中科院祝颖丹：轻量化已是新能源汽车行业发展的主流趋势

12月16日，第九届全球新能源汽车大会在国家会议中心开幕。在下午的轻量化论坛上，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员朱英丹发表了主题演讲——“汽车工业用热塑性纤维复合材料”。朱英丹表示，节能、环保、法规、性能等对汽车轻量化的要求与日俱增，已成为新能源汽车产业发展的主流趋势。

以下是中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员朱英丹的发言（略删）：目前，新能源汽车的轻量化车身主要有三种，一是全铝车身；二是碳纤维复合材料+铝合金车身；第三，碳芯混合动力车身。碳纤维复合材料的密度约为1.5，在同等刚度或强度下，与钢相比可降低50%，与铝合金相比可降低30%。受成本、技术、材料财产等因素的制约，金属材料和复合材料都有各自的优势，不需要相互排斥。如何将它们融合在一起，发挥各自的作用，是轻量化的最终目标，多种材料的应用是必然趋势。再看成本，我们通常会说高成本大多是基于替代思维。对于单个金属零件来说，直接使用碳纤维复合材料而不是比较价格显然太高了，忽略了复合材料在整个生命周期中的综合成本，例如组装和轻量化带来的综合效益。到目前为止，碳纤维还不能达到钢铁的价格。任何新车型在开发前都应该包括新材料，并将成本纳入整车和生命周期水平，而不是使用简单的替代思维来计算成本。国外已经形成了上下游一体化的产业链，比如宝马，建立了从碳纤维到中间织物再到零部件和主机厂整车的全链条。国内主机厂很难做到这一步，但我们可以整合各个环节的优势单位，一起做产业链。现在国产碳纤维已经量产，很多企业都有量产设备，但我们还在示范应用，还没有实现真正的量产应用。目前，复合材料在汽车工业中的大规模应用存在许多问题。我简单列举了几个：首先，原材料成本高；二是设计水平不够；第三，生产效率低；第四，高效的连接技术；

第五，回收问题。鉴于回收问题，与热固性复合材料相比，热塑性复合材料具有很大的优势。目前，纤维复合材料的应用在世界范围内发展迅速。如今，热固性塑料在市场上占主导地位，热塑性塑料逐年增加，年增长率至少为15%。这是对我国第十三个五年节能环保政策的回应，回收利用是其范畴。热塑性复合材料的另一个特点是成型周期短，符合汽车高效的生产节奏。目前，高性能热塑性复合材料的成型技术主要包括三类：无连接纤维复合材料成型技术、连续纤维复合材料成形技术和连续不连续纤维复合成型技术。非连续纤维复合材料性能低、成型效率高、结构复杂，而连续纤维复合物性能高、成型效率相对较低、结构简单。连续与不连续相结合可以实现复杂承载结构件的高效成型。在我们谈论技术之前，有一个非常重要的问题需要解决。碳纤维的表面非常光滑，与聚合物树脂材料的结合较差，因此需要在它们之间架起一座桥梁。从研究层面来看，这被称为碳纤维的表面处理，处理方法有很多。这是碳纤维的基本生产工艺，最后是上浆工艺，这是一座桥梁。在碳纤维表面施胶可以提高碳纤维与树脂的结合性能。为什么我们在这里特别强调要成为一种热塑性施胶剂？目前市场上主要使用热固性树脂，因此碳纤维的施胶剂大多以环氧树脂为主。热塑性复合材料的加工温度较高，一般超过200度，容易破坏环氧施胶剂。另一方面，热塑性树脂和环氧树脂施胶剂之间的相容性较差，因此在成型之前必须处理好界面。从这些数字和数据中，我们可以比较使用和不使用专用热塑性施胶剂的差异，使用后复合材料的财产明显提高。接下来，介绍了热塑性复合材料的常见成型工艺。首先，成熟的LFT成型工艺，主要包括颗粒材料和在线成型。在线成型主要包括在线成型和在线注射成型。成型是将大块材料直接转移到模腔中进行合模，工艺相对简单。注射成型是通过注射成型机将挤出物直接注射到模腔内进行成型。国内的宁波双马注塑机还是很好的，克劳斯玛菲/迪芬巴赫公司是世界上最好的。LFT技术曾被称为欧洲未来之星，并已成功应用于汽车的许多零部件。第二个过程是GMT，它相对成熟和简单。这是长纤维反应注射成型，主要采用PU渗透注射成型。该设备由克劳斯玛菲公司开发，已开发出多个部件并成功应用于大型卡车。接下来，介绍了连续纤维复合材料的成型技术。首先，介绍了T-RTM成型，即将热固性复合材料的成型工艺移植到热塑性复合材料上。适用于该工艺的热塑性树脂主要包括己内酰胺的阴离子开环聚合、CBT、液体聚丙烯等。这是宁波自主研发的注胶机，我们用该设备成功制备了大尺寸（1.7*1.6m）结构件。这是宁波材料学院自主研发的“三步走”热压技术和设备。目前，我们可以在单一模式下实现每小时13件。这就是铺设和成型技术。这种技术可以分为两种，一种可以用来铺设预制件，另一种是铺设丝绸和胶带。这就是拉挤成型，它涉及各种反应性和非反应性成型技术。谢谢大家。12月16日，第九届全球新能源汽车大会在国家会议中心开幕。在下午的轻量级论坛上，中国材料技术与工程研究院研究员朱英丹……

demy of Sciences发表了主题演讲——“汽车工业用热塑性纤维复合材料”。朱英丹表示，节能、环保、法规、性能等对汽车轻量化的要求与日俱增，已成为新能源汽车产业发展的主流趋势。

以下是中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员朱英丹的发言（略删）：目前，新能源汽车的轻量化车身主要有三种，一是全铝车身；二是碳纤维复合材料+铝合金车身；第三，碳芯混合动力车身。碳纤维复合材料的密度约为1.5，在同等刚度或强度下，与钢相比可降低50%，与铝合金相比可降低30%。受成本、技术、材料财产等因素的制约，金属材料和复合材料都有各自的优势，不需要相互排斥。如何将它们融合在一起，发挥各自的作用，是轻量化的最终目标，多种材料的应用是必然趋势。再看成本，我们通常会说高成本大多是基于替代思维。对于单个金属零件来说，直接使用碳纤维复合材料而不是比较价格显然太高了，忽略了复合材料在整个生命周期中的综合成本，例如组装和轻量化带来的综合效益。到目前为止，碳纤维还不能达到钢铁的价格。任何新车型在开发前都应该包括新材料，并将成本纳入整车和生命周期水平，而不是使用简单的替代思维来计算成本。国外已经形成了上下游一体化的产业链，比如宝马，建立了从碳纤维到中间织物再到零部件和主机厂整车的全链条。国内主机厂很难做到这一步，但我们可以整合各个环节的优势单位，一起做产业链。现在国产碳纤维已经量产，很多企业都有量产设备，但我们还在示范应用，还没有实现真正的量产应用。目前，复合材料在汽车工业中的大规模应用存在许多问题。我简单列举了几个：首先，原材料成本高；二是设计水平不够；第三，生产效率低；第四，高效的连接技术；

第五，回收问题。鉴于回收问题，与热固性复合材料相比，热塑性复合材料具有很大的优势。目前，纤维复合材料的应用在世界范围内发展迅速。如今，热固性塑料在市场上占主导地位，热塑性塑料逐年增加，年增长率至少为15%。这是对我国第十三个五年节能环保政策的回应，回收利用是其范畴。热塑性复合材料的另一个特点是成型周期短，符合汽车高效的生产节奏。目前，高性能热塑性复合材料的成型技术主要包括三类：无连接纤维复合材料成型技术、连续纤维复合材料成形技术和连续不连续纤维复合成型技术。非连续纤维复合材料性能低、成型效率高、结构复杂，而连续纤维复合物性能高、成型效率相对较低、结构简单。连续与不连续相结合可以实现复杂承载结构件的高效成型。在我们谈论技术之前，有一个非常重要的问题需要解决。碳纤维的表面非常光滑，与聚合物树脂材料的结合较差，因此需要在它们之间架起一座桥梁。从研究层面来看，这被称为碳纤维的表面处理，处理方法有很多。这是碳纤维的基本生产工艺，最后是上浆工艺，这是一座桥梁。在碳纤维表面施胶可以提高碳纤维与树脂的结合性能。为什么我们在这里特别强调要成为一种热塑性施胶剂？目前市场上主要使用热固性树脂，因此碳纤维的施胶剂大多以环氧树脂为主。热塑性复合材料的加工温度较高，一般超过200度，容易破坏环氧施胶剂。另一方面，热塑性树脂和环氧树脂施胶剂之间的相容性较差，因此在成型之前必须处理好界面。从这些数字和数据中，我们可以比较使用和不使用专用热塑性施胶剂的差异，使用后复合材料的财产明显提高。接下来，介绍了热塑性复合材料的常见成型工艺。首先，成熟的LFT成型工艺，主要包括颗粒材料和在线成型。在线成型主要包括在线成型和在线注射成型。成型是将大块材料直接转移到模腔中进行合模，工艺相对简单。注射成型是通过注射成型机将挤出物直接注射到模腔内进行成型。国内的宁波双马注塑机还是很好的，克劳斯玛菲/迪芬巴赫公司是世界上最好的。LFT技术曾被称为欧洲未来之星，并已成功应用于汽车的许多零部件。第二个过程是GMT，它相对成熟和简单。这是长纤维反应注射成型，主要采用PU渗透注射成型。该设备由克劳斯玛菲公司开发，已开发出多个部件并成功应用于大型卡车。接下来，介绍了连续纤维复合材料的成型技术。首先，介绍了T-RTM成型，即将热固性复合材料的成型工艺移植到热塑性复合材料上。适用于该工艺的热塑性树脂主要包括己内酰胺的阴离子开环聚合、CBT、液体聚丙烯等。这是宁波自主研发的注胶机，我们用该设备成功制备了大尺寸（1.7*1.6m）结构件。这是宁波材料学院自主研发的“三步走”热压技术和设备。目前，我们可以在单一模式下实现每小时13件。这就是铺设和成型技术。这种技术可以分为两种，一种可以用来铺设预制件，另一种是铺设丝绸和胶带。这就是拉挤成型，它涉及各种反应性和非反应性成型技术。谢谢大家。

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