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余木火:碳纖維復(fù)合材料在制造業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的進(jìn)展

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2021-10-20 17:17:17    瀏覽次數(shù):227    評(píng)論:0
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東華大學(xué)教授、纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任余木火發(fā)表精彩演講我跟大家分全球碳排放42%是電力,25%是交通,我們國(guó)內(nèi)的汽車(chē)

東華大學(xué)教授、纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任余木火發(fā)表精彩演講

我跟大家分全球碳排放42%是電力,25%是交通,我們國(guó)內(nèi)的汽車(chē)占比少一點(diǎn)。同時(shí)蔣院士講了我們保有量和銷(xiāo)售量第一,幾乎占全球的30%。所以我們對(duì)碳排放這件事情不管用電還是用油,實(shí)際上汽車(chē)產(chǎn)業(yè)責(zé)無(wú)旁貸,而且任重道遠(yuǎn)。

我們工業(yè)革命不斷的發(fā)展,下一段工業(yè)革命可能是低碳的工業(yè)革命,能對(duì)低碳有貢獻(xiàn)的產(chǎn)業(yè)都是朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。從這個(gè)角度講,汽車(chē)產(chǎn)業(yè)是一個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。特別是電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)將擔(dān)負(fù)著我們國(guó)家制造業(yè)里面提升制造業(yè)GDP新增的產(chǎn)業(yè)。所以我想汽車(chē)產(chǎn)業(yè)未來(lái)主要的關(guān)鍵詞第一個(gè)是碳排放,第二個(gè)關(guān)鍵詞就是我們中國(guó)的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在整個(gè)世界汽車(chē)制造業(yè)里面的分量、競(jìng)爭(zhēng)力。顯然這背后要從汽車(chē)底層做起。

汽車(chē)底層是什么呢?材料一定是底層之一。材料才能支撐產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和肩負(fù)碳排放減排的目標(biāo)。

中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)實(shí)際上已經(jīng)看到這一點(diǎn)。在關(guān)鍵時(shí)刻成立了這么一個(gè)分會(huì)——汽車(chē)新材料分會(huì)。汽車(chē)新材料分會(huì)的使命一個(gè)是首先保證現(xiàn)有汽車(chē)產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的安全和提高質(zhì)量,提高我們中國(guó)汽車(chē)的質(zhì)量。材料的質(zhì)量有保證了,汽車(chē)質(zhì)量才能有保證。

第二要研發(fā)新的材料,新的應(yīng)用來(lái)促進(jìn)我們材料和汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。

第三個(gè)就是通過(guò)材料與汽車(chē)的結(jié)合來(lái)提高這兩個(gè)產(chǎn)業(yè)。因?yàn)檫@兩個(gè)產(chǎn)業(yè)都是大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)中非常重要的產(chǎn)業(yè)。

第四個(gè)就是培養(yǎng)交叉人才

我們重點(diǎn)任務(wù)有4個(gè),一個(gè)是汽車(chē)與材料的交流平臺(tái)。你可以發(fā)現(xiàn)我們像東風(fēng)汽車(chē)熊經(jīng)理這樣子的汽車(chē)材料部在整個(gè)汽車(chē)公司里面占有的設(shè)計(jì)人員、工作人員比例是很小的。這樣的狀態(tài)就阻礙了新材料在汽車(chē)上的應(yīng)用,阻礙了汽車(chē)對(duì)新材料提出新要求。所以我們這個(gè)分會(huì)的任務(wù)、使命就是讓這兩個(gè)之間能直接交流。懂材料的人不懂汽車(chē)是搞不出零部件的。懂車(chē)的人不熟悉材料是不敢先試用這個(gè)新材料的,所以只有交流。

第二件事就是要請(qǐng)蔣院士這些高層專(zhuān)家,以及一線工作的人員做戰(zhàn)略研究,我們要列出,準(zhǔn)確嚴(yán)判汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì),以及對(duì)汽車(chē)材料的發(fā)展趨勢(shì),準(zhǔn)確判斷汽車(chē)材料的發(fā)展趨勢(shì),汽車(chē)產(chǎn)業(yè)有什么支撐,最終制出清單。

第三個(gè)推動(dòng)新材料的研發(fā),以及汽車(chē)上的應(yīng)用?,F(xiàn)在已經(jīng)有很多高校、研究機(jī)構(gòu)、創(chuàng)業(yè)公司生產(chǎn)出新的材料,搞材料的人也不一定全清楚,這些新材料是不是有可能全在汽車(chē)上用,汽車(chē)上用了以后,能不能推動(dòng)我們汽車(chē)的進(jìn)步?同時(shí)這些新材料在實(shí)驗(yàn)室,在測(cè)試階段走不出來(lái),為什么?沒(méi)有地方用,用得太少了。如果汽車(chē)產(chǎn)業(yè)能用上它,對(duì)我們新材料產(chǎn)業(yè)也是極大的支撐。

第四個(gè)培養(yǎng)交叉人才,希望汽車(chē)汽車(chē)領(lǐng)域的博士能讀材料的博士后,學(xué)材料的博士能做汽車(chē)領(lǐng)域的博士后。

我們說(shuō)整個(gè)人類(lèi)歷史都是材料牽引著發(fā)展,或者說(shuō)材料是重要的基礎(chǔ)。比如石器時(shí)代、青銅時(shí)代,工業(yè)革命是電力、鋼。過(guò)去的石油經(jīng)濟(jì)核心材料就是化工材料。下一輪的低碳經(jīng)濟(jì)核心材料是什么呢?我們要思考。輕量化材料一定是節(jié)能減排的重要手段。所以蔣院士講過(guò)我們有很多領(lǐng)域,中國(guó)在碳纖維領(lǐng)域有很多機(jī)會(huì)有望引領(lǐng),實(shí)際上也在引領(lǐng)著。很快我們的產(chǎn)能、用量都會(huì)超過(guò)全世界,而且超過(guò)其他國(guó)家好幾倍的規(guī)模。這樣就會(huì)給我們汽車(chē)用的碳纖維材料貴這件事情帶來(lái)出路。規(guī)模擴(kuò)大,成本會(huì)降低,整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈建起來(lái)了,各個(gè)領(lǐng)域都會(huì)應(yīng)用,不光是汽車(chē),這樣帶來(lái)再一輪的規(guī)模擴(kuò)大,往后循環(huán)。

鋼材,英國(guó)工業(yè)革命一開(kāi)始也是幾千噸,十年才到幾萬(wàn)噸,一樣的進(jìn)程。碳纖維在制造過(guò)程中的應(yīng)用跟這個(gè)很像,進(jìn)展比它還快。

碳纖維在制造業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用,很重要的問(wèn)題現(xiàn)在是成本。大家以為碳纖維成本太高,實(shí)際上在整個(gè)最后的零部件過(guò)程中,碳纖維的成本占20%、30%%。其他是輔料以及制造過(guò)程。比如碳纖維在這次漲價(jià)之前80130塊,做成零部件要到800,哪怕汽車(chē)上用,現(xiàn)在稍微好一點(diǎn),500塊。80塊的東西還要加一半樹(shù)脂,按理說(shuō)樹(shù)脂比碳纖維便宜,結(jié)果樹(shù)脂比碳纖維還貴,這是技術(shù)問(wèn)題。加工過(guò)程更貴,使得原來(lái)100的零部件變成800,那就太貴了。所以我們很重要的事情,這四個(gè)方面的低成本化。

第一個(gè)原材料。成形過(guò)程,自動(dòng)化不要用人工。模塊化設(shè)計(jì)。比如我們汽車(chē),實(shí)際上金屬領(lǐng)域的,特斯拉已經(jīng)給我們一個(gè)方向,大模塊兒的零部件。復(fù)合材料來(lái)做大模塊的零部件比金屬材料有優(yōu)勢(shì)得多,容易大塊。所以我相信未來(lái)的汽車(chē)有5個(gè)、10個(gè)大零件裝成一個(gè)車(chē)。你在家里車(chē)庫(kù)就能裝,更不用說(shuō)每個(gè)縣、每個(gè)鎮(zhèn)都有一條汽車(chē)總裝線,核心就是裝大塊零件。這是碳纖維材料如果在車(chē)上應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。

再一個(gè)就是連接,在很長(zhǎng)一段時(shí)間里面不可能完全用碳纖維,必須有多種材料。壞的時(shí)候都是連接的地方壞,因?yàn)橐B接,所以設(shè)計(jì)上這個(gè)地方要加厚、加螺釘,重量多出很多,所以連接的可靠性也是一個(gè)核心技術(shù)。

我們東華大學(xué)在這一塊兒做了探索,在10年前跟蔣院士做院士咨詢報(bào)告,我是秘書(shū),我協(xié)助他們工作。東華大學(xué)有國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,我們纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在全國(guó)21個(gè)材料領(lǐng)域重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中排第三。我們有30多個(gè)教授團(tuán)隊(duì),覆蓋高性能纖維和材料的方方面面,全世界我們覆蓋最廣。我們?cè)谶@樣一個(gè)很窄的方向上有很多省部級(jí)、國(guó)家等獎(jiǎng)。還有很多產(chǎn)業(yè)化的成果。我們校內(nèi)有兩個(gè)復(fù)合材料中試基地,一個(gè)4600平方,一個(gè)3萬(wàn)多平方,有裝備,能快速制造出一些批量的樣件給后續(xù)驗(yàn)證。

我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)有比較多的人,已經(jīng)畢業(yè)200多個(gè)學(xué)生,現(xiàn)在有10幾個(gè)老師,長(zhǎng)期致力于推動(dòng)復(fù)合材料大規(guī)模應(yīng)用在制造業(yè)。包括創(chuàng)建東華大學(xué)第一個(gè)復(fù)合材料系,以及上海市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,我都參與了這個(gè)過(guò)程。

我們200多學(xué)生跟我一起長(zhǎng)期堅(jiān)持在這個(gè)方向上。核心問(wèn)題就是推動(dòng)低成本化,能在制造業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用。

推動(dòng)低成本化兩條途徑,第一條途徑就是一個(gè)團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注一件事,做到世界上最好。只做一件事情,一個(gè)零件,把它做到世界上最好。我們現(xiàn)在在醫(yī)療方面的應(yīng)用大規(guī)模量產(chǎn),電池的項(xiàng)目也在尋求合作伙伴,減重40%。氫氣瓶、座椅骨架等等,也在策劃輕量化的輪胎,就針對(duì)一件事情把它做到極致。

另外還有一方面是共性技術(shù),研究怎么低成本化的工作。

同時(shí)我們很注重跟終端應(yīng)用的合作,只有跟它緊密合作才能推動(dòng)低成本化這件事,整體解決方案包括醫(yī)療、汽車(chē)上的。醫(yī)療行業(yè)里面我們有一些產(chǎn)業(yè)化的成果,包括微創(chuàng)的血管、機(jī)器人手臂等等。

這是我們跟微創(chuàng)合作的纖維管,可以把支架送到腦血管里面。這根管子各種要求非常高,所以得到了上海2019年的科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

高性能纖維我們?cè)谔祭w維方面開(kāi)展了大量低成本化的工作。首先第一個(gè)是芳綸。2014年率先實(shí)現(xiàn)的國(guó)產(chǎn)化,在這之后做低成本化工作,提高單線產(chǎn)能的產(chǎn)值。從單線產(chǎn)能1000多噸提高到3000多噸。裝備的投資大幅度的下降,所以跟我們合作的企業(yè)是國(guó)內(nèi)芳綸最大的企業(yè)。利潤(rùn)點(diǎn)非常高,超過(guò)40%,毛利潤(rùn)超過(guò)10%,因?yàn)檠b備國(guó)產(chǎn)化了。

碳纖維復(fù)合材料這一塊兒我們風(fēng)電、汽車(chē)零部件的工作。比如我們?cè)?a href="http://www.chinabandage.com" target="_blank">風(fēng)電葉片的合作,澳盛現(xiàn)在是全球碳纖維用量最大的企業(yè)。汽車(chē)上面24個(gè)零部件全部自動(dòng)化連接,以及碳纖維傳動(dòng)軸生產(chǎn)線。碳纖維傳動(dòng)軸現(xiàn)在大概有20個(gè)車(chē)型在同步開(kāi)發(fā),這一批車(chē)型應(yīng)用以后就能達(dá)到幾個(gè)億的產(chǎn)值?,F(xiàn)在是跟納鐵福合作。

如果做一個(gè)零部件的自動(dòng)化生產(chǎn),投資幾千萬(wàn)就夠了。所以我們現(xiàn)在想這個(gè)平臺(tái)跟大家一起開(kāi)發(fā)單個(gè)零件,做到成本最低,供應(yīng)給各個(gè)主機(jī)廠?,F(xiàn)在正在策劃這個(gè)開(kāi)放的方式,第一步需要有35000萬(wàn)建一條線,正在尋求合作伙伴。

我們第二塊是共性技術(shù)。一個(gè)樹(shù)脂怎么降成本?連接怎么降成本、自動(dòng)化降成本。比如樹(shù)脂為什么貴?因?yàn)樗嬲枞嫉募夹g(shù)加進(jìn)去,成本就下不來(lái)了。用特殊的顆粒放在樹(shù)脂里,這些顆粒要做到足夠細(xì),否則灌注時(shí)被碳纖維織物過(guò)濾掉了,要做到足夠細(xì),所以比較貴。我們把顆粒拿做成纖維,再跟碳纖維織在一起,用最基礎(chǔ)的環(huán)氧樹(shù)脂加進(jìn)去以后在加熱的過(guò)程中可以溶解,固化之后形成顆粒,最后還是顆粒增強(qiáng)。這樣子就可以只用20幾塊錢(qián)的樹(shù)脂,不用150塊的,就低成本化了。(來(lái)源:蓋世直播)

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