鎮江澳盛：碳纖維復合材料汽車零部件輕量化設計方向探討

鎮江澳盛輕量化汽車科技有限公司成立于2021年9月，是江蘇澳盛復合材料有限公司全資子公司。

2024年4月25日，在第四屆車身大會上，鎮江澳盛輕量化汽車科技有限公司研發經理張世偉表示，碳纖維的應用現狀主要聚焦于內外飾和結構件領域。內外飾方面發展成熟，尤其在借鑒國外經驗的基礎上，國內應用迅速增長，其顯著優勢在于輕量化，且能滿足復雜造型需求，體現產品的高端化。后裝和改裝市場已相當成熟，前裝市場也在近年國內蓬勃發展，市場規模初步估算已達數十億。

在結構件領域，碳纖維因其出色的輕量化效果、高強度和安全性而備受關注。盡管結構件的開發工藝已能實現大規模生產，滿足量產車需求，但其在市場上的應用仍相對較少，尤其在后裝和改裝市場，因涉及車身整體設計，應用更為有限。

鎮江澳盛輕量化汽車科技有限公司研發經理

以下為演講內容整理:

澳盛碳纖維汽車零部件開發進展

鎮江澳盛成立于2021年，是江蘇澳盛的全資子公司。我們的核心工作是進行碳纖維復合材料零部件的研發、制造和銷售，核心制造工藝包括熱壓罐工藝、PCM工藝、SMC、RTM、拉擠拉纏、熱塑性模壓等。

當前碳纖維應用主要聚焦于內外飾和結構件兩大領域。在內外飾方面，其發展已相對成熟，國內在這一領域的應用也呈現出快速增長的態勢。碳纖維的主要優勢在于實現輕量化，同時能夠滿足復雜的造型設計需求。

圖源:演講嘉賓素材

結構件方面，碳纖維因其出色的輕量化效果、高強度和優越的安全性而備受關注。隨著生產工藝的不斷改進，結構件已能夠實現大批量生產，滿足量產車的需求。然而，目前結構件在碳纖維領域的應用仍然相對較少。

當前，前裝市場正在穩步提升，我們也在該領域加大了投入力度。最新發布的極氪007和極氪001FR均采用了我們的碳纖維零部件。極氪007的尾翼首次采用了鍛造紋理設計，極氪001FR的尾翼則采用了斜紋設計。這兩款尾翼均采用了閉合的空腔結構，并通過袋壓工藝實現了空腔結構一體成型。這種工藝無需多個部件組裝，由于其沒有接縫，不僅提升了美觀度，還增強了整體性能。同時，我們的壁厚可以設計為1mm甚至更薄，從而實現極致的輕量化效果。

第二種類型的尾翼，我們稱之為小尾翼。我們為智界S7供應的正是這種類似于裝飾件的小尾翼。這款尾翼采用了發泡混合結構，其中外板由碳纖維制成，內部安裝結構則運用了發泡工藝，其特點在于采用發泡填充技術。這是我們研發的第二代尾翼產品，相較于第一代尾翼的內外板結構件粘接，減少了生產工序，能夠降低成本，生產一致性和產品尺寸更好。

保險杠的研發上，我們為路特斯和極氪開發的后保險杠在工藝上頗為相似，采用熱壓罐+注塑工藝，以確保產品的堅固與耐用。在設計時，我們特別注重產品的美觀性，通過軟件分析確定分塊，以達到最佳視覺效果。

碳纖維內外飾設計

在內外飾的開發過程中，材料匹配關重要，我們針對內外飾研發了幾款材料。碳纖維的應用實現了減重50-60%甚至更高的效果，這在當前材料領域是罕見的，能夠實現大面積的有效減重。此外，我們采用了單向纖維和植物纖維兩種結構相結合的方式制造零部件。我們還采用了環氧樹脂或不飽和樹脂作為基材，其具有出色的耐腐蝕性和能量吸收性能。

紋理方面，我們目前主要采用三款設計。第一款是2*2斜紋，表層使用3K斜紋碳布材料，通過涂裝實現表面高光，啞光效果，表面碳纖維紋理保留較好，美感度佳。第二款是金絲混編紋理，通過3K碳布與金色芳綸纖維混合編織，表面碳纖維紋理更富有立體感。第三款是鍛造纖維紋理，表層使用CF-SMC材料，通過涂裝實現表面高光，啞光效果，表面具有獨特鍛造紋紋理效果。

目前內外飾主要制造工藝有熱壓罐、PCM和袋壓三種。熱壓罐工藝的壓力均勻，外觀紋理質量好，溫控均一性較好，產品孔隙率低，性能好，且模具成本相對較低，產品造型限制低。PCM工藝的設備能耗低，運行成本低，升降溫時間短，自動化程度高，制造效率較高。袋壓工藝壓力均勻，外觀質量好，使用壓機加熱固化，設備能耗低，升降溫時間短，制造效率相對高。

近年來，我們也在不斷進行優化，摸索出了一些新的工藝。如混合模壓，外觀與功能集成化，整體結構具有更好輕量化效果和更高的強度，一步成型取代了多步驟成型，能夠降低成本。但該工藝的難度較大，需要很多設計和不斷迭代，且需要匹配專用的樹脂材料。二是發泡混合，三明治結構具有極高的比強度，輕量化效果佳，能夠減少碳纖維用量，降低成本。三是熱塑模壓，成型節拍快，模壓孔隙率低，易回收，成本較低。

碳纖維結構件設計

針對不同場景下的車身結構件，我們開發了熱固快速成型材料、SMC材料、過電泳材料、熱塑性復合材料及玻纖預浸材料等。碳纖維的快速固化材料采用了T700級別，拉伸強度高達1000多mPa。為了滿足部分結構件在整車電泳過程中的需求，我們開發了一種高TG材料，增強了其耐溫性。為進一步降低成本，我們也在積極開發玻璃纖維復合材料，包括熱塑性的尼龍加玻纖、不飽和樹脂加玻纖等。

圖源:演講嘉賓素材

在結構件領域，我們積極推廣多種先進工藝，其中纏繞工藝較為突出。我們成立了專注于氫能源的公司，并計劃于年底實現設備的量產，主要用于氫氣瓶的制造。

此外，我們還深入研究了拉纏工藝，該工藝在風電領域已得到廣泛應用，現正逐步推廣至汽車制造中。我們在拉極工藝的基礎上，融入纏繞技術，以確保在維持材料軸向性能的同時，增強其徑向性能。這種綜合工藝使我們能夠制造汽車的結構件，如橫梁、承重部件以及電池盒等。

注塑模壓技術目前在國內尚處于推廣初期，但在國際市場上已有廣泛應用。我們主要采用玻纖與尼龍結合的材料方案，注塑部分采用尼龍加60%的玻纖，具有出色的功能集成性和輕量化效果。其成型工藝簡便，自動化程度高，但表面效果有待提升，更適用于功能結構件的制造，如轉換器支架、剎車踏板等。模壓注塑技術的難點在于大絲束碳纖維較難浸潤，導致我們只能使用小絲束碳纖維，成本較高。

混合模壓方面，多材料混合模壓的功能兼容性較好，我們在輪轂插片上就采用了“連續纖維+短纖維+鈑金+預埋”的結構，設計要點包括預埋件的收縮痕控制以及預埋結構材料流動性問題。

我們堅信，優秀的產品源于卓越的設計。因此，我們期望與客戶進行更深入的交流與合作，共同參與到產品的設計過程中。