【专访】吉利汽车张双华：自主品牌汽车首次攻克碳纤维技术难题

　　【汽车材料网】碳纤维具有其他材料不可比拟的密度、比强度、比模量等全方位力学性能，在实现轻量化的同时还可使汽车的安全性能得到提高，近年来在汽车中的应用比例显著提升。目前，各大车企也在积极与碳纤维企业展开合作，加快产业布局，抢占车用碳纤维轻量化市场。但是碳纤维作为一种新兴的轻量化材料，不可避免的存在一些应用技术问题，中国汽车材料网有幸邀请到吉利汽车集团领克品牌研究院张双华与大家分享 国内自主汽车企业如何攻克技术难关。

　　洞察行业趋势 制定技术标准

　　随着复合材料技术的不断进步，碳纤维复合材料在汽车车身、底盘、内外饰、动力系统等多部位都有所应用。目前，国内主机厂应用碳纤维复合材料的量产车型有前途K50、领克03+、Polestar1、长城VV7GT巴博斯等。

　　碳纤维复合材料在汽车外饰上的应用碳纤维复合材料在汽车车身和内外饰上的应用更为广泛，基于此，张双华带头起草了吉利汽车研究院（宁波）有限公司的《乘用车碳纤维外饰件技术规范》，同时联合江苏亨睿碳纤维科技有限公司等单位编制了《乘用车碳纤维外覆盖件外观及油漆性能通用标准》行业标准，并于2021年4月发布。该标准是国内首个碳纤维外饰件标准，适用于机盖、翼子板、车门、侧围、行李箱、扰流板等带碳纤维织物纹理复合材料乘用车外覆盖件。

　　张双华认为，该标准定位准确、起点高，技术先进、结构合理，填补了吉利乃至国内乘用车碳纤维外饰件技术规范标准的空白，为碳纤维复合材料在汽车外饰件上的广泛应用提供科学指导。对于规范碳纤维复合材料应用在汽车外饰件的生产，统一产品的各项技术及性能指标，有实际的指导意义。该标准的实施，可以被碳纤维复合材料外饰件的生产单位、汽车厂家、质量监督和检测单位等广泛采用，将有利于指导碳纤维复合材料应用在汽车外饰件的生产、使用、运输、储存、检测和管理，有利于碳纤维复合材料外饰件产品质量管控和提高企业技术水平，有利于碳纤维复合材料外饰件产品推广应用和提高市场竞争力。

　　创新制造工艺 应对技术难题

　　关于乘用车外饰件的碳纤维材料加工工艺。张双华介绍：目前无论是高端性能还是售后改装市场，采用的热压罐工艺较多。如果产品的曲面简单，对裸露碳纤维纹理要求不高，可采用模压工艺。对于只做十几套样品的情况，可采用真空导流工艺。

　　上述三种工艺，仅适用于小批量的生产，用于批量生产，生产周期是它的瓶颈。对于一些造型曲面复杂、外观质量要求高的汽车零部件（如尾翼、前唇、后扰流等），采用热压罐工艺24小时最多只能生产3套。为了提高产能，张双华团队正在研究一种新的模内固化成型工艺，在产品相同的情况下，相比于热压罐工艺，平均每天产能可以提高一倍以上，该工艺目前已在试制阶段。

　　除了制造工艺，碳纤维复合材料在汽车上的应用上也普遍存在一些质量问题，例如黄变、缩孔等。针对这些问题，张双华团队也有其独特的解决方式。

　　黄变问题

　　碳纤维本身并不会出现黄变和缩孔，但为了提高后续制件性能，碳丝编制成碳布后，需要涂敷树脂或预浸树脂，目前常用的树脂是环氧树脂，其自身存在固化物黄变的化学特性。

　　环氧树脂的固化物黄变现象主要途径有光氧化，热氧化，水解、析出，未完全固化等。比如固化物以及固化物中添加剂的析出，通过光降解与热降解产生黄变。环氧组合料中，无论再完美的配方，都无法百分百做到完全固化。这种未完全固化的产物，都会有微量的环氧基残留，这时候的环氧基中的苯醚键、环氧基的β键碳键以及分子骨架的苯环都很容易被氧化成羰基以及不饱和的烯烃键，这两类化学键都容易进一步被氧化发色。其主要机理是通过亲核自由基攻击在环氧碳-碳主链中形成热氧化羰基而发生变黄。环氧树脂中羰基的氧化形成是黄变的原因，且这种黄变是不可逆的。

　　此外，双氰胺的固化产物，氮元素本身就属于低价态的缺电子形态，容易与其他化学键形成共享电子对，因此固化物的三级氨、未完全固化的二级氨以及氰基键，都容易氧化变色。

　　为了克服黄变问题，吉利在预浸料树脂上做了大量的分析研究工作，收效甚微。最后研究人员改变策略，通过成型后的产品表面处理来解决这一问题，也就是通过改进涂层的油漆配方。

　　缩孔问题

　　由于外饰件采用斜纹预浸料，成型后树脂并没有完全填实编织布的格子间隙，产品成型后直接进行喷砂打磨，随后进行表面喷漆。受环氧树脂的特性和环境温度的影响，通过高温固化成型后，经过一段时间，固化物分子链也会相对运动。因此随着时间和温度的变化，最终编织布的格子缝隙就慢慢地显现出来了。

　　为了克服这一问题，固化成型后，产品在80°以上的温箱中存放一定的时间，让产品有充足的时间后固化。之后再进行喷砂打磨等后续工作，就能解决缩孔问题。

　　提升汽车品质 引领行业前行

　　碳纤维材料可以说是尖端材料的代名词，有着“黑色黄金”的美誉。我们比较熟悉的是其在高端性能车和改装车上的使用。除此之外，碳纤维复合材料也会应用在诸如飞机、高铁及军工产品等工具上。

　　领克03+是一款主打运动和个性的紧凑型轿车，搭载碳纤维材料运动外观套件，让消费者体验跑车般的奢华体验。领克03+首发预售仅3秒就全部售罄，上市之后令市场大为震撼。受此影响，许多汽车主机厂纷纷开始尝试将碳纤维复合材料应用在汽车外饰上。领克03+采用碳纤运动外观套件，给国内汽车主机厂起到引领作用，推动碳纤维复合材料在国内汽车应用的发展。张双华表示，“未来，我们会有更多的车型和更多的零部件采用碳纤维材料，敬请各位期待！”

　　专家介绍

　　张双华，主任工程师，任职于吉利汽车集团领克品牌研究院，2016年加入吉利汽车，统筹远景X3整车外饰的设计开发和产品验证工作。2017年加入领克汽车，主导领克03+外饰开发工作，特别是攻克了碳纤维在汽车外饰上应用的多项行业技术难题，使碳纤维材料应用在汽车外饰满足了车规级要求。03+运用碳纤维的成功，给国内汽车主机厂带来领引作用，推动碳纤维材料在国内汽车应用的发展，是碳纤维材料在汽车行业应用的里程碑事件。创造了国内首个碳纤维外饰行业标准。入职吉利汽车之前，在上海爱达克车辆设计有限公司从事车辆设计和管理6年。并于2003年~2010年期间在上海瑞尔实业有限公司负责汽车零部件生产管理和模具生产管理工作。拥有丰富的产品设计、模具设计、生产管理和产品开发管理经验。

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