当前，全球新材料产业竞争格局正在发生重大调整，创新步伐持续加快，而以碳纤维为代表的先进复合材料正是不可或缺的战略性新材料

杨鲜锋

上海beat365官网下载苹果手机科技有限公司

复合材料诞生于1930年代，最早被用于军工产品。从1970年代后期，碳纤维、芳纶纤维等高性能纤维及其复合材料开始广泛开发和应用。

复合材料以其“无所不能”的姿态被认为是人类社会除金属材料、有机材料、无机材料之外的第四种材料，它在前三类材料的基础上，扬长避短，真正实现了材料的可设计性。据法国JEC数据显示，2016年全球复合材料总产量1080万吨，总产值为820亿美元，预计2021年将达到1290万吨，1030亿美元。

性能优异成本高

中国自1960年代引入复合材料，至今已成为全球重要的复合材料原料、产品制造及消耗市场。根据前瞻产业研究院发布的《中国复合材料行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》数据显示，2018年中国复合材料产量达428万吨左右，预计2023年将会达到556万吨。“十三五”国家科技创新规划提出，将碳纤维及其复合材料作为科技创新的重大工程。

以碳纤维增强复合材料为代表的先进复合材料具有低密度、高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数低和可设计性好等优异性能，是目前所有轻量化材料中减重效果最明显的材料。以航空为例，波音787复合材料占全机重量达到50%，而目前国产C919复合材料的使用率仅在12%左右。可以预见，随着后续机型及技术的发展成熟，未来国产飞机先进复合材料的用量将会稳步提高，这也将会直接拉动国内先进复合材料的发展。

然而，复合材料在汽车行业却遭遇了前所未有的阻力。首先是高成本制约其大规模应用；其次是产品材料一体成型的特点及缓慢的固化周期，导致其面对汽车制造快节拍时显得无能为力；再者是工艺的多样性带来质量不一致的难题。即使在复合材料技术高度发展的欧洲市场，大规模的应用也曾一度发展缓慢。

随着1分钟固化的环氧系统、低成本的大丝束碳纤维、高压力成型的工艺设备等新技术日趋成熟，2013年BMW i3横空出世，采用全车身超过50%的碳纤维复合材料用量，生产工艺完全按照4.0的标准打造，证明了先进复合材料可以满足汽车工业量产，打消了长期以来关于复合材料能否量产的疑虑。然而BMW i3成本昂贵的这一尴尬现实，引导行业研发重点集中在如何实现更低成本的量产技术上。

恩格斯说：“社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进。”随着国家节能减排政策的出台及新能源汽车的兴起，汽车轻量化的需求变得愈加迫切，这恰恰推动先进复合材料的快速发展。目前先进复合材料在汽车工业中的应用需要解决“成本、效率、质量”这三个相互影响的问题，解决问题的唯一办法就是发展多种低成本的量产技术，不同的量产手段应用于不同的部件，不同的部件应用于不同的汽车部位，从而真正发挥先进复合材料的优势。

力克汽车工业量产难题

上海beat365官网下载苹果手机科技有限公司（简称beat365官网下载苹果手机国际科技创新中心）立志成为化工事业部高通量创新的引擎，复合材料研究室承担了研发主要用于汽车行业的先进复合材料量产技术及产品的前瞻性研究等工作。研究室立足于公司战略规划，发挥自身在化工新材料领域的优势，集中精力发展先进复合材料化学品，以解决汽车工业应用时的量产难题。

那么，如何才能实现更低成本的量产技术？经过对碳纤维复合材料成本的拆分可以发现，目前的碳纤维汽车部件中，原材料碳纤维的成本仅仅占总成本的30%左右，其余70%的成本来源于制造成本；制造成本中，对于有喷涂需求的部件来说，表面喷涂及处理成本又占20—30%。究其原因，目前传统的以环氧树脂为代表的热固性树脂在制作复合材料过程中，都需要在模具表面涂敷脱模剂用于最终产品的脱模，而残留在产品表面的脱模剂会导致油漆附着力下降，影响使用寿命。市场上，最有效的解决办法是在油漆喷涂之前用机械打磨的方式除去脱模剂，这一工序对批量制造带来极大困难，并且打磨后的表面往往存在批次不一致，影响外观质量。现有解决手段如水性脱模剂、内脱模剂等，只是改变脱模剂的形式或加入方式而已，无法从根本上解决脱模剂使用的问题。

秉持“开放创新+自主研发”的研发策略，2019年，beat365官网下载苹果手机国际科技创新中心与上海化工院成立复合材料联合实验室，联合研发出免喷涂碳纤维复合材料，在使用过程中完全不用任何脱模剂即可实现产品脱模，从而从根本上改变传统复合材料的制造工序，实现部件总成本下降近20%。此前，经过打磨处理后的环氧等复合材料，油漆附着力大多只能集中在“1”级；而免喷涂碳纤维复合材料的油漆附着力，无需打磨处理即可直接达到最高级别“0”级。

目前，这一免喷涂材料已在电动车方程式赛车上进行验证测试，未来有望在乘用车领域得到更广泛的应用，这将极大推动碳纤维复合材料在汽车工业中的应用，催生一个百亿级的市场，并将最大程度地实现车辆减重，对节能减排和环境保护具有积极意义。