HRC：高成本成最大阻碍？辩证看待碳纤维在汽车轻量化领域的大规模量产

HRC在成立短短5年的时间内迅速崛起，见证了碳纤维在中国汽车行业应用中的方兴未艾。对于碳纤维在汽车轻量化领域能否大规模应用这一持续争议话题，HRC一直倡导的理念是“合适的材料用于正确的地方”，而且，大规模量产并非指单车的普遍大量使用，而是指能够在普通车型上局部使用，从而达到行业的大规模量产。

全球范围内，迫在眉睫的节能减排政策对传统及新兴汽车市场日趋加严，面对这一严峻考验，车企将汽车轻量化作为重要突破口，当然这也是未来汽车行业的必然选择。目前，汽车轻量化的途径主要有3种：应用轻量化材料、优化结构设计、运用先进的制造工艺。

HRC全球业务拓展总监、德国分公司董事总经理 Erich Fries

远不止是轻质，全面理解碳纤维的应用优势

碳纤维究竟有哪些无可替代的优势？

基于HRC所秉持的“远不止是轻质“这一理念，我们需要对碳纤维的应用有更全面的认识。大家对车身轻量化这一点已十分了解，碳纤维密度小，比钢结构减重50%，比镁/铝合金结构减重达30%，直接影响车辆的节能、加速、制动性能。

碳纤维的其它优异性能也不能被忽略。例如，碳纤维的碰撞吸能是钢的6~7倍、铝的3~4倍，进一步保障车辆安全；更高的震动阻尼可提升整车NVH性能，提升驾乘舒适性；集成度高，造型自由，可减少零部件数量；颠覆传统工艺流程，节约生产投入等等。

具体的应用案例更有说服力。一是在国家重点研发计划“轻量化纯电动轿车集成开发技术“项目中，由HRC制造的产品之一 ——纯碳纤维侧围总成总重44 kg，比传统的金属总成重量降低50%左右。另外，以HRC集团成员Engenuity负责工程设计及试制的复合材料C柱加强件为例，该产品是为欧洲知名主机厂量身定制的车身创新产品，采用30%回收碳纤维+PA6+热塑性碳纤维单向预浸带加强注塑，在不增加成本的基础上较金属结构件减重30%，提高整车扭转刚度7.5%，此外还能满足柔性生产需求，具有灵活性的设计方案可适应多种生产平台。

辩证看待碳纤维的大规模量产，合适的材料用于正确的地方

如此优秀的碳纤维，目前的应用规模到底如何呢？

不言而喻，碳纤维在赛车、超跑及一些高档豪华轿车上的应用已占主导。尤其自宝马公司率先将碳纤维大量应用于i3和i8等量产车型以来，汽车行业掀起一阵碳纤维研究和应用探讨的热潮，可以说，2013-2016年，宝马带动了碳纤维在汽车行业的应用与发展。但也必须正视，碳纤维的高成本影响了宝马i3、i8的盈利能力，这促使宝马为了保持利润不得不限制其应用比例，重新考虑金属材料。

不只是宝马，高成本更是业界对于碳纤维能否在汽车轻量化领域大规模应用的最大争议点。尤其对于近几年一直在低谷徘徊的汽车行业，2020年意料之外的“新冠肺炎”疫情无疑是雪上加霜，“成本控制”一直是困扰车企的新焦虑。如此一来，碳纤维在汽车行业的大规模量产与应用似乎不太乐观。

Erich Fries表示：“对于中低档价位车型，大规模应用碳纤维材料的确并不现实。但目前，业界对于高性能复合材料在汽车上的应用已有一个普遍的共识——‘合适的材料用于正确的地方’。而且，我们认为，对于复合材料在汽车行业的大规模量产并非指单车的普遍大量使用，而是指能够在普通车型上局部使用，从而达到行业的大规模量产。”

另外，碳纤维的成本也在朝着下降的趋势发展。一方面，供应链上涌现了更多有价格竞争力的供应商，其产品质量也得到了测试和验证；另一方面，因创新工艺，如热塑性工艺的成熟应用，以及自动化生产程度提高，碳纤维成本结构中原本占比最大的成型环节也在逐渐降低。

在这一认知的基础上，HRC对于市场的规划和展望也分成了三个部分：一是现有超跑及豪华车市场：注重点更多在于车辆性能的极致提升，对价格相对来说不敏感，可单车大面积使用碳纤维材料；二是中低档车型：具有重点部位加强的需求或借由高端材料使用提高产品辨识度和市场竞争力，可适当进行局部传统零部件的替换；上述两种情况都是HRC的现有市场，对其也非常乐观，其终极目标希望是当材料和工艺成本有充分竞争力时，把自由选择的权力最终归还给客户。

强化核心实力，HRC形成集研发、设计、生产于一体的架构

HRC是创业新型企业，成立时间虽不长却一步步见证了碳纤维材料在中国汽车行业应用中的方兴未艾。据了解，在汽车碳纤维零部件的工业化生产及配套这一细分领域，无论是服务范围的完善程度、专业化程度、客户的类别与数量，以及开发及生产产品的多样性， HRC在中国乃至全球市场上都处于领先地位。

这不免让人探究，HRC迅速崛起的秘诀是什么？通过访谈，笔者发现这或许归因于敏锐的市场洞见、果敢的战略布局与高效的执行力。具体而言，HRC对内大力投入扩充产能，灵活满足客户需求；对外通过收购、合作等方式增强技术与研发实力，提升核心竞争力并开发面向未来的创新解决方案。

的确，企业都是这样一步步走来，制造型企业尤为如此，成功没有捷径。我们不妨回顾一下HRC的发展之路。

2014年，HRC正式开始商业实践，大力推广碳纤维复合材料轻量化的理念和综合解决方案。彼时国内诸多的主机厂也普遍缺乏复合材料方面的专业人员，但随着国家对于CO2排放的要求日益严格，轻量化成为了主机厂亟待解决的问题之一。

通过早期一些热固型生产项目的实践，HRC在位于江苏省常熟市的生产中心内建立并完善了生产和质量体系，以确保产品能够满足质量标准下线并交付至OEM装配线。随着公司的发展壮大，HRC引入了更多样化的生产设备，同时不断完善胶结、机加工、检测等辅助生产功能区域，基于此能以更全面的方案和更有竞争力的价格来应对客户灵活的、多元化的需求。最近，HRC完成了一大批复杂结构零部件的预浸料模压成型， 2500 t和1500 t碳纤维SMC压机投入也完成了最后的调试生产，进一步扩充现有产能，可实现年产20万件高性能复合材料零部件。

2018年，HRC收购了拥有26年专业复材工程经验的英国专家型公司Engenuity以加强工程设计及研发能力。由此，整车制造合作伙伴从开发早期阶段就能够将材料整合到车身轻量化设计中，通过仿真分析等技术对产品的设计是否符合预期目标作出预判分析，通过分析找到问题源头，并对设计进行调整优化，这也很大程度上提高了主机厂对新产品应用的信心。

2019年底，HRC与德国弗劳恩霍夫化学技术研究院（Fraunhofer ICT）共同建立的亚洲最大的先进复合材料技术中心（ACTC）正式投入运营，主要研究领域便是代表未来方向的复合材料量产技术，配备有碳纤维SMC模压、二次注塑、自动铺带等多种世界最领先热固及热塑成型设备。另外，在Engenuity参与建设的实验室，研发人员可对不同原材料配方进行评估，以确定它们是否适合行业特定的应用需求。

2019年，HRC与福伊特和德国知名的研究机构ITA就高压储氢容器的市场化达成了合作协议，目的是为燃料电池电动汽车开发下一代高压储氢罐创新解决方案，并最终从小批量到工业级的规模化生产。今后，HRC还将在先进高压储氢瓶生产技术和设备上加大投入，完善配套专业技术团队，以便为客户提供成本效益兼顾的解决方案。

从轻量化诉求出发，HRC提供全面的复合材料解决方案

基于HRC的“内外兼修”，现形成了集复合材料零部件工程设计（Engenuity）、批量生产（江苏亨睿碳纤维科技有限公司）、量产成型技术研发（ACTC）于一身的主体架构，HRC可为全球客户提供整套全方位目标产品碳纤维解决方案。

以下的案例可详细说明HRC在所处供应链上发挥的价值与作用。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、集成化的趋势越来越明显。作为解决方案供应商，HRC不仅仅提供零部件、总成制造，更倾向于在使用碳纤维复合材料这一想法确定的时候就参与项目，可以为客户提供选材，设计等方面的建议和支持。

Erich Fries表示：“我们已与多家主机厂展开合作，利用开发的先进碳纤维增强复合材料（CFRP）结构作为其平台路线图中的关键模块之一。我们认为这种嵌入式综合配套机制的打造和团队能力提升需要大量工程实践项目去承载，从方案来说，无论是设计的契合度还是制造交付方面的协调，需要有明确的目标和指向，也需要一定的弹性空间，在开发之初考虑平台中客户不同车型的差异化需求的满足，我们会更注重这两者的平衡。”

例如，车辆中的某些附加部件或易于互换的部件可采用模块化碳纤维复合材料解决方案。前后碰撞结构设计易于拆卸，因为它们在低速碰撞中最常受损。一些主机厂正在调研碳纤维（CFRP）防撞结构以及碳纤维、玻璃纤维或混合保险杠梁的应用。由于复合材料吸能是传统金属材料的3倍以上，这些吸能部位应用碳纤维的减重成效十分显著。而且，它们可以与传统的替代部件并行设计开发。主机厂既可以选择将其用于高端衍生品，也可以随着开发及制造成本的降低，逐步探索碳纤维零部件在不同级别的汽车上更加广泛的应用。

得益于这一协作的过程，HRC强化了与主机厂的合作关系。Erich Fries表示：“尤为值得一提的是，主机厂通过这些并行项目的资源投入，积累了碳纤维复合材料零部件应用的知识，对复合材料在汽车上应用的可行性分析和理解也更加全面，对碳纤维复合材料产业供应链的认识也不断完善，这确保他们在原材料成本进一步降低时，能够对大规模量产部署作出最及时有效的反应，把握准切入市场的机会。”

洞察行业趋势，HRC开发面向未来的创新方案

目前来看，碳纤维在单车上的应用主要在车身结构件、覆盖件、座椅系统等多个部位，单车价值从数千元人民币到几十万元不等。尤其在新能源汽车领域，为了优化空间布局，同时达到减重以提升车辆续驶里程的目标，碳纤维应用范围与比例也有所上升。Erich Fries也强调道：“未来一段时间内，除了现有已经使用碳纤维或进行预研以及积极尝试的一些车型之外，新能源汽车尤其是氢燃料电池汽车概念车上的应用比例将有所上升。”

例如，目前主机厂和供应商最大的挑战之一是关于未来氢燃料电池汽车的概念开发，其将安装高压储氢罐，而储氢罐是氢燃料电池汽车成本居高不下的因素之一。在这样的背景下，氢燃料电池汽车迫切需要具有高成本效益的新一代高压储氢容器解决方案来推动它本身的发展，其中，使用缠绕工艺的碳纤维储氢罐的概念和相关产品研发使用，对解决方案的可行性将起到决定性作用。

不仅是新能源汽车，更迫切的或许是来自商用车方面的需求。从减重，保障安全行驶和和稳定等刚性需求出发，复合材料零部件在商用车上应用前景同样广阔。同样源于复合材料良好的阻尼性能，能为车辆减震降噪，对道路安全，城市环境起到了维护作用。举例来说，现在国外已经把复合材料板簧这一产品成功地应用到了重型载货车、轻型车、大型客车等多种车型上，而国内还处在研发试制的初始阶段。通过联合调动上下游知名国际原材料及设备企业，HRC已成功研发出了一款玻纤板簧，通过多部件一体化设计开发，这款玻纤板簧有效平衡了成本控制和性能提升。同时，其耐疲劳，抗腐蚀，减震效果明显，比传统金属板簧轻60%；紧凑型设计可提高75%车内空间，设计灵活度高；该部件采用HP-RTM自动化工艺生产，年产能超过10万件，能够满足大批量需求，并且保障了产品的高度一致。

结语：汽车市场艰难如何迎接挑战？

访谈最后，笔者问询到全球车市波动及当下的疫情对HRC业务及未来发展的影响，这也是当下每个企业的现实困境。Erich Fries表示：“当然，目前的形势正在动摇全球市场，2020年是艰难的一年。我们正利用目前的形势为HRC今后的项目做足准备，也跟我们的客户保持着密切联系，以了解他们未来的需求和面临的挑战。除了汽车，我们也在密集部署航空等领域的资源，正如2020年6月初所宣布的，我们已经投建了高性能航空复合材料零部件量产基地，向航空和轨道交通市场又迈近了一步。”