CFK材料,成功还是失败?

作者:PA咨询集团 David Vasak博士 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2015-09-10
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从汽车轻量化设计、制造的角度来讲,因CFK碳纤维增强材料有着很低的密度因此成为汽车工业替代钢材的首选材料。尤其是热固性塑料,它有着很好的强度及硬度等物理特性和一定的耐腐蚀性能,因此也可以在汽车生产制造中制造成一些结构件。

这种不错的热固性塑料长期未能在大规模生产中应用,其原因之一是由于这种原材料相对较高的价格,以及对大批量生产汽车来讲相对过长的生产周期,另外,就是这种材料有替代品——其他基体材料(聚氨酯、热塑性塑料)的CFK碳纤维增强材料,以及轻量化的钢合金材料和铝合金材料等。大多数的OEM厂商,至少从宝马公司的角度来看,都在对这种热固性CFK碳纤维增强材料的应用持观望态度。许多其他的OEM厂商也因此缩小了企业内部的研发规模,把这一工作转移到供应链中去。

面对这种局面,汽车供应商们的最佳对策及战略是什么呢?供应商在这一具有盈利潜力的经营领域中,进行了很多可能性的尝试。但从未来的技术发展趋势不可预测性和市场需求的不明确性等方面而言,供应商的投入也有着很高的风险,也许会由此走上一条错误的道路,其结果或许是其所有投资一无所获。

 

市场机遇分析

要正确地利用好市场机遇,就要具体地分析种种可能的情况。例如,CFK碳纤维增强材料能够给最终用户带来怎样的好处?最终用户准备支付的费用是多少?减轻的重量能够给OEM厂商的燃油经济性带来哪些好处?其成本费用是多少?

欧洲汽车工业对合成材料的需求,可以通过详细的产品分析得出结论。PA咨询集团公司按照实现概率,对特定汽车零部件中的应用潜力进行了评估分析。

在潜力阶段1中,使用CFK碳纤维增强材料的汽车零部件主要是一些能够给客户和OEM厂商带来好处的、生产制造和装配都比较容易的简单零件;潜力阶段2中所涉及的是一些结构形状、生产制造工艺都比较复杂的零件;在潜力阶段3中涉及到的则是复杂的、承载零件,它们的研发成本和产业化成本都很高。

欧洲汽车工业对CFK碳纤维增强材料有怎样的需求?研究机构的分析及预测可分为六个步骤。这种分析评估的基础是准确的轿车产量数据、车型研发周期和技术的边界条件、工艺和材料的发展趋势、CFK碳纤维增强材料应用的推动力和生产厂家的偏好,每一部件、组件使用CFK碳纤维增强材料替代原来材料的可能性估计,以及在三个阶段中CFK技术在零部件、组件应用中的突破能力。综合上述种种欧洲汽车工业市场中CFK碳纤维增强材料需求量的分析结果,表示这一市场的增长可分为三个不同的增长阶段(见图1)。

 

第二阶段中的强力增长

第一阶段是一个相对比较稳定的阶段;在当前现有车型对CFK碳纤维增强材料需求的带动下平均的年增长率为32.3%;主要客户是宝马公司。只有现有的合成材料能够一展身手。

宝马i3车型对CFK材料的基本需求带来了CFK材料增长的第一阶段

 

在第一阶段中可以出现一些新的可选合成材料;但前提条件是:今后两年内OEM汽车生产厂家计划使用这些新的合成材料类型。若是这样,则PA咨询集团预计第二阶段中会有年平均52.5%的高增长率;潜力阶段2中的零件基本上都得到了替换。

在第三增长阶段中,第一阶段和第二阶段中的零部件将通过车型平台进一步扩展到大批量生产中去,利用CFK碳纤维增强材料制造的新零部件数量在下降。根据今天的市场发展速度,第三阶段中诞生的、新的碳纤维增强材料零部件在2030年前不会进入到汽车的大批量生产中去。因此在图形中没有给予考虑。

在CFK碳纤维增强材料领域中进行经营机遇的战略分析时,首先要对有关零部件是否属于潜力阶段1中的零部件进行核查,从生产成本和使用寿命两方面的竞争力与其他金属材料进行比较。

使用CFK碳纤维增强材料对供应商是否经济,对OEM厂商是否有利与许多因素有关,包括这种材料在结构设计中、在品牌形象中的作用和贡献。

对于高档豪华轿车和超级跑车,其生产的数量相对较少,在市场中有着很高利润率,材料的优点在驾驶动态性能和品牌影响力方面都有着非常重要的作用。在这样的车辆中,汽车质量每减少1 kg最多支付50欧元是可以盈利的。在大批量生产的车辆类型中,这种“盈利”也减小到了2~5欧元/ kg。

大多数情况下,CFK碳纤维增强材料的成功应用都是从高价格的高端产品开始的,随后根据收益情况扩展到下一类别的车辆中,当然也与OEM厂商的“补贴决心”大小有关。

有一点是很清楚的:突破的深度和速度与零部件的价格和所需投资的高低有关,也与其他轻量化材料的吸引力有关。若有令人信服的附加值,则有相应的应用潜力。

许多悬而未决的问题,比如在可以预见的时间里原材料的价格降低到大批量生产可以接受的水平,开发出快速的CFK碳纤维增强材料零部件生产工艺技术,并有着合理的生产成本。因此,向用户展示有关设计、质量、成本费用和生产制造时间等解决方案的试验项目是非常必要的。

最后,仔细地分析生产经营和技术风险也是非常必要的。根据分析结果,制定减少风险或者避免风险的措施,例如,与OEM厂商、产业集群合作者的战略协议和与专家或者学术研究机构的合作协议。另外,开拓其他的相关应用领域,如货车、铁路机车和运动系列产品(滑雪、帆船),通过产品的多样化减少市场风险。

总之,CFK碳纤维增强材料的开发战略要遵循三大要点:详细分析涉及应用特殊性的市场潜力,技术的成功因素和费用,考虑了机会窗口以及风险识别并采取了相应措施而定义的战略计划。

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