车身轻量化新材料 - 图文

1. 轻量化或成制造业发展突破口

当制造业遭遇经济不振需求下滑，轻量化有望成为制造业发展的突破口。以新能源汽车产业为例，为了解决新能源汽车续航里程短的问题，在能源效率短期很难实现较大突破的现实下，汽车轻量化逐渐引起产业关注。同样的在轨交车辆和航空飞行器制造方面，轻量化改造也起到了举足轻重的作用。目前的轻量化主要涉及4大材料：碳纤维复合材料、铝合金、镁合金、高强度钢。对这些材料的选择，往往要从成本、与金属的连接、修复及回收等方面进行综合考量。轻量化带来的不仅仅是材料的革新，更是产业链的重整和制造装备的需求激活。

2. 碳纤维材料引领轻量化浪

碳纤维材料泛指由碳纤维和聚合物树脂复合而成的碳纤维复合材料料。由于高强度+低密度的特点，碳纤维复合材料的应用一直备受关注。碳纤维复合材料车身/机身部件因为是一体成型，所以其省去了大量的紧固件、连接件、焊接材料等附属结构重量，因此不仅是材料本身重量减轻，附加重量也得到降低，未来一体化碳纤维复合材料成型技术有望对车辆、飞行器等装备减重起到巨大作用。目前碳纤维产业的发展主要受限于上游高端原丝的进口、中游部件成型的成本控制以及下游需求的释放。

3. 碳纤维及部件生产流程与相关设备

碳纤维原丝的生产涉及拉丝、牵伸、碳化、石墨化等多个环节，其中碳化环节的技术难度与生产附加值最高。碳纤维相关生产装备主要是两方面，一方面是碳纤维原丝的生产装备，另一方面是将碳纤维原丝压制成复合材料以及最终部件的成型装备。新能源汽车产业的兴起有望带动碳纤维下游需求的快速释放，而整个产业链中的相关设备厂商将率先迎来产业化红利。

4.国内碳纤维生产装备企业列举

海源机械：公司碳纤维轻量化业务研发继续推进，新能源汽车碳纤维车身部件生产线的自动化设计已经完成，公司预计2017年3月份进行安装调试试生产。同时公司已与多家车企接洽探讨碳纤维轻量化部件的应用开发工作。楚江新材：子公司湖南顶立科技针对碳纤维复合材料及其构件发展需求，自主设计研发一系列的碳纤维预氧化装备、碳化装备以及碳纤维复合材料石墨化成套技术装备。精功科技：公司主营光伏装备和纺织机械，并以发展碳纤维专用设备等战略性新兴产业为突破口，2016年上半年实现碳纤维成套设备销售5百余万元。

一、轻量化或成为制造业发展突破口 1轻量化帮助新能源汽车延长续航

中国汽车工业协会数据显示，上半年我国新能源汽车产销分别达17.7万辆和17.0万辆，同比分别增长达125%和126.9%。新能源汽车产业在补贴退坡等负面影响下曲折前行，未来数年景气仍有望保持旺盛。而对于新能源汽车本身，隐藏在电池电机电控系统问题背后的是续航能力提升这一核心问题。

为了解决新能源汽车续航里程短的问题，多年以来，电池界不断推出新的技术手段，改善改进电池材料、技术、工艺。但是在历经了多次材料与技术路线变革后，能源效率在短期内较难再实现较大的突破，因此业界开始转移视线，在继续研发新型储能技术的同时，开始关注汽车轻量化技术，通过减重减介实现能源效率的提高，从而进一步延长新能源电动车续航里程。

轻量化与新材料密不可分，工业领域的轻量化未来主要涉及4大材料：碳纤维复合材料、铝合金、镁合金、高强度钢。从材料强度与重量角度来看，以耗钢材400kg为标准，高强度钢材则需要320kg，铝合金240kg，镁合金220kg，复合材料160kg，粗算减重潜力分别为：10%-20%、40%、50%、60%。

定量的分析乘用汽车减重的经济效益得出：对于普通的乘用车来说，一辆轿车每减重100kg，每百公里燃油消耗就平均减少0.5L，二氧化碳排放也随之减少500g。可以看到，减重对于燃油效率的提升有着重要的意义。

提到汽车轻量化，人们第一时间想到的是其安全性问题，即对车身轻量化后材料强度不够和自重过轻等问题的担忧。其实汽车的轻量化，就是在保证汽车的速度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量。减重后的汽车有许多优点，例如更环保、更节油、行驶速度提高、操控性能和反应能力改善等。除了汽车轻量化以外，包括轨交和航空在内的工业制造部门也都在进行轻量化的探索，有些甚至走在了汽车行业的前列。

2轻量化助力轨道交通降本增效

铁路货运车辆方面

在轨交货运车辆方面，轻量化改造也起到了举足轻重的作用。按照美国制造的铝合金煤车统计，在同等强度条件下，铝合金车比钢制车重量小约20％。C80型铝合金运煤敞车是为我国大秦铁路为提高运输能力，达到年运量2亿吨目标，开行2万吨列车而研制的专用车辆。

我国C80型铝合金运煤敞车较C76型钢浴盆敞车车体轻了5t、较C63A型敞车轻了19t，在车辆总重不变的情况下，大大提高了车辆有效载重。由于C80型铝合金运煤敞车载重较C63A型敞车每辆提高载重19t，提高运能31.1%。因此，每年每辆车平均收益将提高22.92万元；在车辆使用寿命期内每辆收益将提高572.90万元；同时可减少车辆保有量，按照年运量2亿吨计算，可减少车辆购置3763辆、减少机车购置165台。采用C80型铝合金运煤敞车可减少列车开行对数，从而减少机车车辆的维护人员、机车司乘人员、机车燃动费、车辆维护费及线路损耗等，实现减员增效和降耗增效。

轨交客运车辆方面

与传统的车辆制造材料耐候钢和不锈钢相比，铝型材能降低50%的车体重量，对高速线路、多弯线路、起伏线路和恶劣环境有着良好的适应性，因而成为城市地铁、高速铁路和货运铁路轨道车辆的可选材料之一。目前铝型材在日本东京地铁和新干线轨道车辆上已经得到了广泛的应用，我国四种铁路客运专线动车组CRH1，CHR2，CRH3和CRH5当中，除CRH1为不锈钢材质外，其余三种车体均为铝合金材质，一般说来时速超过250公里的高速列车均为铝合金材质。

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