行业关注轻量化产业发展现状与技术解析.docx

行业关注轻量化产业发展现状与技术解析.docx

《行业关注轻量化产业发展现状与技术解析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《行业关注轻量化产业发展现状与技术解析.docx（7页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

行业关注轻量化产业发展现状与技术解析

行业关注】轻量化产业发展现状与技术解析

汽车轻量化是未来汽车行业发展方向之一，特别是对于

时下发展迅速的新能源汽车而言，重量的减轻直接意味着续航里程的增加。

研究表发现，对纯电动汽车而言，整车重量降低10kg，续驶里程可以增加2.5km。

所以越来越多的整车、零部件厂都开始重视轻量化。

、轻量化技术实现汽车轻量化的主要途径有三种：

一是使用轻量化材料；二是优化结构设计；三是采用先进的制造工艺。

国内外车企纷纷从这几方面入手，推动电动汽车轻量化发展，并取得了一定成绩。

1）全新制造工艺减少零部件数量碳纤维的应用将会带来场革命，其原因在于碳纤维在汽车上的应用改变了传统汽车的设计思想、开发流程及制造工艺。

碳纤维材料是可设计的，其零件工艺是多样化的，未来碳纤维应用于汽车没有标准化的材料，整个车和零件的开发过程就是材料开发过程，也是工艺开发过程。

铝型材的三维弯曲、钢铝焊接以及碳纤维零件的成型是目前面临的全新工艺。

采用新工艺可大大减少零部件使用数量，实现轻量化目标。

其中，碳纤维总成的方式已取得突破性进

，将前围、地板、

展。

在兰博基尼SestoElemento的项目中后围集成为一个整体式座舱，取代了传统结构的48个零件，

把零件分为4—6大片，成型之后直接粘接，工艺简单，减重效果突出。

整备质量在加注燃料和其它液体之前只有公斤。

2）结构优化提高材料利用率汽车车身结构轻量化采用结构

优化设计方法，可以在保证车身结构性能要求的前提下，提高材料的利用率，减少冗余的材料，而达到车身结构轻量化的目的，结构优化主要包括尺寸优化、形状优化、形貌优化和拓扑优化。

拓扑优化作为结构优化的一种，不同于车辆构件的尺寸优化和形状优化，是对布局和节点联接关系进行优化，使结构的某种性能指标达到最优化。

汽车厂在新车开发时，公司决策层会给出一个整车定义，包括车多大多重，涉及到成本控制，同时希望车达到什么性能。

拓扑优化能够在给定设计空间，给定设计重量、设计性能的约束下，迅速得

到一个布局和节点联接基本判断，为设计人员提供结构质量材料减重显著高强度钢和铝合金都可以在一定程度上实现车身减重，而汽车用工程塑料和复合材料则对车体的减重最为明显，由此成为汽车轻量化的首选用材。

发达国家已将汽车用塑料量的多少作为衡量汽车设计和制造水平的一个重要标志。

2015年，我国车用塑料的用量已经达到1046万吨，而且呈逐年上升的趋势。

复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点。

在

复合材料中，碳纤维复合材料的应用一直备受瞩目。

选用碳纤维增强复合材料制作结构件、覆盖件，可减轻质量达30%

左右，对于比燃油车更需要轻量化的新能源汽车，碳纤维增强复合材料有更大的应用潜力，在未来汽车轻量化中将会起到举足轻重的作用。

宝马i3在碳纤维复合材料的应用方面取得了令人瞩目的成绩，是第一款实现量产的采用碳纤维车身设计的车辆，其整备质量仅为1224kg，比设计之初减轻了

250-350kg，很大程度上弥补了电池增加的重量。

目前，北美汽车轻量化材料是全球最大的市场。

预计该地区的年复合增长率约为5.6%，在2021年达到362.3亿美元。

欧洲是全球第二大市场。

未来，亚太地区轻量化材料市场将是这个行业中发展最快的地区。

碳纤维复合材料（CFRP）是汽车工业轻量化道路上的主要材料之一。

但由于碳纤维及其复合材料的高成本限制了其在汽车轻量化领域的大规模应用。

目前，商业级的碳纤维主要为PAN基碳纤维，其高成本问题

51%）

主要集中在较高的PAN原丝生产成本（占总成本的和较长的生产流程。

因此，降低车用CFRP成本的主要路径是降低碳纤维原丝成本，寻求低成本纤维生产工艺以及低成

本的CFRP制备工艺。

目前国外碳纤维生产商已经致力于

原料来制备碳纤维。

日本三菱和东丽公司开发的大丝束碳纤维是低成本制造技术的典型代表，美国也已开发出先进的碳

纤维制备技术。

在低成本原料方面，美国、日本等碳纤维主要制造国家已经开发出包括聚烯烃类聚合物、木质素纤维素、电纺酚醛纤维、辐射丙烯酸等在内的低成本代替材料。

除纤维成本外，车用复合材料最大的挑战是汽车行业高效率的生产预期，其中成型树脂是决定复合材料生产效率的最主要影响素之一。

由于优异的粘合强度和模量、耐蠕变性、高韧性和良好的抗疲劳性能，环氧树脂通常是汽车复合材料生产商的首选。

通过研究和开发“瞬间固化”（能够流动和彻底浸润纤维预制件，并在5min之内固化）的环氧树脂及其配套的预成型和成型设备，从而开发高效、低成本的复合材料生产技术，已经成为降低车用复合材料成本的主要手段之一。

德国：

是当前汽车轻量化材料占比最高的国家，其次是美国和日本。

德国汽车工业十分发达，在新材料工业和机械制造领域聚集了世界上最优秀的几个生产企业，具有推动汽车轻量化得天独厚的优势；其次，美国豪华品牌车型也较多，且

电动汽车发展很快；日本是在碳纤维方面属全球首位，以东

较晚，技术和应用程度都落后于德美日等发达国家。

但是随

美国虽然高端豪华品牌车型也较多，但是美国汽车行业对于新型轻量化材料的热衷主要来源于新能源汽车的发展以及

排放和能耗的压力，代表企业是特斯拉、GM、福特等。

特

斯拉目前的ModelS和ModelX在车身和底盘上基本都采用了铝合金和其他复合材料，而GM的高端品牌凯迪拉克在近两年的新车型中也开始采用钢铝复合车身结构，比如凯迪拉克CT6，福特则是将铝合金车身首先搭载在F150这类高端皮卡车型上。

日本：

目前日本汽车企业轻量化材料的使用也主要是集中在一些非结构件上，比如铝合金的发动机罩、塑料的翼子板和尾门等，还有就是底盘和发动机的一些铸铝件。

其中代表企业是丰田的雷克萨斯和本田阿库拉。

随着2020年全球的能耗和排放政策的越发严格，预计到2020

年，日本汽车企业轻量化材料在底盘和车身中的占比会赶上

年，借助新能源汽车崛起契机，对发达国家呈现赶超之势汽车轻量化已经从分散化、高端化、单一化的1.0时代走向集约化、普及化、多元化的2.0时代。

轻量化的发展受到智能网联、节能减排、性能提升等多重需求牵引，通过全产业上下游深度合作，在轻量化材料应用、制造工艺、结构优化、

零部件研发领域多面发力，使轻量化应用车型更加普及，其车企不仅与汽车零部件供应商合作，还与碳纤维材料制造商建立合作关系以为其开发专用的新型碳纤维产品。

如日产汽车、本田汽车与东丽公司联手开发汽车车体用新型碳纤维材料，赢创同江森自控、雅各布塑料、东邦特纳克斯公司共同研发碳纤维增强塑料轻质材料，东丽与戴姆勒达成共同研发

协议为梅赛德斯-奔驰研发碳纤维复合材料部件等。

2017年日本东丽、三菱、帝人，美国赫氏等碳纤维行业巨头动作频频，布局覆盖航空航天、汽车轻量化等未来主要应用市场。

日本东丽工业株式会社是全球最大的碳纤维供应商，在全球

26个国家和地区进行着事业运作；9月，东丽首次在欧洲建维品种Z600，着重在汽车工业领域推广；日本帝人株式会社是全球第二大碳纤维产商，截止2016年三月份资本金未

708.16亿日元，2016年度销售额达到7413亿日元，本期净利润为501亿日元，其中高性能纤维及其复合材料的销售额为1368亿日元，占比高达18.4%。

主营业务包括高级纤维和复合材料（含高性能纤维、碳纤维及其复合材料两部分）电子材料和化工产品、医药医疗、交易零售、IT等。

9月，帝人全资收购了美国CSP公司，将其打造成为高性能复合材料业务的核心企业，持续扩大集团在美国市场的影响力；三菱化学是日本第三大碳纤维产商，2016年财年的销售收入达到了33761亿日元，其营业利润为3075亿日元，2016

年度包含碳纤维业务在内的功能材料业务销售收入为8067

亿日元，利润为815亿日元，同比增长7.66%。

主营业务包括碳素材料、碳纤维及其复合材料、塑料加工品、化纤、聚合物、树脂、功能化学品、无机材料、农业及IT等；所生产

碳纤维增强塑料被采用生产新奥迪RS5CouPe车顶；美国

氰特是美国著名的化学材料生产企业，成立于1991年，总部设立在美国新泽西州，是世界上生产特种化学品和原材料的领导者之一。

氰特公司是美国第二大小丝束碳纤维生产厂商，主营业务包括从事开发高科技聚亚氨酯、环氧复合物与合成树脂系列，其产品主要涉及浇注、包封、敷形涂层、粘合、密封、模具树脂、合成橡胶等领域。

2017年收购了进复合材料和工艺材料的顶级供应商UMECO；美国赫氏拥有40年的碳纤维制造经验，有大量的航空航天数据资料；是中模量碳纤维技术（小丝束）的领导者。

就在2017年11

月，赫氏与UTC航空系统公司签署延长协议，将现有协议

延长到2030年，为后者发起的商业航空项目供应先进复合

炼油化工一体化综合性石油化工企业之一，也是全国最大的

成树脂和合成纤维生产企业，拥有独立的公用工程、环境保护系统，及海运、内河航运、铁路运输和公路运输配套设施。

主营业务包括汽油、柴油等炼油产品、丙烯腈等化工产品、聚乙烯等塑料制品、聚酯切片等纤维产品等。

公司生产的碳

纤维片材应用到立交桥加固工程中，实现了碳纤维在建筑物

镁合金以及高强度钢等材料由于比强度高，使用量增幅也非

常明显，制造行业的持续快速发展，特别是机械、汽车、机电、造船等行业，对优特钢的需求强劲，成为支撑优特钢市场的直接动力。

主流企业有：

大冶特钢：

大冶特钢的主导产品为齿轮钢、轴承钢、弹簧钢、工模具钢、高温合金钢、高速工具钢等特殊用途的钢材，有

800多个品种,1800多种规格，可向汽车、石油、化工、煤

炭、电力、机械制造、铁路运输等行业以及航海、航空、航

个国家和地区。

太钢不锈：

目前国内最大的不锈钢生产基地，也是国际上重

要的不锈钢生产厂家之一，是国内唯一的全流程不锈钢生产围包括汽车钢板弹簧、扭杆弹簧、圆簧、弹簧扁钢、减震器等。

西宁特钢：

公司旗下共有一家全资子公司、三家控股子公司，拥有铁矿、煤矿、钒矿、石灰石矿等资源。

已形成年产铁100

万吨、钢120万吨、钢材110万吨、焦煤120万吨、焦炭

70万吨、采选铁矿360万吨、铁精粉120万吨的综合生产能力。

铝合金生产企业主要有：

忠旺铝材：

亚铝集团、南山集团、凤铝铝材、帕萨集团、美铝、诺贝利斯、三菱铝业等忠旺铝材：

全球领先的工业铝型材研发制造商，致力于交通运输、机械设备及电力工程等领域的轻量化发展。

忠旺集团

是目前全球第二大、亚洲及中国最大的工业铝型材研发制造商。

集团总部位于中国辽宁省，建有全球领先的铝合金倾动熔铸设备及亚洲规模最大的特种工业铝型材模具设计制造中心。

南山集团：

产业链涵盖能源、氧化铝、电解铝、铝型材、铝板带箔、航空材料等各个环节，终端产品广泛应用于航空航天、船舶、高速列车、电力、汽车、集装箱等若干领域。

凤铝铝材：

集铝合金型材研发、生产与销售等为一体的综合性大型民营铝型材企业。

拥有南海和三水两个大型生产基地，占地总面积90万平方米，建筑面积近70万平方米。

主要从事研发和生产建筑类、装饰类、工业类、军工类、航空航天类、特种铝合金型材等产品。

萨帕集团：

主产品为铝型材（建筑铝型材、建筑门窗幕墙工制造商主要有：

德国蒂森克虏伯、韩国浦项钢铁公司、英国伊利科创、西部钛业、营口银河等。

中铝洛铜：

国内最早专业化生产镁合金板材的企业，累积产能国内最高，闻喜银光：

国内最