想让这个平台和大家一起开发单个零件，做到成本最低，供应给各个主机厂。现在我们正在规划这条开放的道路。第一步是3.5亿建一条线，正在找合作伙伴。

我们的第二部分是通用技术。如何降低一种树脂的成本？如何降低连接和自动化的成本？比如树脂为什么贵？因为加入了真正的阻燃技术，所以成本不会降下来。在树脂里放特殊颗粒，这些颗粒要足够细，否则浇注时会被碳纤维织物过滤掉，而且要足够细，所以比较贵。我们将颗粒制成纤维，然后用碳纤维编织。加入最基本的环氧树脂后，在加热过程中可以溶解，固化后形成颗粒，最后颗粒得到增强。这样只用20元的树脂代替150元，成本会降低。2021年10月15 -16日，由中国汽车工业协会和重庆两江新区管委会联合主办的“2021中国汽车供应链大会”在重庆召开。长安汽车和地平线作为官方合作伙伴，全力支持此次发布会。本届供应链大会以“取长补短，融合创新——构建中国汽车供应链新生态”为主题，共同探讨产业政策，交流分享技术，研判产业趋势，展示创新成果，旨在促进产业国内外互动，凝聚产业链上下齐心，共谋产业协同发展之路。其中，东华大学教授、纤维材料改性国家重点实验室副主任余木火在10月16日上午举行的“汽车材料新趋势”主题论坛上做了精彩演讲。

我……与你分享的是碳纤维复合材料在制造业大规模应用的进展。

全球碳排放42%是电力，25%是交通，我们国产汽车占的少一点。同时江院士说，我们的保有量和销量都是第一的，差不多占全球的30%。所以，无论是用电还是用油进行碳排放，汽车行业其实都是责无旁贷，任重道远。

随着我们工业革命的不断发展，下一次工业革命可能是低碳工业革命，所有能为低碳做出贡献的行业都是朝阳产业。从这个角度来说，汽车产业是朝阳产业。特别是电动汽车行业，将在我国制造业中承担增加制造业GDP的责任。所以我认为未来汽车工业的第一个关键词是碳排放，第二个关键词是中国汽车工业在整个世界汽车制造业中的权重和竞争力。显然，这要从车底说起。

车底是什么？材料必须是底层之一。材料可以支撑产业的竞争力，肩负碳减排的目标。

中国汽车工业协会其实也看到了这一点。在关键时刻，成立了这样一个分会——汽车新材料分会。汽车新材料分公司的使命之一就是保证现有汽车工业供应链的安全和提高质量，提高我们中国汽车的质量。只有保证了材料的质量，才能保证汽车的质量。

第二，开发新材料和新应用，推动我国材料和汽车工业的进步。

三是通过材料和汽车的结合来完善这两个行业。因为这两个行业是大国竞争中非常重要的行业。

四是培养跨学科人才。

我们有四个重点工作，一个是汽车和材料的交流平台。你可以发现，我们的汽车材料部，像东风汽车熊经理，在整个汽车公司的设计人员和工作人员中所占的比例很小。这样的状态阻碍了新材料在汽车上的应用，阻碍了汽车对新材料提出新的要求。因此，我们分会的任务和使命就是在这两者之间进行直接沟通。懂材料的人不明白，汽车是不能做零件的。懂车的人对材料不熟悉，不敢先尝试这种新材料，只好交流。

第二件事是邀请江院士等高水平专家和一线工作者做战略研究。我们要列出来，准确、严格的判断汽车、汽车材料的发展趋势，准确的判断汽车材料的发展趋势，汽车产业有哪些支撑，最后做一个清单。

三是推动新材料研发及其在汽车上的应用。现在很多大学、科研机构、初创公司都出了新材料，搞材料的人可能还没有完全意识到。所有这些新材料都有可能用在汽车上吗？用在汽车上之后，能推动我们汽车的进步吗？同时，这些新材料都在实验室，在测试阶段出不去。为什么？没地方用，用的太少。如果汽车行业能用上，对我们新材料行业也是一个很大的支持。

四是培养跨学科人才。希望汽车领域的博士生可以读博士后资料，读资料的博士生可以做汽车领域的博士后。

我们说整个人类历史都是由材料推动的，或者说材料是一个重要的基础。比如石器时代和青铜时代，工业革命是电力和钢铁。过去石油经济的核心材料是化工材料。下一轮低碳经济的核心材料是什么？我们必须思考。轻质材料必然是节能减排的重要手段。所以江院士说我们有很多领域，中国在碳纤维领域有很多机会领先，实际上是领先。很快，我们的产能和消费量将超过……他的世界，它将超过其他国家几倍的规模。这将为我们汽车上使用的昂贵的碳纤维材料带来出路。随着规模的扩大，成本会降低，整个产业链会构建起来，应用到各个领域，而不仅仅是汽车，从而带来又一轮的规模扩张和循环利用。

钢铁，英国工业革命一开始也是几千吨，十年才达到几万吨，同样的过程。碳纤维在制造过程中的应用和这个很像，而且进度比它快。

碳纤维在制造业的大规模应用，现在很重要的问题是成本。大家都觉得碳纤维成本太高。事实上，在最终零件的整个过程中，碳纤维的成本占到了20%和30%。其他的是辅助材料和制造工艺。比如碳纤维这次涨价前要80到130元，做零件就要800元。就算用在车上，现在也稍微好一点，500元。80片的东西要加一半树脂。按理说树脂比碳纤维便宜，结果树脂比碳纤维贵。这是一个技术问题。加工工艺更贵，让原本100的零件变成了800，太贵了。所以降低这四个方面的成本对我们来说是非常重要的。

第一种原材料。成型过程应该是自动化的，不需要人工操作。模块化设计。比如我们的汽车，其实在金属领域，特斯拉给了我们一个方向，大模块零件。复合材料做大模块零件比金属材料有优势得多，而且容易堵塞。所以，我相信在未来，一辆车会有五个或者十个大部件。你家里车库都可以装，何况每个县镇都有汽车流水线，核心就是装大件。这是碳纤维材料如果用在汽车上的优势。

另一个是连接。长期完全用碳纤维是不可能的，必须有多种材料。不好的时候，总是连接的地方。因为连接，这个地方在设计上要加厚加螺丝，重量要多很多，所以连接的可靠性也是一个核心技术。

我们东华大学一起探索过这个。10年前，我们和江院士一起做了院士会诊报告。我是一名秘书，我协助他们工作。东华大学有国家重点实验室，我们的纤维材料改性国家重点实验室在全国21个材料领域重点实验室中排名第三。我们有30多位教授，涵盖了高性能纤维和材料的各个方面，我们的覆盖面是世界上最广的。我们这么窄的方向有很多省部级和国家级的奖项。产业化也有不少成果。我们学校有两个复合材料中试基地，一个是4600平米，一个是30000多平米，设备齐全，可以快速生产一些批次的样品，用于后续验证。

我们团队人数众多，已经毕业200多名学生，现在有10多名老师，长期致力于推动复合材料在制造业的大规模应用。包括东华大学第一个复合材料系和上海市重点实验室的建立，我都参与了这个过程。

我们200多名学生和我一起坚持这个方向很久了。核心问题是推动制造业低成本大规模应用。

有两种方法可以促进成本降低。第一种方式是一个团队专注于一件事，成为世界上最好的。只做一件事，一部分，做成世界上最好的。我们现在正在量产医疗应用，电池项目也在寻求合作伙伴，减重40%。氢气瓶、座椅架等。，也在规划轻量化轮胎，志在一件事做到极致。

另一方面是共性技术，研究如何降低成本。

同时，我们非常重视与终端应用的合作。只有与之紧密合作，才能促进成本的降低。整体解决方案包括医疗和汽车。我们在医疗行业有一些产业化的成果，包括微创血管、机器人……手臂之类的。

这是我们和微创合作的纤维管，可以把支架送到脑血管。这个管子要求非常高，所以获得了2019年上海市科技进步一等奖。

高性能纤维我们在碳纤维上做了很多低成本的工作。首先，第一种是芳纶纤维。2014年首次实现国产化，之后做了降成本工作，提高单线产能产值。从单线产能1000多吨到3000多吨。设备投资明显下降，所以我们合作的企业是国内最大的芳纶企业。利润点很高，超过40%，毛利超过10%，因为设备国产化。

碳纤维复合材料是我们风力发电和汽车零部件的成果。比如我们在风机叶片方面的合作，奥盛现在是全球碳纤维量最大的企业。车上24个零件全部自动连接，还有碳纤维传动轴生产线。同时在开发的碳纤维传动轴约有20个型号，这些型号应用后产值可达几个亿。现在我和纳铁夫一起工作。

如果做一个零件自动化生产，投资几千万就够了。所以现在我们想让这个平台和大家一起开发单个零件，做到成本最低，供应给各个主机厂。现在我们正在规划这条开放的道路。第一步是3.5亿建一条线，正在找合作伙伴。

我们的第二部分是通用技术。如何降低一种树脂的成本？如何降低连接和自动化的成本？比如树脂为什么贵？因为加入了真正的阻燃技术，所以成本不会降下来。在树脂里放特殊颗粒，这些颗粒要足够细，否则浇注时会被碳纤维织物过滤掉，而且要足够细，所以比较贵。我们将颗粒制成纤维，然后用碳纤维编织。加入最基本的环氧树脂后，在加热过程中可以溶解，固化后形成颗粒，最后颗粒得到增强。这样只用20元的树脂代替150元，成本会降低。

标签：长安东风合创发现特斯拉

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