摘要：節能減排已成為汽車工業的發展重點，汽車的輕量化發展是解決問題的關鍵之一。本文重點介紹碳纖維材料在汽車輕量化領域的應用、市場前景以及發展所面臨的阻礙，剖析了汽車用碳纖維產業的發展趨勢。

汽車輕量化，是指在保證汽車的安全性能和強度的前提下，盡可能地降低汽車的整體質量，從而提高汽車的動力性，達到降耗減排的目的。相關研究表明，汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%，而汽車整車質量減少 100kg，油耗降低0.5 L /100 km，二氧化碳排放可減少10g/Km，加速性能提升 8%-10%，制動距離縮短 2-7m。

碳纖維是汽車輕量化新材料的最佳選擇

汽車輕量化有結構優化設計、輕量化新材料、輕量化成型制造工藝三種方法，其中新材料和新工藝的效果較為顯著，目前應用較多的汽車輕量化材料包括鎂合金、鋁合金、先進高強度鋼和碳纖維，其中碳纖維具有低密度、高比強、高比模、耐疲勞性能好、耐腐蝕性能好、可設計性強、減震等明顯優勢，是輕量化的最佳選擇(見表1)。使用碳纖維復合材料可使車身質量降低60%以上，續駛里程提高25%以上，既能降低質量及油耗，還能讓汽車更輕便靈巧。

表1 碳纖維與其他汽車輕量化材料對比

(資料來源：公開資料整理)

碳纖維在汽車輕量化上的應用

1979年，美國福特公司提出了用碳纖維復合材料進行汽車輕量化制造的構想，將碳纖維復合材料應用在車體面板、傳動軸和板彈簧、發動機機體、連桿和活塞等部件。20世紀80年代以后，隨著碳纖維復合材料在汽車工業的應用，復合材料不僅能夠用于制造簡單的汽車非承力件，還能夠用于制造承力件。目前碳纖維復合材料已經在汽車車體和零部件中都得到了廣泛應用，如汽車的車身、內外飾、尾翼、汽車底盤、發動機罩等(見圖1)，碳纖維復合材料在汽車領域的滲透率正在不斷增加。

圖1 碳纖維復合材料在汽車零部件中的應用情況

(資料來源：公開資料)

德國寶馬公司在碳纖維汽車輕量化領域一直走在世界前列，是第一個大批量使用碳纖維作為車身材料的整車廠商。豐田、通用、奧迪、奔馳、大眾、福特、日產等為代表的知名國外廠商也已經開始介入碳纖維產業，逐漸將碳纖維復合材料應用到旗下不同車型。

表2 碳纖維在汽車上的應用實例

(資料來源：申萬宏源研究)

汽車輕量化趨勢拉動了全球汽車工業對碳纖維的需求(見圖2)，近年保持持續增長趨勢，2017年全球碳纖維在汽車領域的需求量已達0.98萬噸，占全球碳纖維需求總量的11.64%。

圖2 全球汽車領域碳纖維的需求量

(資料來源：公開資料整理)

國產汽車領域的碳纖維復合材料應用還處于起步階段。奇瑞、觀致、北汽等已開始將碳纖維復合材料應用在新能源電動汽車上：2014年奇瑞公司和中科院合作推出的插電式混合動力車艾瑞澤7，將碳纖維復合材料應用在車身上，外殼減輕了10%的重量，降低7%能耗，車身總體減輕40-60%的重量;2017年，北汽集團與康得復材簽訂了中國首個碳纖維汽車部件量產訂單;2017年北汽集團生產的電動汽車ARCFOX-1用了康得復材設計開發的整體成型碳纖維復合材料上車體。

突破成本制約，汽車碳纖維復合材料將迎來廣闊前景

我國汽車工業自2000年后保持快速擴張，2000-2017年復合增長率達到22.75%,目前已經形成了巨大的汽車工業規模，制造環節構成單輛汽車大約一半的成本，汽車輕量化擁有大規模的相關產業鏈。現階段我國汽車以鋼材作為主要的車身材料，比重達到55-60%，汽車輕量化程度較低。汽車及電動車的產量增長、汽車輕量化材料占比的增加將給汽車用碳纖維帶來巨大的市場需求，根據預測，到2025年國內汽車產量將達到3000萬輛，電動車達到600萬輛，按照分別減重25%和50%的標準，汽車領域對碳纖維的需求至少將達到10萬噸。

但碳纖維昂貴的價格使其應用范圍受到極大的限制，目前汽車用碳纖維單價高達400元/kg，遠遠高于其他的輕量化材料，只適用于豪華型汽車或者跑車，在汽車行業的滲透率較低。根據專業測算，汽車用碳纖維需要下降到60-100元/kg，經濟性將與鋁合金一樣，高成本是汽車用碳纖維大規模產業化的一大阻礙，是生產汽車用碳纖維的企業亟需解決的一大難題。

碳纖維企業和各大研究機構都在探索降低碳纖維成本的路徑，主要包括：規模效應，但存在邊際遞減效應，產量超過1000噸后效果不明顯;原絲材料：采用瀝青基原絲代替主流的PAN基原絲可以使成本下降30-40%;垂直整合產業鏈是大型碳纖維企業的普遍做法，產業鏈一體化能夠提高運轉效率，減低成本。

結語

碳纖維以優異的力學性能成為汽車輕量化的最佳選擇，在汽車工業得到大力推廣;我國汽車碳纖維擁有巨大的市場潛力，但較高的成本限制了汽車用碳纖維的大規模產業化發展，降低成本將成為汽車用碳纖維產業發展的一大主題。