高纖復(fù)材應(yīng)用汽車領(lǐng)域的三階段

文/ 陳建偉

高纖復(fù)材在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用研究，已展現(xiàn)出良好的前景，但仍未成長為成熟技術(shù)

汽 車領(lǐng)域運(yùn)用新材料要經(jīng)歷“用不用”“如何用”“值得用”三個(gè)階段。目前，應(yīng)用高性能纖維復(fù)合材料已經(jīng)歷了“用不用”“如何用”這兩個(gè)階段，現(xiàn)在正進(jìn)入“值得用”階段，即大批量大范圍工業(yè)化應(yīng)用階段。近兩年，寶馬i3 實(shí)現(xiàn)批量商業(yè)投產(chǎn)成為高性能纖維復(fù)合材料大規(guī)模應(yīng)用的里程碑。

三階段任務(wù)不同

第一階段，汽車界主要探索“用不用”的問題。在這一階段，汽車界達(dá)成共識(shí)，即高性能纖維復(fù)合材料在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上都已經(jīng)可以在汽車上應(yīng)用。

第二階段是解決如何用的問題。汽車是特殊商品，必須滿足社會(huì)功能屬性和市場(chǎng)準(zhǔn)入管理?xiàng)l件。對(duì)于社會(huì)功能屬性而言，汽車是主動(dòng)移動(dòng)的承載工具，高纖復(fù)材要想應(yīng)用到汽車上要保障使用過程中的自身安全和公共安全、制造和使用過程中的環(huán)境友好、社會(huì)可接受的使用壽命。另外，還要符合待進(jìn)入市場(chǎng)對(duì)應(yīng)的國家汽車產(chǎn)品共通的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)；以及各地針對(duì)“應(yīng)用高性能纖維復(fù)合材料的整車和零部件”產(chǎn)品特定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

這一階段，高纖復(fù)材進(jìn)入汽車領(lǐng)域首先要解決產(chǎn)品開發(fā)和工藝開發(fā)兩類基礎(chǔ)技術(shù)瓶頸。

產(chǎn)品開發(fā)主要有兩個(gè)問題：一是對(duì)整車滿足法規(guī)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力要求的“高性能纖維復(fù)合材料汽車”的技術(shù)范疇，如汽車結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)規(guī)范、試驗(yàn)驗(yàn)證規(guī)范和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、仿真分析技術(shù)、試驗(yàn)手段等；二是對(duì)原材料、零件滿足生產(chǎn)一致性要求的范疇，包括原材料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、零部件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)開發(fā)能力、試驗(yàn)規(guī)范及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)手段、生產(chǎn)手段及過程控制能力等。工藝開發(fā)則要考慮具有批量復(fù)制“高性能纖維復(fù)合材料汽車”產(chǎn)品、同時(shí)滿足生產(chǎn)一致性要求的生產(chǎn)手段，重點(diǎn)在生產(chǎn)工藝和工藝裝備的開發(fā)與研究上。

第三階段是實(shí)現(xiàn)值得用。在第二階段的基礎(chǔ)上，高性能纖維復(fù)合材料汽車新技術(shù)會(huì)進(jìn)一步發(fā)展成熟，形成具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)汽車制造商有利可圖的應(yīng)用技術(shù)，將吸引汽車企業(yè)主動(dòng)應(yīng)用。這一階段將通過推廣普及新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)解決商業(yè)應(yīng)用問題，突破經(jīng)濟(jì)性瓶頸。同時(shí)，在這一階段還需解決六大問題。

一是開放應(yīng)用技術(shù)。繼承第二階段的研發(fā)成果，在這一階段可進(jìn)一步形成可在行業(yè)內(nèi)部推廣應(yīng)用的技術(shù)集合。通過開放上述基本應(yīng)用技術(shù)，相關(guān)企業(yè)可以吸引社會(huì)資源參與二次開發(fā)，創(chuàng)造更多的低成本應(yīng)用技術(shù)。

二是成熟的制造工藝。這一階段要開發(fā)完善能滿足生產(chǎn)一致性要求的制造工藝，保證每一件產(chǎn)品簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)預(yù)期質(zhì)量要求。

三是完善的生產(chǎn)系統(tǒng)。企業(yè)要開發(fā)能大批量復(fù)制產(chǎn)品的工藝設(shè)備，如機(jī)器和生產(chǎn)線，其生產(chǎn)節(jié)拍、過程控制能力、生產(chǎn)過程勞動(dòng)保護(hù)和環(huán)境保護(hù)等要滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求。

四是健全的回收技術(shù)。開發(fā)高性能纖維復(fù)合材料在不同形態(tài)（材料、復(fù)合成品、生產(chǎn)過程廢棄物、產(chǎn)品生命周期結(jié)束報(bào)廢）的回收再利用技術(shù)，建立處理設(shè)施，形成社會(huì)認(rèn)同的回收處理循環(huán)。

五是完善市場(chǎng)準(zhǔn)入評(píng)價(jià)。通過對(duì)應(yīng)用“高性能纖維復(fù)合材料汽車”新技術(shù)從產(chǎn)品技術(shù)、生產(chǎn)制造、社會(huì)使用、回收處理等全過程的技術(shù)把握，并通過市場(chǎng)驗(yàn)證，逐步完善國家“高性能纖維復(fù)合材料汽車”的市場(chǎng)準(zhǔn)入評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

六是建立產(chǎn)品全生命周期評(píng)價(jià)方法。運(yùn)用產(chǎn)品全生命周期評(píng)價(jià)（LCA），考察“高性能纖維復(fù)合材料汽車”產(chǎn)品全價(jià)值鏈、全生命周期的綜合貢獻(xiàn)，客觀評(píng)價(jià)應(yīng)用新技術(shù)的綜合經(jīng)濟(jì)性，建立評(píng)價(jià)模型。

以碳纖維為代表的高性能纖維已經(jīng)被汽車業(yè)認(rèn)可。

大規(guī)模推廣面臨兩大瓶頸

目前，國外發(fā)達(dá)國家處于第二階段。部分技術(shù)領(lǐng)先汽車企業(yè)聯(lián)合主流材料供應(yīng)商及研究機(jī)構(gòu)組成聯(lián)合體，帶動(dòng)一批關(guān)鍵供應(yīng)商，探索開發(fā)“高性能纖維復(fù)合材料”在汽車上的應(yīng)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了至少一種方案的商業(yè)投產(chǎn)（如2013 年出廠的BMW i3、2014年出廠的BMW i8）。

由于BMW i3 的示范效應(yīng)，國內(nèi)處于技術(shù)方案探索中的先行企業(yè)和機(jī)構(gòu)，把方案焦點(diǎn)從以前著眼于汽車覆蓋件和地板的零件級(jí)“等同替代”，開始轉(zhuǎn)入對(duì)車身總成“等同替代”或進(jìn)一步“等效替代”的研究。各材料尚未構(gòu)筑起足以支持新技術(shù)工業(yè)化的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，更不具備商業(yè)化條件。

基礎(chǔ)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性兩大瓶頸制約了更多汽車企業(yè)采用這一新技術(shù)。目前，大量高性能纖維復(fù)合材料相關(guān)企業(yè)意圖進(jìn)入汽車供應(yīng)鏈，但因缺乏與汽車企業(yè)的技術(shù)“橋梁”——應(yīng)用新技術(shù)的設(shè)計(jì)和制造規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，不得其門，無法進(jìn)入。

國家支持有“催化劑”作用

在推廣與應(yīng)用方面，企業(yè)、社會(huì)資源、國家在新技術(shù)發(fā)展推廣的各階段扮演不同角色。要想實(shí)現(xiàn)超越，需要各方一起努力，而且要在兩個(gè)方面重點(diǎn)攻關(guān)：

一是建設(shè)示范工程，這可分兩步走。第一步，在實(shí)現(xiàn)第二階段后，開啟第三階段。以配合新能源車開發(fā)為突破口，以可能應(yīng)用高性能復(fù)合材料技術(shù)的汽車主要典型件為紐帶，通過組織建設(shè)跨傳統(tǒng)學(xué)科專業(yè)的合作，建設(shè)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、回收全產(chǎn)業(yè)鏈的國家示范工程，形成開放的可復(fù)制推廣應(yīng)用技術(shù)。第二步，實(shí)現(xiàn)第三階段，發(fā)揮示范工程的示范作用，普及推廣新技術(shù)的應(yīng)用，吸引、鼓勵(lì)社會(huì)資本、企業(yè)、機(jī)構(gòu)主動(dòng)參與新技術(shù)的應(yīng)用、二次開發(fā)和再創(chuàng)新，從而開發(fā)出更多更經(jīng)濟(jì)的典型應(yīng)用，預(yù)期可實(shí)現(xiàn)成本的大幅下降，進(jìn)一步推動(dòng)新技術(shù)應(yīng)用的普及。

二是國家扶持。高性能纖維復(fù)合材料新技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用研究，在世界上已展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，但仍未成長為成熟技術(shù)。在我國需要經(jīng)歷5 ～10 年時(shí)間并投入一定資源，才能使之成為可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)生社會(huì)效益。目前國內(nèi)該產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)資金能力，難以支撐第一步技術(shù)開發(fā)的資金需求。建議國家從產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略考慮，提供國家示范工程扶持資金，用5 年左右的時(shí)間，形成開放的全行業(yè)共享的共性技術(shù)。

另外，在第二步的開始階段，國家應(yīng)提供適度的新技術(shù)推廣扶持資金，起到“催化劑”的作用，激發(fā)行業(yè)對(duì)這一新應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行推廣普及。