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有沒有一種材料，既可以滿足顧客對其產(chǎn)品更長的行駛里程的期待，又可以達到歐盟在2015年對在歐洲銷售車輛設定的每公里二氧化碳排放量為130克的新標準，更為重要的是，同時還可以讓一個豪車品牌繼續(xù)保持良好的品牌溢價。
昂貴的、超輕的碳纖維或許就是這樣一個不錯的選擇。 本文來自123
藉此，寶馬對其全新開發(fā)的新能源車型品牌“i”的產(chǎn)品理念以及快速推進的姿態(tài)——大量使用碳纖維的鋰離子純電動汽車i3和插電式混合動力汽車i8，將分別于明年、后年上市——已在無形中將身邊的那些競爭者變成了追趕者。
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奔馳雖然幾乎與寶馬同步推出相關車型，但卻是基于現(xiàn)有的C級、E級、S級車型平臺，奧迪則是基于A3、Q5等車型平臺。 123456
寶馬走得很快，快得讓人忽略了從日本大竹到美國摩西湖，再到德國瓦克斯多夫、蘭茨胡特以及萊比錫的距離；忽略了昂貴的尖端材料碳纖維強化塑料（CFRP—Carbon Fibre Reinforced Plastics）從軍用或是航空飛行器的使用到民用的推廣速度；忽略了一輛全新電動或者插電式混合動力車型，從概念到量產(chǎn)的正常研發(fā)時間。
值得注意的是，這是寶馬憑借分布在3國5地的生產(chǎn)鏈條，首次率先實現(xiàn)大量使用碳纖維制造汽車，或者說這是碳纖維首次在i系列產(chǎn)品中得到廣泛應用。幕后的Project i團隊為此不斷壓縮車型開發(fā)時間——“就像是在使用時光穿梭機，兩年來我和我的同事取得了這么多進展” 。 copyright 123456
2012年4月，在i8 Spyder概念車于北京國際車展全球首發(fā)后，i產(chǎn)品概念經(jīng)理，負責i車身結構的設計和碳纖維材料應用的克里斯蒂安（Senger Christian）如此說道。
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碳纖維車身導致的輕量化，對于汽車工業(yè)具有重要意義。
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2012年3月，寶馬集團董事長雷瑟夫博士(Dr. Norbert Reithofer)在集團新聞年會上對全球媒體聲稱，他們“在應用碳纖維材料進行汽車制造領域擁有專業(yè)技術”，這將使他們“在輕量化車身制造方面取得領先優(yōu)勢”。
然而，追趕者的實力仍然值得關注，尤其是其他車企與主流碳纖維制造商的結盟。
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除了與寶馬合作的日本三菱麗陽株式會社（Mitsubishi Rayon）和德國SGL公司，其他重要碳纖維生產(chǎn)企業(yè)還有日本的東麗株式會社(Toray Industries,Inc.)、帝人株式會社（TEIJIN）、美國的卓爾泰克(ZOLTEK)、阿克蘇(AKZO)、阿爾迪拉(ALDILI)等（日本三家企業(yè)占據(jù)世界78%左右的份額），也在輔助奔馳、大眾和通用等企業(yè)進入碳纖維輕量化的發(fā)展路線。
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世界汽車工業(yè)在綠色環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展道路上正在進行一場使用碳纖維材料的輕量化賽跑。
黑色黃金
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汽車的整車重量降低10%，燃油效率可以提高6%~8%；汽車重量每減少100公斤，每行駛100公里的里程，油耗便可降低0.3~0.6升，二氧化碳的排放可以減少500克。 123,123
由于汽車輕量化對提高汽車各性能的貢獻，引發(fā)了輕量化材料的開發(fā)，其中CFRP已經(jīng)成為研發(fā)的熱點。
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現(xiàn)在的傳統(tǒng)汽車，鋼鐵材料約占車體重的3/4，用CFRP制造的車身和底盤可以減重40%~60%，相當于鋼結構的1/3~1/6，但其抗拉強度卻是同等截面鋼材的7?10倍。 內(nèi)容來自123456
CFRP是由塑料基體（環(huán)氧樹脂）包圍的碳纖維組成，樹脂對纖維起到了支持和保護的作用，它比鋁輕30%，比鋼輕50%，有特別好的吸收碰撞能量的特殊性能，并且永遠不會腐蝕，不會因為疲勞而老化、撕裂。它因此被譽為“黑色黃金”，是繼石器和鋼鐵等金屬之后的“第三代材料”。 copyright 123456
但是，通常情況下，CFRP比鋼材價格要貴20倍。它在當下所具備的這種極端價值特點和物理屬性，只有對價格不敏感的國家軍事領域、航空航天飛行器等會大量采用，如新近出海的世界上第一個按照全隱形規(guī)范由碳纖維制造的瑞典維斯比護衛(wèi)艦，或是被稱為“夢想客機”的美國波音787飛機，70%~80%的材質(zhì)都采用了碳纖維。 本文來自123
目前，CFRP在F1賽車、高級轎車和小批量車型上有所應用，如法拉利F430裝備的碳纖維制動盤，馬自達RX-8傳動軸，豐田1/X混合動力車車身骨架，英國Kahm公司使用CFRP制造RX-X高級轎車專用車輪，奧迪R8 Spyder跑車的車頂、行李箱的兩邊及頂部，奔馳SLR邁凱輪高性能跑車幾乎完全由碳纖維復合材料制成。
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2012年3月，寶馬在日內(nèi)瓦亮相的M6，其車頂同樣也應用了CFRP。但寶馬決定膽子更大一些，在i系列新能源汽車中大量使用這種碳纖維材料。 123,123
因為如果要實現(xiàn)更長距離的行駛，尤其是電動車在增加250~300公斤電池重量后，這種重量輕、強度高和耐腐蝕的碳纖維復合材料制造座艙結構，同時由電池、驅(qū)動系統(tǒng)等組成的驅(qū)動模塊也將由輕質(zhì)鋁質(zhì)材料制成，可以抵消大型電池組通常會給汽車帶來的額外負荷。
寶馬i系列車型如果在配備了100千瓦電動機和電池后，使用碳纖維零部件正好可以抵消電池的重量，i8 Spyder概念車的重量為1630公斤，能夠比傳統(tǒng)新能源汽車減輕250~350公斤，使得i系列產(chǎn)品在運動操控性和續(xù)航里程兩項指標上都有大幅度的提升，譬如2014年將推出的i8的操控可以和寶馬高性能轎車M3相提并論。 123,123
操控優(yōu)異之外，強度也是一流。碳纖維有著出眾的能量吸收能力，非常耐碰撞。在不影響安全性的前提下，它是車身制造中可以使用的最輕質(zhì)的材料。這種高強度的秘密在于碳纖維特殊的抗撕裂性能，使其在沿著纖維的方向上具有巨大的韌性。 123456
這一特殊性能意味著它可以調(diào)整到符合其負荷的最佳形態(tài)。正如在自然界中動物骨骼或植物只在需要的地方形成較厚的結構，人們只需在需要重點防護的地方調(diào)整纖維的方向和用量，就能實現(xiàn)更好的安全保護。
比如用一個柱子以時速35公里撞擊車輛側部，對于普通鋼板制造的車身，實驗結果是撞擊深度可達450毫米，而使用碳纖維制造的i3，實驗結果只有225毫米左右。而且假設有一顆樹正面倒下來，如果是鋼材車身，汽車會整個變形，而碳纖維車身只是接觸的地方是凹進去，凹進去的部分可以切掉，再用粘貼的方法來修復，比其他車身容易多了。
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同時，碳纖維永遠不會腐蝕，除非在與不是碳纖維的材料結合時，那時它容易在交點發(fā)生腐蝕，但只要在這些地方額外注意防腐蝕措施就可避免。 123456
而碳纖維具有的一體式結構特點還有好處，就是在未來極有可能將車內(nèi)乘員座位部分設計成一個整體——如果是鐵制需要焊接50~60個部件，而碳纖維復合材料制只需焊接3個部件即可，生產(chǎn)效率大大提高。
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輕量化對于提高車輛的加速性、控制穩(wěn)定性、噪音、振動，碰撞時減小慣性和制動距離都有著積極的作用。
當然，盡管碳纖維材料有著眾多優(yōu)點，但是由于汽車整體結構、工藝的復雜性以及各車體部位功能的不同，即使汽車輕量化已成未來發(fā)展趨勢，包括鋼材等金屬材料，在今后的一段時期內(nèi)仍然難以被完全替代。
艱難量產(chǎn) 123,123
現(xiàn)在，仍然是碳纖維材料商用化的起步階段。
從日本廣島縣西南部的大竹市，到德國東部的萊比錫有多遠，期間還要在美國西雅圖的摩西湖、德國的瓦克斯多夫和蘭茨胡特工廠，進行3次停留，才能將碳纖維這種材料完整地呈現(xiàn)在一輛i系列車型。
為什么碳纖維在汽車上的大批量使用會如此周折？因為從成本到生產(chǎn)周期、生產(chǎn)工藝，以及市場的競爭壓力，遠沒有生產(chǎn)一輛內(nèi)燃機汽車或者在原車型上研發(fā)新能源汽車容易或者有跡可循。
碳纖維的生產(chǎn)起點是聚丙烯腈制成的一種纖維，這種成分在羊毛織物上也有出現(xiàn)，它的制造過程很不簡單： 內(nèi)容來自123456
纖維要在不同的溫度和壓力下進行工藝制造，之后將纖維的各種構成要素通過氣化剔除，只剩下幾乎由純碳組成的7微米的纖維，然后將單個纖維捆綁成纖維束或粗紗，粗紗經(jīng)過加工成為特殊未經(jīng)織造的纖維織物，再把纖維織物進行尺寸切割，從而獲得立體輪廓，接著將樹脂原料高壓注射到預成型件內(nèi)部，再對之進行硬化，然后采用水射流切割機進行最后的加工。 123,123
在這個過程中，如何確保碳纖維的穩(wěn)定形狀，并以最大精確度結合在一起是關鍵。
碳纖維有非常好的物理特性的一面，也有需要小心翼翼進行加工的一面。它的韌性和強度之所以這么高是因為每一縷碳纖維是由5萬根單個纖維組成的。由于纖維的走向、角度、松緊、結成的層數(shù)經(jīng)過人為的設計之后，會表現(xiàn)不同的性能，這樣就增加了設計的難度和復雜性。
目前寶馬使用的是樹脂傳遞模塑(RTM)進行高壓樹脂注射技術，也稱為浸漬。脂浸漬纖維是一個非常復雜的工藝流程，充滿了各種互相矛盾的要求。例如，一方面樹脂必須在最快的時間達到材料的各個區(qū)域，浸漬每根纖維；而另一方面，在樹脂浸漬所有材料后需要盡快硬化。 內(nèi)容來自123456
在寶馬總部慕尼黑東北65公里的德國的蘭茨胡特工廠，碳纖維強化塑料（CFRP）車間擁有大約200名員工，從事材料、工藝開發(fā)以及高科技超輕碳纖維強化塑料材料的制造。 內(nèi)容來自123456
蘭茨胡特創(chuàng)新及科技中心（LITZ）在早期階段即積極參與新車研發(fā)的過程，它作為電動交通和輕質(zhì)車身結構的技術支持中心，在遍布14個國家的25家制造和裝配工廠的寶馬集團生產(chǎn)網(wǎng)絡中發(fā)揮著重要的作用。
過去的十年中，這家工廠已在碳纖維強化塑料材料專有的生產(chǎn)工藝、有效加工及優(yōu)化生產(chǎn)周期方面取得豐富的經(jīng)驗，2012年3月，在CFRP車間，同屬于Project i的瑞哈特（Andreas Reinhardt）稱，這使得大批量、具有經(jīng)濟效益的生產(chǎn)寶馬i車型使用的碳纖維車身部件變成可能。
寶馬的蘭茨胡特工廠，2012年的春天剛剛將每天M3車型碳纖維車頂?shù)纳a(chǎn)數(shù)字從50個提升到70個，要知道2003年M3碳纖維車頂首次批量生產(chǎn)當年，一共只生產(chǎn)了1200個車頂。 123456
碳纖維部件的成型時間，以前需要兩個小時，現(xiàn)在寶馬能夠控制在10分鐘內(nèi)。這已經(jīng)是很大的進步。
瑞哈特說：“碳纖維從原料到零部件，是從一個簡單的部件然后一步一步過渡來的，這個過程相當復雜?，F(xiàn)在因為這種部件要制成成品或加工的時間還是特別長，需要要把時間壓下來。” 123456
影響碳纖維量產(chǎn)的原因正在逐漸減少。目前來看，雖然它的價格依然是同等鋼材的20倍左右，并且隨著波音和空客對碳纖維的巨大需求，導致碳纖維的需求量以每年10％上下的速度遞增（2011年的全球銷量為4.4萬噸）價格也跟著不斷上漲。
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不過，瑞哈特說，寶馬i系列產(chǎn)品用的纖維，成本可以控制在傳統(tǒng)碳纖維材料的一半左右，因為它不是航天航空用的纖維，所以不需要那么高標準的抗撕裂性。
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而同時寶馬集團已經(jīng)發(fā)展出分離生產(chǎn)廢料回收成工業(yè)等級質(zhì)量原料的做法，此系統(tǒng)在世界上尚為首次使用，使大量的碳纖維廢料能夠重返生產(chǎn)鏈中。 內(nèi)容來自123456
隨著碳纖維材料價格的進一步下降和回收技術的確定，預計未來其應用將從傳動軸、車身、剎車片和引擎蓋等推廣到汽車的其它部件和結構材料，并從豪華車型普及到大眾車型。 123,123
你追我趕 copyright 123456
用碳纖維武裝的寶馬i系列產(chǎn)品，讓寶馬有可能成為新能源汽車市場的先行者，它的背后，其實也是一場原料供應商之間的較量。
如同寶馬碳纖維材料的合作伙伴是三菱麗陽和德國SGL一樣，奔馳、豐田和斯巴魯汽車背后是日本東麗，通用汽車背后則是日本帝人，而福特的結盟對象是陶氏化學。 內(nèi)容來自123456
尤其是碳纖維行業(yè)的頂級制造商日本東麗，這或許可以讓奔馳等企業(yè)享受到更大規(guī)模產(chǎn)能和先進技術帶來的成本優(yōu)勢和產(chǎn)品優(yōu)勢。 123456
2009年初，東麗決定在歐洲建立一個碳纖維增強塑料研發(fā)地，從事歐洲本地區(qū)的碳纖維增強塑料的研發(fā)和生產(chǎn)。2011年，它的碳纖維產(chǎn)能即為1.79萬噸／年。
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眾所周知，三菱麗陽要在2015年才能實現(xiàn)1.38萬噸/年的規(guī)劃產(chǎn)能，這也將影響各自結盟的汽車企業(yè)推出的新能源產(chǎn)品的未來售價和市場競爭力。
對于成本控制，在2010年底，東麗向雷克薩斯LFA汽車提供的引擎罩和車頂中使用的碳纖維，以及斯巴魯跑車可選裝的碳纖維車頂時，豐田就表示，“已經(jīng)研發(fā)出新的生產(chǎn)技術，這將極大地削減鋼鐵和碳纖維的成本差距”。 123456
從今年開始，東麗將向奔馳供應超過1萬輛汽車使用的碳纖維合成塑料，然后逐漸擴充至每年2~3萬輛，相信隨著供應量的增大，成本將會隨之下降。
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但是寶馬為什么選擇三菱麗陽，而不是東麗？ 本文來自123
2011年5月德國政府宣布在未來的十數(shù)年關閉境內(nèi)核電站，轉(zhuǎn)向風力發(fā)電。我們知道，55米以上風電葉片的關鍵部位必須要用碳纖維復合材料，一組葉片大約需要用碳纖維復合材料幾百到一千多千克，風電葉片顯然是未來碳纖維市場的主要增長方向。 123,123
而為德國風電提供碳纖維的企業(yè)正是三菱麗陽，三菱麗陽并且為此啟動了2700噸生產(chǎn)線。如果寶馬參與到這種量級的碳纖維需求中，或許可以幫助自身降低采購成本。
同樣在忙碌的還有大眾，在去年3月，大眾購買了寶馬目前大量持股的德國碳纖維企業(yè)SGL的股份，成為其第二大股東，以期分享技術成果，這讓人回憶起當年這兩家汽車公司爭奪英國豪車品牌勞斯萊斯時的針鋒相對。
世界知名碳纖維材料提供商的日本帝人，正在將碳纖維材料合成的時間從5分鐘縮短至1分鐘，這或?qū)⑹歉锩缘募夹g突破。通用汽車正在與其合作，設計了2015年和2020年產(chǎn)品計劃。 內(nèi)容來自123456
如果福特與陶氏化學的結盟順利的話，從2015年開始起福特新車將大量采用碳纖維零部件，在2020年大幅推進車輛輕量化，新款轎車及卡車將采用輕質(zhì)材料，減重幅度將在113.4~340.2公斤，滿足2025年美國市場售出新車平均燃效值54.4mpg（英里/加侖）的要求。
盡管如此，寶馬對于使用碳纖維材料的i系列產(chǎn)品看起來還是非常具有信心。 copyright 123456
寶馬Project i產(chǎn)品概念經(jīng)理克里斯蒂安說：“我們現(xiàn)在還不能公布價格，但是可能不會像你想象的那么遙不可及，應該不會是一個非常超乎想象的結果。因為寶馬投入了很多精力和資源開發(fā)這個車系，我們未來面對的并不是一個小眾群體，我們希望將來它是一個不斷增長的業(yè)務。”
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