12月16日，第九屆全球新能源汽車大會(huì)（GNEV9）在國(guó)家會(huì)議中心開(kāi)幕。在下午的輕量化論壇上，中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員祝穎丹發(fā)表了主題演講——《汽車工業(yè)用熱塑性纖維復(fù)合材料》。

祝穎丹表示，節(jié)能環(huán)保、法規(guī)、性能等對(duì)汽車輕量化的要求與日俱增，已經(jīng)是新能源汽車行業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)。

以下為中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所祝穎丹研究員演講實(shí)錄（略有刪減）：

目前，新能源汽車的輕量化車身主要有三大類結(jié)構(gòu)，第一，全鋁合金車身；第二，碳纖維復(fù)合材料+鋁合金車身；第三，CarbonCore混合材質(zhì)車身。

碳纖維復(fù)合材料密度1.5左右，在等剛度或等強(qiáng)度下比鋼可以減輕50%，比鋁合金可減輕30%。受到成本、工藝、材料本身屬性等多方面的約束，金屬材料和復(fù)合材料都有各自的優(yōu)勢(shì)，不用相互排斥，大家怎么樣將它們?nèi)诤显谝黄鸢l(fā)揮各自的作用，這才是輕量化最終要追求的目標(biāo)，多材質(zhì)的應(yīng)用是必然趨勢(shì)。

再看一下成本，我們平時(shí)講成本高大多是基于替代思維，針對(duì)單個(gè)金屬零部件，直接采用碳纖維復(fù)合材料替代對(duì)比價(jià)格顯然是偏高的，忽略了復(fù)合材料在裝配總成及輕量化帶來(lái)的綜合效益等全壽命周期的綜合成本。到目前為止，碳纖維無(wú)法做到鋼材的價(jià)格。任何一個(gè)新車型在開(kāi)發(fā)之前應(yīng)將新材料納入進(jìn)去，將成本融合進(jìn)整車及全壽命周期層面，而不是采用簡(jiǎn)單的替代思維計(jì)算成本。

國(guó)外形成了上下游一體化的產(chǎn)業(yè)鏈，比如寶馬，建立了從碳纖維到中間材料織物到零部件以及主機(jī)廠整車的全鏈條，國(guó)內(nèi)主機(jī)廠很難去做到這一步，但是我們可以整合各個(gè)環(huán)節(jié)的優(yōu)勢(shì)單位一起做產(chǎn)業(yè)鏈，現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)碳纖維已經(jīng)量產(chǎn)，不少企業(yè)擁有量產(chǎn)設(shè)備，但是我們還處于示范應(yīng)用中，沒(méi)有達(dá)到真正的量產(chǎn)應(yīng)用。

目前復(fù)合材料在汽車工業(yè)規(guī)模化應(yīng)用問(wèn)題較多，我簡(jiǎn)單列了幾個(gè)：第一，原材料成本高；第二，設(shè)計(jì)水平不足；第三，生產(chǎn)效率低；第四，高效連接技術(shù)；第五，回收利用問(wèn)題。

針對(duì)回收利用的問(wèn)題，與熱固性復(fù)合材料相比，熱塑性復(fù)合材料占了很大的優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)際上纖維復(fù)合材料的應(yīng)用增長(zhǎng)非常快，現(xiàn)在市場(chǎng)上熱固為主導(dǎo)，熱塑逐年遞增，每年至少以15%增長(zhǎng)，這個(gè)是響應(yīng)咱們國(guó)家十三五節(jié)能環(huán)保政策，回收再利用即是其范疇，熱塑復(fù)合材料另外一個(gè)特點(diǎn)是成型周期短，符合汽車的高效生產(chǎn)節(jié)拍。

目前高性能熱塑復(fù)合材料成型技術(shù)主要包括非連接纖維復(fù)合材料成型技術(shù)、連續(xù)纖維復(fù)合材料成型技術(shù)，以及連續(xù)-非連續(xù)纖維復(fù)合材料成型技術(shù)三大類。非連續(xù)纖維復(fù)合材料性能低、成型效率高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，連續(xù)纖維復(fù)合材料性能高、成型效率相對(duì)低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連續(xù)和非連續(xù)結(jié)合在一起，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜承載結(jié)構(gòu)件的高效成型。

咱們講工藝之前有一個(gè)很重要的問(wèn)題先需要解決。碳纖維表面非常光滑，與高分子樹(shù)脂材料結(jié)合性差，在兩者之間需架入一個(gè)橋梁，從研究層面來(lái)講這個(gè)叫碳纖維的表面處理，處理的方法有多種。這是碳纖維的基本生產(chǎn)流程，最后有一道上漿工序，這就是一個(gè)橋梁，在碳纖維表面上漿可以改善碳纖維-樹(shù)脂的結(jié)合性能。

為什么我們這里特別強(qiáng)調(diào)要做熱塑性上漿劑呢？目前市場(chǎng)上以熱固樹(shù)脂應(yīng)用為主，所以大部分碳纖維的上漿劑是以環(huán)氧為主的。熱塑性復(fù)合材料加工溫度較高，一般都超過(guò)200度，這個(gè)加工溫度容易破壞環(huán)氧上漿劑。另一方面，熱塑性樹(shù)脂和環(huán)氧上漿劑兼容性差，所以我們做成型工藝前一定要做好界面的處理。我們可以從這些圖和數(shù)據(jù)中對(duì)比下采用和沒(méi)采用專用熱塑性上漿劑的區(qū)別，采用后復(fù)合材料的性能明顯得到大幅度的提升。

接下來(lái)介紹下熱塑性復(fù)合材料常見(jiàn)的成型工藝。首先是比較成熟的LFT成型工藝，主要有粒料和在線成型兩大類。在線成型主要包括在線模壓和在線注塑成型，模壓就是將團(tuán)狀料直接轉(zhuǎn)移至模腔合模成型，過(guò)程比較簡(jiǎn)單。注塑是直接將擠出料通過(guò)注塑機(jī)注入到模腔成型。國(guó)內(nèi)寧波雙馬注塑機(jī)做的還是非常不錯(cuò)的，國(guó)際上KraussMaffei/Dieffenbacher公司做得最好。LFT工藝在歐洲曾被稱為未來(lái)之星，已經(jīng)在車上多個(gè)零部件得到了成功的應(yīng)用。

第二種工藝是GMT，這種工藝也比較成熟，相對(duì)簡(jiǎn)單。這個(gè)是長(zhǎng)纖維反應(yīng)注塑成型，主要是跟PU浸潤(rùn)注塑，這是KraussMaffei公司開(kāi)發(fā)的設(shè)備，已經(jīng)研發(fā)出多個(gè)部件在大卡車上得到了很成功的應(yīng)用。

接下來(lái)介紹下連續(xù)纖維復(fù)合材料成型技術(shù)。首先介紹下T-RTM成型，這是將熱固性復(fù)合材料成型工藝移植到熱塑性復(fù)合材料。適合這種工藝的熱塑性樹(shù)脂主要有陰離子開(kāi)環(huán)聚合的己內(nèi)酰胺、CBT、液態(tài)聚丙烯等，這是寧波所自主研發(fā)的注膠機(jī)，我們采用該裝備成功制備出大尺寸（1.7*1.6m）的結(jié)構(gòu)件。這個(gè)是寧波材料所自主研發(fā)的“三步”熱壓成型技術(shù)及裝備，目前我們可以做到單模13件/小時(shí)。這個(gè)是鋪放成型技術(shù)，這一類技術(shù)分兩種，一種可以做預(yù)制件鋪放，另外一種是鋪絲鋪帶成型。這是拉擠成型，涉及到多種反應(yīng)型、非反應(yīng)型成型技術(shù)。