「独家专题」HRC副总裁熊飞博士：从全生命周期审视碳纤维在新能源汽车中的应用优势( 二 ) 轻量化向来都是汽车行业里一

产品的LCA即产品生命周期评价包括了几个方面：一是与产品、工艺或行动相关的环境负荷的客观过程，它通过识别和量化能源与材料使用和环境排放，评价这些能源与材料使用和环境排放的影响，并评估和实施影响环境改善的机会，涉及产品、工艺或活动的整个生命周期，包括原材料提取和加工，生产、运输和分配，使用、再使用和维护，再循环以及最终处置；另一方面，生命周期是一个产品系统生命周期整个阶段，从原材料的提取和加工，到产品生产、包装、市场营销、使用、再使用和产品维护，直至再循环和最终废物处置的环境影响的工具。
细分到碳纤维复合材料，从汽车设计开发制造，到使用报废回收全生命周期过程，它的参与不但能降低综合成本，而且可以显著降低CO2排放量，实现经济和环境的双赢。
在汽车的整个开发过程中，碳纤维复合材料所带来的好处已十分显著。以汽车外覆盖件后备箱盖为例，传统后备箱盖是钢板冲压件，重量约为10kg ，替换为碳纤维复合材料以后，重量可降到4kg ，减重可达60% 。再如，采用回收碳纤维复合材料制成的备胎仓，其一体式设计提高了刚度，更重要的是改善了NVH性能，还大大提升了生产效率和产品一致性。
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备胎仓（网络数据案例）
在汽车运行工况的阶段，纤维增强复合材料汽车零部件的维护成本也更低。不同于钢材的易锈蚀，复合材料在在强化环境试验中，性能衰减很小。同时，复合材料由于增强纤维的存在，对于损伤裂纹非常不敏感，裂纹扩展缓慢，大大提升了汽车零部件的安全性、耐疲劳性和耐环境的使用寿命。另外，碳纤维复合材料径向压溃吸能是钢的6~7倍，铝合金的3~4倍，进一步保障了车辆安全。
此外，可回收利用是汽车整个生命周期必须要面对的问题。碳纤维复合材料汽车零部件在整个制造过程中的回收利用率很高，但根据不同的原材料类型，回收成本有所差异。例如，带有预浸树脂的预浸料废料可以采用化学溶解的办法进行回收，回收利用率和碳纤维性能保存率几乎能达到90%以上。而湿法模压和RTM工艺裁切下料的原材料是没有浸渍树脂的干纤维织物，下料剩余的边角料理论上可以100%回收，回收料根据纤维长短，可以制成长纤维毡、短切纤维SMC或工程塑料的短纤填料，而这些又可作为制备汽车内外饰零部件的原材料，并且碳纤维本身的性能几乎没有损失。例如，宝马i3的碳纤维零部件制造过程产生的干纤维边角料，回收利用制成碳纤维毡，设计用在顶盖外板和轮胎盖板上。
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宝马i3碳纤维回收毡顶盖
熊飞博士表示，目前比较棘手的是已固化的碳纤维复合材料，比如不合格品和报废品，以及整车报废以后的碳纤维复合材料零部件的回收比较困难，但是随着碳纤维用量越来越大，这一部分复合材料的回收方法日趋成熟，向低成本化和商业化加速发展。例如，回收的碳纤维以机械方式碾碎，作为工程塑料的填料，成本大幅下降的同时，也提高了碳纤维复合材料在汽车上的使用比例。从改装的保时捷911来看，碳纤维锻造SMC的外观非常酷炫个性，利用回收的碳纤维就可以达到这种效果。
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改装保时捷的911Turbo S— GTStreet RS 锻造碳纤维外观
如今，国内部分车企已开始在其推出的混合动力及新能源汽车上使用碳纤维复合材料。熊飞博士表示：“新能源汽车市场的利好对于碳纤维复合材料是一重大发展机遇，未来，批量应用主要集中在汽车内外饰、结构增强、功能集成三大领域。 ”
结构增强是一个突破口，像C柱加强件就通过局部增强设计实现了整车扭转刚度提升7.5% ，而成本却几乎没有增加。在功能集成这一高附加值方面，当下，车企为了强化产品的市场竞争力并有效控制成本，汽车模块化、集成化、平台化的趋势越来越明显。碳纤维复合材料本身的灵活性和多样性，使其最终制品具有优于传统材料的可设计性和优越性能，实现一体化成型制造，这不仅可以减少零部件的数量和模具数量，减少零部件连接等工序，还可以极大地缩短生产周期，降低制造成本。