在汽车快速轻量化的背景下，新能源汽车概念迅速崛起。减重，是轻量化汽车发展的首要任务，碳纤维及其复合材料则是当前最重要的汽车轻质材料，它不仅可减轻零部件约40%的重量，而且可以使整车生产成本降低40%左右。因此，近年来，国际、国内汽车生产企业均非常重视新型车用塑料材料与配件的开发，碳纤维及其复合材料在汽车中的用量也在迅速上升。在日前召开的“纺织之光”中国车用纤维新材料及应用重点成果推广活动上，多家碳纤维生产企业向业内展示了其先进工艺及量产情况，汽车生产商也分享了其在新能源汽车方面的发展计划。可以明显地感觉到，广阔的新能源汽车领域对于碳纤维及其复合材料的需求是十分迫切的。然而目前，国内企业虽拥有量产轻量化汽车的技术，却因为产业链上下游发展不协调，导致碳纤维材料在汽车轻量化领域的发展并不十分顺利。因此，如何打通产业链，将先进技术应用于终端汽车领域，是汽车轻量化发展的下一步重点。

纤维厂商工艺精

实现轻量化，发展新能源汽车，碳纤维复合材料被寄予厚望，但昂贵的价格却让下游客户望而却步。在碳纤维的生产成本中，原丝成本占到总成本的70%左右，采用低成本原丝制备技术，是实现碳纤维低成本的重要途径。

高强多轴向车用织物青睐干喷湿纺碳纤维

示范单位 中复神鹰碳纤维有限公司

工艺关键词 干喷湿纺

干喷湿纺原丝表面缺陷少、截面规整、结构致密、抗拉强度高，可制备出优良力学性能和工艺性能的碳纤维。干喷湿纺纺丝喷丝板孔径大，单位时间供浆量多，在空气段可实现数倍正牵伸，纺丝速度在300m/min以上，是湿纺4倍以上。在同样幅宽的设备上，干喷湿纺工艺产能是湿纺生产线的2倍以上，生产效率高，单位成本降低10%。高强碳纤维的代表，T700S、T800S、IM7等材料均采用干喷湿纺工艺制备。

干喷湿纺工艺在制备高强和高强中模碳纤维方面尤其具有优势。干喷湿纺碳纤维加工而成的编织织物，主要应用在汽车、风力发电机叶片主梁等大型结构件上。该工艺制备的碳纤维由于具备断裂伸长大、毛丝少的特点，同样可以满足多轴向编织的复杂工艺要求。

公司总投资额15亿元人民币，建成了完整的碳纤维原丝、碳纤维生产线以及公用工程、溶剂回收、废气废水处理等配套设施。拥有12000t/a聚丙烯腈原丝和5000t/a的碳纤维生产能力，其中干喷湿纺碳纤维产能为2200t/a。公司自主开发的干喷湿法高效低成本碳纤维，可从提高纺丝速度、增大纺丝丝束、提高预氧化炉处理能力、开发新的上浆剂4个方面降低碳纤维的生产成本。

目前，公司正在深入研究碳纤维在汽车方面的应用，不仅承担国家“CCF-3级碳纤维复合材料在交通和能源领域规模化应用技术”863计划，还与国内多家汽车厂商进行多轴向织物制备工艺开发。公司同时与国内院校合作开展碳纤维增强热塑性短切粒子制备工艺研究工作。公司自主研制的SYT55碳纤维性能已经达到T800S的指标。

PAN原丝碳化项指标与日本东丽水平相当

示范单位 河北硅谷化工有限公司

工艺关键词 “两步法”+“干喷湿纺”

同时利用“两步法”和“干喷湿纺”工艺是制备高性能碳纤维原丝的。整个工艺自动化程度高、实现了恒张力控制和高精度牵伸比例调节，并通过三级预热实现了能源的综合利用。

该工艺具备5大创新点。一是采用水相沉淀连续聚合工艺制备高分子量聚丙烯腈粉料，有效避开了已补发容易聚合工艺中聚合热难以释放的难题。二是采用干喷湿纺工艺生产的高性能碳纤维原丝，解决了干喷湿纺连续稳定工业化生产问题，实现了高速纺丝，纺丝速度高达260米/分。三是自主研发了预氧化炉、低温炭化炉、高温炭化炉、表面处理装置、焚烧炉配套设施等碳化线大型关键设备。其中，碳化生产线幅宽高达1.6米，增强了我国碳纤维装备自助技术水平。四是自助研发了碳化线自动化控制系统，提高了碳化生产的自动化进程，确保了碳化线生产的稳定。五是采用三级预热系统，有效降低了能源消耗，预氧化设备降低能耗50%以上，废气焚烧降低能耗75%。

公司同山东大学合作，采用“两步法”+“干喷湿纺”技术制备出碳纤维。该工艺采用水相聚合，特种装备DMSO溶解技术，解决了超高分子量和高固含量纺丝的难题，实现了超高分子量聚丙烯腈及其纺丝原液的稳定连续生产。采用干喷湿纺工艺，制造出了品质优良的高性能PAN原丝，成功实现了千吨级T700碳纤维产业化。碳化后各项指标已经达到日本东丽公司T700水平。

国内纺丝油剂性能提升可替代进口

示范单位 吉林化纤碳谷碳纤维有限公司

工艺关键词 提高单线产量

提高单线产量是降低原丝成本的一种有效方式。提高单线产量的方法主要有增加纺位数量、提高纺丝速度、提高总旦数3种。经过多次测试发现，同时使用提高纺丝速度、提高总旦数两种方式，是提高单线产量性价比的有效途径。

提高纺丝速度意味着就要相应的改善上油能力。上油是纺丝生产中一个非常重要的环节，上油不均不仅在碳化过程会产生毛丝，严重的会产生断丝无法碳化。公司现在使用的油剂由日本进口，但该油剂价格较高其占原丝的成本非常大。在可变成本中除了丙稀腈就是油剂，所占比例甚至要高于蒸汽。要想生产出低成本的原丝，就一定要使用低成本的油剂，加快油剂国产化研究和推广应用刻不容缓。目前，公司和国内多家油剂的生产商展开了合作，由中科院黄伟博士研制的油剂基本能够满足要求。

公司与国内外碳化企业进行合作，共同寻求提升原丝及碳丝质量的方法。公司开发的原丝于2015年5月在俄罗斯HCC和澳大利亚迪肯大学进行批量碳化，碳化后纤维外观达到一流水平。在整个碳化过程中，基本无毛丝，形态规整。从初步力学测试看，完全有望达到T700的力学指标，模量容易提升。唯一的缺点是微纤维的力学性能离散性偏大。

公司目前拥有1条10000吨/年的聚合生产线，2条2500吨/年的原液生产线，4条纺丝生产线。主要产品包括1k、3k、6k、12K、24K、48K 碳纤维原丝，产能适中。尽管碳纤维产品目前的概念很好，但生产线的能力达到多少合适并不好说，要看市场的支撑有多大。如果没有足够量的销售，用5000吨/年的线生产1000吨/年的量，不仅投资和运行成本更高，同时产品质量也达不到最好。相反如果市场有足够的用量，年产量达到20000~30000吨/年，即可达到一个相对的经济规模，碳纤维原丝价格做到与腈纶价格接近是很有可能的。

汽车厂商扩产忙

近两年，国际、国内各大汽车生产商都在尽可能地减轻车身质量，建设新能源汽车生产、组装基地，开发应用以碳纤维为首的多种新型轻量化材料已成为汽车生产商的关注热点。

全自动碳纤维车身零部件生产线2017年投产

示范单位 福建海源自动化机械股份有限公司  

打破极少数欧美厂家对碳纤维复合材料大批量生产成套装备及工艺技术的垄断，为中国新能源汽车产业提供碳纤维汽车车身轻量化的整体解决方案，是福建海源自动化机械股份有限公司的目标。

海源MCEV新能源汽车是一款两人座微型全碳纤维纯电动慨念样车，是作为大批量碳纤维复合材料车身生产工艺技术研究和生产线加工对象而建的研究用目标产品。海源MCEV整体碳纤维车身重量仅为64kg，比传统同类型金属车身减重60%左右；慨念样车整备质量仅为610kg（24kwh）。

此外，公司于2015年投资39590 万元成立了“新能源汽车碳纤维车身部件生产工艺技术及生产线装备的研发及产业化项目”，2017年，预计将有3~4条具有国际先进水平的全自动大批量碳纤维车身零部件生产线先后竣工投产。

2015年新材料电动车销售额超过8亿元

示范单位 江苏奥新新能源汽车有限公司  

2015年1月20日，我国首辆具有核心技术自主知识产权的碳纤维新能源汽车在江苏奥新新能源汽车有限公司下线。该车使用全碳纤维材质乘客舱设计，通过覆盖件与内板件粘合形成结构强度功能、优化集成零件模块，整车零部件数量减少至传统汽车零部件的40%，一次能跑440公里，最高时速达110公里，每百公里耗能低于10度电。

目前，奥新公司采用新材料、新技术、新工艺已试制成功的产品包括环卫车、翻斗车、迷你巴士等10多个品种。轻量化纯电动车技术水平和经济性处于国内领先地位，N1类纯电动微型运输车获得了“国家重点新产品计划项目”。

2015年，奥新生产电动专用车3000辆，其中2T专用车2500辆，3至4.5T专用车500辆，销售额预计在8亿元~10亿元之间，利税5000万元。

应用缓慢症结多

碳纤维复合材料在汽车上应用的系统解决方案从碳纤维基本原料到最终应用于汽车工业，大概需要经过6个过程，即碳纤维产业——中间材料产业——设计开发产业——零部件制造产业——整车设计和制造产业——最终用户。不同产业分属不同领域，亦有各自的归口单位，除自身缺陷外，产业链上下游发展不协调的问题同样不容忽视。

从碳纤维到中间材料

·应用目标未细分，产品定位趋同

·性能以国外产品性能为依据，未考虑具体应用需求

·标准级碳纤维快速纺丝和碳化技术尚未突破，综合成本高

·高级别碳纤维大批量生产技术有待验证

·产能过剩，开工不足

·国外产品低价竞争

从中间材料到设计开发

·大部分树脂体系不能满足快速固化成型的需求

·设计、分析、仿真用材料数据少

·缺乏设计、分析和仿真所需可靠的材料和工艺数据

·汽车复合材料结构损伤模式和实现准则难以确定

·不能准确定义荷载环境条件要求

·国外产品低价竞争

从零部件到整车制造

·缺乏碳纤维复合材料零部件快速生产制造关键技术

·制造装备落后，尚不能进行自动化大批量生产

·复合材料零部件制造商大多未进入汽车行业质量体系

·制造工程师和技术工人严重缺乏

·传统零部件制造产业仍然具有极大的竞争优势

从整车设计到最终用户

·使用碳纤维复合材料为客户带来什么不清晰，应用定位不准

·法规和规范不能覆盖或适用碳纤维复合材料的特性

·缺乏整车整体开发设计所需的总体数据

·缺乏知名的高端品牌

·缺乏精通复材工艺的技术人员

·消费者观念难改变