复合材料的应用，不断助力诸多行业实现可持续发展，汽车行业亦受益良多。今天就来看看全球领先复合材料综合解决方案提供商HRC，对碳纤维复合材料实现汽车轻量化的实践之路。

关于HRC

成立于2014年的HRC公司现已成为全球范围内屈指可数的集复合材料产品研发，工程设计及批量生产能力于一体的综合解决方案提供商。HRC作为一家从事轻量化高性能碳纤维零部件研发、工程设计和工业化量产的跨国高科技型企业，在英国有子公司英智迪，主要做仿真分析，拥有近30年的经验，同时在西班牙的巴塞罗那和德国的奥格斯堡设有商务分支。

目前拥有800多名员工分布于全球4个国家，面向并服务汽车制造、航空航天、风力发电、建筑工程等多个行业和领域，致力于提供关于复合材料成型的专业咨询服务及高度工业化产品。

HRC的量产基地都在常熟，此外还有ACTC复合材料研发中心，主要从事产品的试制和开发，以及开发一些先进的工艺技术。

HRC能提供的服务从高级研发、设计、工程开发一直到产品制造，HRC面向的市场也包括了汽车、航空航天、建筑、基础设施以及风能，主要关注汽车轻量化解决方案，将白车身、底盘、动力总成等部分作为减重优化的重点。

碳纤维复合材料的使用对汽车的影响

碳纤维及其复合材料是目前众多汽车轻量化解决方案中最前沿、最具潜力的材料。尤其是近两年，新能源汽车的快速发展给碳纤维及其复合材料的发展提供了巨大机遇。碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）具有高强度、高模量、轻质、耐腐蚀、综合性能优异等诸多优点，近年来得到越来越广泛的认可和应用。已经成为汽车轻量化进程中不可或缺的重要材料。

碳纤维的应用可使汽车减重30%～60%，被誉为汽车轻量化的“王者之材”，是新能源汽车“瘦身革命”的领导者，在汽车轻量化方面发挥着关键作用。

“汽车轻量化的需求比以往任何时候都迫切。”HRC汽车事业部总经理骆涛开门见山地告诉记者，“我国明确了碳达峰、碳中和目标，这对各行各业都提出了新要求，减碳、脱碳已成为汽车行业的共识。同时，排放标准的升级推动节能与新能源汽车技术大范围应用。不应忽视的一点是，更轻的材料能给汽车行业带来超出想象的效益。”有数据显示，整车质量每减重10％，每百公里燃油消耗降低0.7升，尾气 排放降低7％，刹车距离缩短3～7米，零百加速缩短0.5秒。

碳纤维材料崭露头角

“在早期节能减排的大背景下，汽车行业很早就展开了整车轻量化的相关探索，从高强钢，到铝合金、镁合金，合金材料的应用已非常普遍；同时，也开始尝试工程塑料。”骆涛表示，“但是，随着行业对整车轻量化提出更高的要求，单一材料在平衡轻量化与高性能需求时常常‘束手无策’，多材料混合车身成为了整车企业考虑的方向。其中，轻质合金与碳纤维复合材料结合的车身结构，正成为整车轻量化的重要发展趋势之一。”

据介绍，与不少人的“常识”相左，碳纤维复合材料不仅能够实现更大程度的轻量化，相关参数丝毫不弱于、甚至优于传统金属材料。“从关键性能参数来看，碳纤维复合材料的密度远比金属材料低，而拉伸强度和模量成倍提升。我们的研究数据显示，碳纤维材料比绝大多数金属的比强度高7倍以上，比模量则在5倍以上。”骆涛说道。

目前，碳纤维复合材料在汽车产品上的主要应用包括了车身覆盖件、内饰件、外饰件和车身结构件。其性能的巨大潜力，让一些具有前瞻眼光的整车企业跃跃欲试。

骆涛表示：“在A、B、C柱的加强梁、顶盖横梁、包裹架等不容易被看到的部分，碳纤维复合材料同样能够发挥本身的特性，实际效果令人惊叹。”他给记者举了一个例子，一款大型SUV的C柱加强梁，原设计采用铝合金材料，但客户不太满意，提出了近一步增强刚度的需求；HRC采用了碳纤维复合材料设计的产品，提高了车身扭转刚度7.5％，减轻了部件重量，并降低了成本。

碳纤维带来的轻量化效果还在于，提升新能源汽车续驶里程，降低燃油车的油耗。目前，国内外不少车企采用碳纤维打造电池壳体，不仅是出于减重的考虑，更因其抗冲击性、耐腐蚀、耐久性强的优势，此外，产品造型设计也有新的提升空间。另据了解，虽然商用车市场对产品价格更为敏感，但也有车企出于提升品牌和竞争力的考量，大胆尝试采用碳纤维材料。尤其是在新能源商用车上，新材料的应用提供了新的技术路径，为新车型抢占市场提供支撑。

贯通碳纤维技术应用壁垒

十几年前碳纤维在汽车上的应用还停留在超级豪华、手工打造的跑车上面，彼时，碳纤维还是在手工小批量阶段，而非一个成熟的量产技术。后来逐渐在航天航空得到应用，但实际上航空的产量有限，一年也就几百的量，还远远达不到汽车行业这种高节拍的量产需求。国际范围内，汽车上最早推出量产应用要追溯到2012年宝马量产车型。之后，2016年宝马7系，2017年奥迪A8，也都采用了不同工艺的碳纤维复合材料零部件。

HRC在碳纤维制造方面，通过多年的产业布局和项目研发，已经累积出自己独特的核心优势，目前已为多家主机厂提供了复合材料的解决方案，同时建立了一支融合汽车和复材方面的高度专业团队，能够从材料出发，以应用为导向，进行双向推导和开发，同时，拥有全面的先进热塑及热固型复合材料加工工艺及设备。目前，HRC为国内外多家主流汽车客户开发的产品种类超过400种，合作品牌包括一汽、长安、长城、吉利、比亚迪、沃尔沃、广汽、吉利、路特斯、柯尼赛格等。

小鹏汇天X2飞行汽车，整机重560kg，代表未来绿色出行的交通工具。整个X2机身产品包括100多个碳纤维部件，HRC在此项目中，参与前期客户对整个机身产品的结构设计与制造可行性分析，从材料选择、结构胶选择到最终碳纤维产品的制造、加工、装配，HRC解决了诸多技术难题。通过一体化定位工装，HRC确保了最终产品的精度要求。

HRC汽车总经理骆涛表示，HRC拥有行业稀缺的汽车零部件量产能力，具有丰富的量产项目经验，已主导建立了多项碳纤维零部件相关团体及行业标准，如HRC参与工信部国家新材料示范平台项目，建立了《乘用车碳纤维外覆件外观及油漆性能通用标准》团体标准等。

HRC致力打造从材料到成型，到回收再利用的全产业链生态闭环。在研发环节，覆盖从材料验证、结构设计、仿真分析、模具夹具开发、工艺开发、制程优化、产品开发等能力。生产方面，基于产品造型、性能要求、外观要求和产能要求，可以选择最优的成型工艺，制造复合材料产品。例如A、B、C柱加强梁要求加工精度高、生产节拍快，可采用湿法模压；座椅、轮毂等部件要求成型质量稳定及低孔隙率，HRC采用热压罐工艺；制造多材质内饰件采用模压注塑工艺；电池包盖采用模压工艺；车门防撞梁采用拉挤缠绕工艺。

要充分发挥材料性能，在关键位置使用碳纤维，从材料、产品、工艺等方面进行整体设计，大型SUV上的C柱加强梁，使用连续纤维热塑预浸料模压+注塑成型，取代了原有铝合金件，基于保证质量不变的情况下，C柱加强板提高了车身扭转刚度7.5%。在零部件最关键的地方使用碳纤维，并采用掺有回收碳纤维材料的PA6，实现部件重量减轻的同时，还降低了成本。

在碳纤维仿真能力方面，2018年HRC收购英国“英智迪”，弥补了在碳纤维车身碰撞方面的短板，2021年成立HRC技术研究院，建立专业的碳纤维车身设计能力，解决OEM主机厂在碳纤维领域缺少设计标准与规范的问题。

在碳纤维回收再利用技术研发上，HRC建立了专业的碳纤维回收产线，热固性碳纤维的回收问题得到彻底的解决。将碳纤维材料进行回收利用，实现闭环处理，为大批量汽车使用打通壁垒。

HRC的研发、工程设计、量产三大业务板块，以技术革新为出发，相辅相成，引领碳纤维复材成型，赋能创新智造。通过这次技术开放日活动，对碳纤维材料的应用潜力有了新的认识，碳纤维汽车应用为低碳出行提质增效，希望在未来看到更多新车型搭载碳纤维产品。

技术、成本与协同的挑战

不过，碳纤维复合材料想要进一步扩大在汽车领域的应用，还面临不少的挑战。骆涛直言：“首先，这个行业相对比较‘年轻’，从事专业碳纤维研发及制造的企业也不是很多。其次，成本偏高也是一个问题，削弱了很多整车企业‘尝鲜’的积极性。此外，还有设计规范的问题，由于这个领域方兴未艾，很多车企从整车设计角度考虑碳纤维材料应用时，会面临缺乏设计标准与规范的问题。”

记者了解到，碳纤维的不同材料配方形成了不同的材料卡，获得一套材料卡的完整数据分析就要投入上百万元，而配方又是海量的级别，这也让很多看好这一领域的企业望而却步。

还有一个方面不得不提，碳纤维复合材料质量的稳定性至关重要，而自动化工艺的开发和应用是实现高质量开发制造的关键。目前行业中能够大批量生产碳纤维零部件的企业凤毛麟角，即使已具备自动化量产能力的企业依然也仍处于探索阶段。行业需要加快碳纤维自动化成型工艺，尤其是HP-RTM（高压树脂传递模塑成型）、碳纤维SMC（片状模压）以及模压注塑的开发应用。

对于碳纤维材料的推广应用来说，产业协同也必不可少。在骆涛看来，一是要进一步整合全球供应链资源，持续降低原材料采购成本；二是要加强技术路径引导，开展有针对性的技术交流，供需双方就技术路径深化共识，从设计端开始就着手解决生产端可能出现的问题；三是提升技术方案的整体性，对于碳纤维材料设计、结构、工艺进行全局规划，使技术人员在项目开发阶段就介入产品定义等环节，以免造成信息不对称，以及因开发理念差异阻碍落地。

“随着汽车产业的发展，各种新型材料不断投入应用，碳纤维复合材料已从最初的豪华车、高档车，逐步向中档车甚至入门级车型扩展。”骆涛表示，“碳纤维复合材料有广阔的应用空间，未来前景可期。”

文章来源： 中国汽车报，汽车与配件，后市场与汽车