行业关注轻量化产业发展现状与技术解析Word文件下载.docx

1、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 Sesto Elemento 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

2、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

3、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250-350k

4、g ，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

5、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

6、“瞬间固化”（能够流动和彻底浸润 纤维预制件，并在 5 min 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

7、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 Model S 和 Model X 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

8、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

9、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

10、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

11、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 RS 5CouP e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

12、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

13、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

14、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