复合材料的应用，不断助力诸多行业实现可持续发展，汽车行业亦受益良多。电动汽车的兴起令复合材料的应用更加密集，由于复合材料良好的绝缘、防水和防火性能，复合材料可用于整合、隔离和保护电池组等更多需求，在复合材料制造的压力罐中储存氢气也是燃料电池技术得以迅速发展的基石。
HRC汽车量产基地
日前， 全球领先复合材料综合解决方案提供商HRC在常熟高新区汽车量产基地及HRC旗下ACTC先进复合材料技术中心举办媒体技术开放日，开启“碳秘”之旅。
01
前景广阔的碳纤维应用
面对双碳战略稳步推进及严苛排放标准的实施，新能源汽车迅速增长是大势所趋。而新能源汽车的技术发展绕不开轻量化这一课题，在新能源汽车大力发展的当下，汽车轻量化需求比以往任何时候都更加迫切。
据了解，汽车每减重10%，汽车制动距离可以缩短3米，从安全性方面可以节省10%的动能，百公里加速时间可以缩短0.5秒，同时可以增加130kg的有效负载和牵引，尾气的排放可以减少7%，燃油经济性方面，燃油消耗可以实现0.7L/100km的减少。
目前在汽车轻量化方面常用的一些材料有高强钢、铝合金、镁合金、工程塑料，以及高性能的碳纤维复合材料。纵观近年来国内外汽车轻量化发展趋势，可以发现单一的材料已经不能够解决轻量化与高性能之间的相互矛盾，多材料的混合车身已经成为越来越多车企考虑的方向，轻质合金加碳纤维复合材料车身结构正成为汽车轻量化的一个发展趋势，但是碳纤维复合材料在汽车应用上面还是遇到一些困难和挑战。例如，OEM主机厂在碳纤维复合新材料的设计开发上缺少设计标准和规范，市场上专业的碳纤维的研发和制造型的企业不多，市场的碳纤维缺乏回收再利用方式，碳纤维成本偏高，碳纤维复合材料的原材料供应问题，碳纤维复合材料的设计仿真缺少数据库和专业的技术人员等，这些是目前碳纤维在汽车应用方面的一些制约因素。HRC汽车总经理骆涛表示，针对这些困难和挑战，HRC作为一家专门从事碳纤维领域研发制造的企业，进行了相关布局并可以提供专业的解决方案。
碳纤维是一种含碳量在90%以上的高强度、高模量的新型纤维材料，因为其突出的性能，近年来开始逐渐应用于航空航天、汽车、轨道交通、氢能、风能、建筑等行业。它的主要优势有：轻质高强，抗疲劳性好，环境耐候性好，减震性好，热膨胀系数小。碳纤维的密度只有1.6~2.15g/cm3，拉伸强度可以达到2200Mpa以上，比绝大多数金属的强度高7倍以上，比模量为金属的5倍以上。
碳纤维复合材料零部件的优势，除了极佳的轻量化特点之外，碳纤维材料的应用还可以提高汽车的安全性能、驾驶性能、减震性能、疲劳耐久性能等；碳纤维复合材料可设计性好，汽车零部件集成设计，可简化装配；另外，碳纤维独有的特殊纹理，增加产品美感，提高产品差异化竞争力，提升产品附加值。基于以上特点，目前碳纤维在汽车上的应用主要为车身覆盖件、内饰件、外饰件、车身结构件等。内饰件应用包括仪表板、方向盘、门板、中央通道、座椅靠背等；外饰件包括后视镜、扰流板、侧裙、轮毂、保险杠等；车身覆盖件可以应用于机盖、翼子板、顶盖、车门、尾门等；车身结构件可应用于防火墙、地板总成、顶盖横梁、包裹架、侧围内外板、螺旋弹簧、A、B、C柱加强梁等。
碳纤维汽车覆盖件
02
深度体验碳纤维产品的诞生
成立于2014年的HRC公司现已成为全球范围内屈指可数的集复合材料产品研发，工程设计及批量生产能力于一体的综合解决方案提供商。目前拥有800多名员工分布于全球4个国家，面向并服务汽车制造、航空航天、风力发电、建筑工程等多个行业和领域，致力于提供关于复合材料成型的专业咨询服务及高度工业化产品。
在HRC生产制造负责人胡幼龙和设计工程部副部长祝燕来的陪同下，记者参观了汽车量产基地生产区，实地了解碳纤维从原材料到汽车零部件整个设计制造过程，通过HRC工作人员在生产各工段的配套解说，对碳纤维的制造工艺有了更为直观的了解。
ACTC产品经理赵树理演示试制过程
之后，来到了ACTC先进复合材料技术中心，这是由HRC联手欧洲最大的应用科研机构-弗劳恩霍夫化学技术研究院共同打造，亚洲最大同时也是中国首个致力于轻量化量产技术应用的开放式研发平台。这座现代化的研发中心内配备有最为先进的热固及热塑型复合材料试验及成型设备，包括湿法模压成型线，SMC料片/预浸料试制线，热塑单向带铺层线等，由中德专家领衔的高度专业化团队提供从复合材料原材料选择及到零部件设计、优化、样件试制，到小批量制造以及测试验证一站式的量产前研发服务。在ACTC试制中心，记者了解先进工艺，并在工作人员指导下亲自参与试制碳纤维产品。首先在碳纤维SMC材料上勾画出汽车造型，随后裁剪出汽车轮廓，通过ACTC的先进量产设备快速模压成型，一辆独一无二“碳纤维汽车”就跃然眼前。
媒体嘉宾制作碳纤维汽车样件
HRC研发技术总监刘敏解析了HRC碳纤维汽车应用实践，刘敏表示，当下，HRC的创新产品也已逐步在配套各类量产车型、热门车型，未来，随着全球各国低碳发展战略的部署和推进，碳纤维应用范围势必有所延伸。
ACTC研发工程副部长余文俊介绍了先进复合材料成型工艺及应用，围绕ACTC在技术和平台等方面的优势，结合实际开发案例，重点介绍ACTC热塑性复合材料的特点和价值，据悉，热塑性复合材料可回收再利用，并且其量产成型效率高，能够结合注塑工艺实现局部加强，已成为主机厂尤为青睐的高性能环保材料。另外，余文俊也特别指出，热塑产品开发需要综合考虑材料、工艺等因素，ACTC在这方面有着丰富的实践经验，能够从整体出发，以客户目标为导向，实现复合材料应用的价值。
提到碳纤维与氢燃料电池汽车，ACTC先进压力容器研发负责人Viktor Reimer博士分享了ACTC集成式储氢系统的发展。他从整个氢能经济体系介绍入手，解析了碳纤维储氢系统的组成部分，并阐明了联合阀门系统集成供应商VOSS开发最新产品的出发点及VOSS 的技术壁垒。除此之外，Reimer博士也展示了ACTC压力容器从概念走向量产的项目规划。
03
贯通碳纤维技术应用壁垒
十几年前碳纤维在汽车上的应用还停留在超级豪华、手工打造的跑车上面，彼时，碳纤维还是在手工小批量阶段，而非一个成熟的量产技术。后来逐渐在航天航空得到应用，但实际上航空的产量有限，一年也就几百的量，还远远达不到汽车行业这种高节拍的量产需求。国际范围内，汽车上最早推出量产应用要追溯到2012年宝马量产车型。之后，2016年宝马7系，2017年奥迪A8，也都采用了不同工艺的碳纤维复合材料零部件。
HRC在碳纤维制造方面，通过多年的产业布局和项目研发，已经累积出自己独特的核心优势，目前已为多家主机厂提供了复合材料的解决方案，同时建立了一支融合汽车和复材方面的高度专业团队，能够从材料出发，以应用为导向，进行双向推导和开发，同时，拥有全面的先进热塑及热固型复合材料加工工艺及设备。目前，HRC为国内外多家主流汽车客户开发的产品种类超过400种，合作品牌包括一汽、长安、长城、吉利、比亚迪、沃尔沃、广汽、吉利、路特斯、柯尼赛格等。
小鹏汇天X2飞行汽车，整机重560kg，代表未来绿色出行的交通工具。整个X2机身产品包括100多个碳纤维部件，HRC在此项目中，参与前期客户对整个机身产品的结构设计与制造可行性分析，从材料选择、结构胶选择到最终碳纤维产品的制造、加工、装配，HRC解决了诸多技术难题。通过一体化定位工装，HRC确保了最终产品的精度要求。
X2飞行汽车
HRC汽车总经理骆涛表示，HRC拥有行业稀缺的汽车零部件量产能力，具有丰富的量产项目经验，已主导建立了多项碳纤维零部件相关团体及行业标准，如HRC参与工信部国家新材料示范平台项目，建立了《乘用车碳纤维外覆件外观及油漆性能通用标准》团体标准等。
HRC致力打造从材料到成型，到回收再利用的全产业链生态闭环。在研发环节，覆盖从材料验证、结构设计、仿真分析、模具夹具开发、工艺开发、制程优化、产品开发等能力。生产方面，基于产品造型、性能要求、外观要求和产能要求，可以选择最优的成型工艺，制造复合材料产品。例如A、B、C柱加强梁要求加工精度高、生产节拍快，可采用湿法模压；座椅、轮毂等部件要求成型质量稳定及低孔隙率，HRC采用热压罐工艺；制造多材质内饰件采用模压注塑工艺；电池包盖采用模压工艺；车门防撞梁采用拉挤缠绕工艺。
骆涛介绍HRC公司发展情况
要充分发挥材料性能，在关键位置使用碳纤维，从材料、产品、工艺等方面进行整体设计，大型SUV上的C柱加强梁，使用连续纤维热塑预浸料模压+注塑成型，取代了原有铝合金件，基于保证质量不变的情况下，C柱加强板提高了车身扭转刚度7.5%。在零部件最关键的地方使用碳纤维，并采用掺有回收碳纤维材料的PA6，实现部件重量减轻的同时，还降低了成本。
在碳纤维仿真能力方面，2018年HRC收购英国“英智迪”，弥补了在碳纤维车身碰撞方面的短板，2021年成立HRC技术研究院，建立专业的碳纤维车身设计能力，解决OEM主机厂在碳纤维领域缺少设计标准与规范的问题。
在碳纤维回收再利用技术研发上，HRC建立了专业的碳纤维回收产线，热固性碳纤维的回收问题得到彻底的解决。将碳纤维材料进行回收利用，实现闭环处理，为大批量汽车使用打通壁垒。
HRC的研发、工程设计、量产三大业务板块，以技术革新为出发，相辅相成，引领碳纤维复材成型，赋能创新智造。通过这次技术开放日活动，对碳纤维材料的应用潜力有了新的认识，碳纤维汽车应用为低碳出行提质增效，希望在未来看到更多新车型搭载碳纤维产品。
ACTC外观
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