高纤复材应用汽车领域的三阶段

文/ 陈建伟

高纤复材在汽车领域的应用研究，已展现出良好的前景，但仍未成长为成熟技术

汽 车领域运用新材料要经历“用不用”“如何用”“值得用”三个阶段。目前，应用高性能纤维复合材料已经历了“用不用”“如何用”这两个阶段，现在正进入“值得用”阶段，即大批量大范围工业化应用阶段。近两年，宝马i3 实现批量商业投产成为高性能纤维复合材料大规模应用的里程碑。

三阶段任务不同

第一阶段，汽车界主要探索“用不用”的问题。在这一阶段，汽车界达成共识，即高性能纤维复合材料在技术上、经济上都已经可以在汽车上应用。

第二阶段是解决如何用的问题。汽车是特殊商品，必须满足社会功能属性和市场准入管理条件。对于社会功能属性而言，汽车是主动移动的承载工具，高纤复材要想应用到汽车上要保障使用过程中的自身安全和公共安全、制造和使用过程中的环境友好、社会可接受的使用寿命。另外，还要符合待进入市场对应的国家汽车产品共通的标准和法规；以及各地针对“应用高性能纤维复合材料的整车和零部件”产品特定的标准和规范。

这一阶段，高纤复材进入汽车领域首先要解决产品开发和工艺开发两类基础技术瓶颈。

产品开发主要有两个问题：一是对整车满足法规和市场竞争力要求的“高性能纤维复合材料汽车”的技术范畴，如汽车结构、设计规范、试验验证规范和评价标准、仿真分析技术、试验手段等；二是对原材料、零件满足生产一致性要求的范畴，包括原材料产品标准、零部件产品标准、设计开发能力、试验规范及评价标准、试验手段、生产手段及过程控制能力等。工艺开发则要考虑具有批量复制“高性能纤维复合材料汽车”产品、同时满足生产一致性要求的生产手段，重点在生产工艺和工艺装备的开发与研究上。

第三阶段是实现值得用。在第二阶段的基础上，高性能纤维复合材料汽车新技术会进一步发展成熟，形成具有市场竞争力，对汽车制造商有利可图的应用技术，将吸引汽车企业主动应用。这一阶段将通过推广普及新技术，实现解决商业应用问题，突破经济性瓶颈。同时，在这一阶段还需解决六大问题。

一是开放应用技术。继承第二阶段的研发成果，在这一阶段可进一步形成可在行业内部推广应用的技术集合。通过开放上述基本应用技术，相关企业可以吸引社会资源参与二次开发，创造更多的低成本应用技术。

二是成熟的制造工艺。这一阶段要开发完善能满足生产一致性要求的制造工艺，保证每一件产品简单地实现产品设计预期质量要求。

三是完善的生产系统。企业要开发能大批量复制产品的工艺设备，如机器和生产线，其生产节拍、过程控制能力、生产过程劳动保护和环境保护等要满足工业化生产要求。

四是健全的回收技术。开发高性能纤维复合材料在不同形态（材料、复合成品、生产过程废弃物、产品生命周期结束报废）的回收再利用技术，建立处理设施，形成社会认同的回收处理循环。

五是完善市场准入评价。通过对应用“高性能纤维复合材料汽车”新技术从产品技术、生产制造、社会使用、回收处理等全过程的技术把握，并通过市场验证，逐步完善国家“高性能纤维复合材料汽车”的市场准入评价标准。

六是建立产品全生命周期评价方法。运用产品全生命周期评价（LCA），考察“高性能纤维复合材料汽车”产品全价值链、全生命周期的综合贡献，客观评价应用新技术的综合经济性，建立评价模型。

以碳纤维为代表的高性能纤维已经被汽车业认可。

大规模推广面临两大瓶颈

目前，国外发达国家处于第二阶段。部分技术领先汽车企业联合主流材料供应商及研究机构组成联合体，带动一批关键供应商，探索开发“高性能纤维复合材料”在汽车上的应用技术，实现了至少一种方案的商业投产（如2013 年出厂的BMW i3、2014年出厂的BMW i8）。

由于BMW i3 的示范效应，国内处于技术方案探索中的先行企业和机构，把方案焦点从以前着眼于汽车覆盖件和地板的零件级“等同替代”，开始转入对车身总成“等同替代”或进一步“等效替代”的研究。各材料尚未构筑起足以支持新技术工业化的设计、生产规范标准，更不具备商业化条件。

基础技术和经济性两大瓶颈制约了更多汽车企业采用这一新技术。目前，大量高性能纤维复合材料相关企业意图进入汽车供应链，但因缺乏与汽车企业的技术“桥梁”——应用新技术的设计和制造规范、标准，不得其门，无法进入。

国家支持有“催化剂”作用

在推广与应用方面，企业、社会资源、国家在新技术发展推广的各阶段扮演不同角色。要想实现超越，需要各方一起努力，而且要在两个方面重点攻关：

一是建设示范工程，这可分两步走。第一步，在实现第二阶段后，开启第三阶段。以配合新能源车开发为突破口，以可能应用高性能复合材料技术的汽车主要典型件为纽带，通过组织建设跨传统学科专业的合作，建设从产品设计、制造、试验、回收全产业链的国家示范工程，形成开放的可复制推广应用技术。第二步，实现第三阶段，发挥示范工程的示范作用，普及推广新技术的应用，吸引、鼓励社会资本、企业、机构主动参与新技术的应用、二次开发和再创新，从而开发出更多更经济的典型应用，预期可实现成本的大幅下降，进一步推动新技术应用的普及。

二是国家扶持。高性能纤维复合材料新技术在汽车领域的应用研究，在世界上已展现出良好的应用前景，但仍未成长为成熟技术。在我国需要经历5 ～10 年时间并投入一定资源，才能使之成为可持续发展的产业，产生社会效益。目前国内该产业链的企业资金能力，难以支撑第一步技术开发的资金需求。建议国家从产业战略考虑，提供国家示范工程扶持资金，用5 年左右的时间，形成开放的全行业共享的共性技术。

另外，在第二步的开始阶段，国家应提供适度的新技术推广扶持资金，起到“催化剂”的作用，激发行业对这一新应用技术进行推广普及。