“這款是我們國內(nèi)首個量產(chǎn)飛行汽車項目——小鵬旅航者X2，差不多100多個碳纖維零部件，從前期結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造設(shè)備的分析，到后面的制造、加工、風控等等，最終項目順利完成?！?/p>

小鵬的飛行汽車在業(yè)內(nèi)名聲響亮，但很少有人知道，它所用的碳纖維材質(zhì)，都是來自與HRC集團共同研發(fā)、制造的。HRC的人士站在飛行汽車展品的邊上，為我介紹說，“客戶當時這個任務(wù)特別著急，需要三個月之內(nèi)幫他們把X2上面所有的件都趕出來，從設(shè)計到制造，到最后的組裝也是在我們這兒。”

深入了解了小鵬飛行汽車的材料和制造過程，是在參觀了HRC常熟量產(chǎn)基地后。這才明白，作為汽車和飛行器復合材料供應(yīng)商的他們，與汽車制造商有著怎樣的緊密聯(lián)系。

同樣，這也涉及到“輕量化”的碳纖維在汽車行業(yè)內(nèi)應(yīng)用如何逐步擴大?！皼]有金剛鉆，不攬瓷器活。”這也是HRC有信心加大汽車方面研發(fā)投入的原因所在。

輕量化，碳纖維的核心優(yōu)勢

先簡單說下這次參觀的HRC公司。作為一家成立于2014年的跨國公司，公司的創(chuàng)始人卻是一位中國人。此外，HRC在英國有子公司英智迪（主要做仿真分析），擁有近30年的經(jīng)驗，同時在西班牙的巴塞羅那和德國的奧格斯堡設(shè)有商務(wù)分支。國內(nèi)方面，HRC擁有常熟量產(chǎn)基地和ACTC復合材料研發(fā)中心。

具體而言，HRC能提供的技術(shù)服務(wù)，從高級研發(fā)、設(shè)計、工程開發(fā)一直到產(chǎn)品制造，HRC面向的市場也包括了汽車、航空航天、建筑、基礎(chǔ)設(shè)施以及風能。而汽車輕量化解決方案方面，HRC是將白車身、底盤、動力總成等部分作為減重優(yōu)化的重點。

而說到“輕量化”，我們能想到的最主要的材質(zhì)就是碳纖維。比如，很有名的寶馬7系，采用碳纖維材質(zhì)后比老款減重230kg。

碳纖維在汽車行業(yè)的應(yīng)用，始于上個世紀70年代末。當時，福特公司將碳纖維復合材料應(yīng)用在汽車輕量化上的研究取得了較好的效果。此外，美國道奇蝰蛇和2014款雪佛蘭科爾維特使用碳纖維材料生產(chǎn)了發(fā)動機罩和其他部位。

1981年，碳纖維汽車首次出現(xiàn)。全球首款采用碳纖維復合材料制成的汽車邁凱倫McLaren MP4-1車型，被認為是碳纖維復合材料首次正式出現(xiàn)在汽車工業(yè)領(lǐng)域。

之后，碳纖維復合材料應(yīng)用到寶馬i3?i8車型的車身設(shè)計案例，并且，采用全自動HP-RTM工藝（針對大批量生產(chǎn)高性能熱固性復合材料零件的新型RTM工藝技術(shù)）流程，成為未來碳纖維大規(guī)模工業(yè)化的趨勢。

經(jīng)過多年發(fā)展，汽車制造商也逐漸明白，為了達到減重目標，需要跟HRC這樣的材料供應(yīng)商從早期研發(fā)階段就進行緊密合作。HRC總經(jīng)理駱濤也介紹，整個輕量化開發(fā)的過程分為四個主要階段。

具體來說，由于汽車的部件原本通常是基于鋼或者鋁設(shè)計的，將部件重新基于復合材料來進行開發(fā)，需要考慮到結(jié)構(gòu)以及材料的特點，進行材料的仿真分析，選擇合適的材料，進而對材料、工藝以及結(jié)構(gòu)作為整體考慮來進行設(shè)計優(yōu)化，以最終實現(xiàn)材料從金屬向復合材料的轉(zhuǎn)變。

而且，實現(xiàn)金屬向復合材料的轉(zhuǎn)變，在碳纖維的生產(chǎn)過程中并沒有一種“最好的工藝”，需要根據(jù)產(chǎn)量需求、目標價格和結(jié)構(gòu)復雜程度，選擇一種“最合適的工藝”。

比如，超級跑車通常擁有較高的設(shè)計標準以及較低的產(chǎn)能需求，選擇熱壓罐工藝比較好；針對中等產(chǎn)能的部件，選擇高壓RTM或者SMC（片狀模壓）等工藝；針對產(chǎn)能需求較大的汽車零部件時，選擇熱塑型工藝的復合材料應(yīng)用。

HRC總經(jīng)理駱濤還安利了一下HRC。他講到，目前HRC能夠涵蓋從對較小產(chǎn)量需求的熱壓罐技術(shù)，一直到超過10萬件/年產(chǎn)能需求的熱塑型工藝。

而在ACTC復合材料研發(fā)中心，我們第一站參觀了寶馬所憑借的，在汽車行業(yè)第一次將碳纖維產(chǎn)品真正推向量產(chǎn)的兩種工藝。這個設(shè)備叫濕法成型站，兩種不同的工藝，一個是高壓RTM（樹脂傳遞模塑）工藝，一個是濕法模壓工藝。

而產(chǎn)品在做試制的時候，只需要把原材料放在上料站就可以了。整個過程都是靠機器人去做相應(yīng)的操作，操作完成之后，去另外一側(cè)去取件即可。整個制造過程的自動化程度還是相當高的。值得一提的是，ACTC使用的設(shè)備都是從德國進口，這讓人不禁感慨中國制造業(yè)還有很大的差距。

應(yīng)用的困難和挑戰(zhàn)

實際上，在國六排放標準和“雙碳目標”的大背景下，汽車輕量化的需求比以往任何時候都迫切。而縱觀近年來國內(nèi)外汽車輕量化發(fā)展趨勢，我們可以發(fā)現(xiàn)，單一材料已經(jīng)不能夠解決輕量化與高性能之間的相互的矛盾。

多材料混合車身已經(jīng)成為越來越多的車企考慮的一個方向?！拜p質(zhì)合金+碳纖維復合材料”車身結(jié)構(gòu)也正成為汽車輕量化的一個發(fā)展趨勢。

當然，碳纖維復合材料在汽車應(yīng)用上還是遇到一些困難和挑戰(zhàn)。這里，HRC提供了很專業(yè)的一些解決方案和思路，像“模壓注塑工藝的熱塑復合材料”，以供業(yè)內(nèi)參考。

這也是對目前業(yè)內(nèi)存在問題的解決思路。目前，OEM主機廠在新材料的設(shè)計開發(fā)上缺少設(shè)計標準和規(guī)范，而且市場上專業(yè)的碳纖維研發(fā)的和制造業(yè)企業(yè)不多，碳纖維的回收再利用的成本偏高問題，以及碳纖維原材料的供應(yīng)問題，設(shè)計仿真缺少數(shù)據(jù)庫和專業(yè)的技術(shù)人員，都是制約碳纖維在汽車應(yīng)用方面的因素。

HRC給我們展示的一個最新案例是，寶馬去年上市的BMW iX的頂蓋前橫梁，用了HRC多材料混合設(shè)計的熱塑材料，而做的時候?qū)崿F(xiàn)了很多一些以前做不到的東西。

首先，這個頂蓋前橫梁是第一個直接在焊裝車間裝配的碳纖維產(chǎn)品。而且匹配現(xiàn)有生產(chǎn)線，無需改造成本。這個產(chǎn)品集成了金屬件，靠多工藝混合一次成型。因為以前碳纖維產(chǎn)品不能滿足常規(guī)的應(yīng)用條件，都是在總裝車間中裝配。這是一個突破。

第二，考慮到產(chǎn)品的成本，只需要在最需要碳纖維的地方放幾條碳纖維帶材，其他部分靠注塑粒子，而注塑粒子回收的碳纖維材料。所以，在把產(chǎn)品效率提高、性能提升的同時，又考慮到降成本，成為一個綜合的解決方案。

這里面還有一個重要的概念，就是整體思維。ACTC信息研發(fā)工程部余文俊先生表示，“碳纖維材料，特別是熱塑材料，從最開始的概念圖紙到真正能夠批產(chǎn)，要走的路非常長，從前期的材料和產(chǎn)品設(shè)計，合理選材、造型更改，到后面成型工藝選擇，以及后處理工藝開發(fā)，終端使用，從頭到尾都需要去考慮。”

特別是主機廠客戶最關(guān)心的是，在生產(chǎn)車間怎么去用這個材料，在哪個地方用，因為如果需要對車間布局做很大變更的話，客戶會很猶豫。所以，解決主機廠對此的擔心，也是提高利用率的途徑。

余文俊也提到，現(xiàn)階段，熱塑在國內(nèi)也是剛剛起步，所以HRC也在做很多新的嘗試，無論從新工藝的研究，新噴漆體系的開發(fā)，仿真模擬，甚至于連接裝配，都在慢慢摸索，希望后面工藝成熟后能提供給業(yè)內(nèi)非常好的一個解決方案。

那么，為什么碳纖維在汽車行業(yè)的應(yīng)用最近年才慢慢鋪開呢？

HRC總經(jīng)理駱濤為我們揭開了謎底。實際上，因為汽車是一個高性能的集合體，汽車的材料選擇需要有設(shè)計，而設(shè)計仿真的輸入是材料表征（通過材料行為卡實現(xiàn)）。由于碳纖維材料卡在國內(nèi)非常少，如果要設(shè)計在汽車上用的碳纖維材料的話，可選擇的不同碳纖維的材料卡，不同的數(shù)組配合，會有多達上萬組的組合。

換句話說，如果把材料卡都集合起來，需要的投入很大，一種材料的數(shù)據(jù)積累大概為人民幣60萬元左右，如果上萬條的話，要花幾十億去積累。所以，HRC當時就明白，要做正向開發(fā)的話，必須要有數(shù)據(jù)庫，這才于2018年收購了英智迪（Engenuity），英智迪1992年就成立，積累了大量的CAE仿真分析數(shù)據(jù)。

HRC集團使用收購后的英智迪獨立開發(fā)、專有的CAE仿真軟件，配合其獨特的自有碳纖維與玻璃纖維混合SMC材料生產(chǎn)線，依托本土化的碳纖維與樹脂原材料，從而具備了生產(chǎn)碳纖維SMC產(chǎn)品的能力，也滿足了結(jié)構(gòu)件及復合材料與金屬混合部件對碳纖維SMC快速增長的需求。

實際上，汽車行業(yè)是由技術(shù)驅(qū)動的一個產(chǎn)業(yè)體系，也通過數(shù)量眾多的零部件及原材料供應(yīng)商的技術(shù)進化而進化，HRC的碳纖維技術(shù)進化之旅，無疑說明“不積跬步無以至千里“的重要性。

碳纖維在汽車行業(yè)的應(yīng)用也是一點一點推動的，而汽車輕量化也并不是簡單地用另一種材料替換一種材料，同時還需要根據(jù)新材料的特性對設(shè)計進行更改，以提高可制造性及材料利用率。在汽車行業(yè)進入一個新時代的今天，我們還需要更多像HRC這樣的公司一起努力。

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