雄心勃勃的增長(zhǎng)計(jì)劃 本文來(lái)自123

    2011年開(kāi)業(yè)的位于摩西湖市的西格里公司是寶馬公司第一批在整個(gè)車(chē)身結(jié)構(gòu)方面都采用碳纖維材料的量產(chǎn)車(chē)型（i3）成功的關(guān)鍵，而且要采用可持續(xù)、可靠且成本效率高的加工工藝。選擇這個(gè)偏遠(yuǎn)的地區(qū)是因?yàn)槿A盛頓州東部的干燥氣候（太高的濕度不利于碳纖維生產(chǎn)），當(dāng)然也是因?yàn)檫@個(gè)州在哥倫比亞河上建立的水電大壩可以提供的充足且相對(duì)廉價(jià)的“綠色”電能。


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對(duì)于摩西湖的西格里公司，電力來(lái)源為40英里（64公里）外的瓦納龐大壩。“我們每千瓦小時(shí)支付約3美分[約為美國(guó)平均電價(jià)的三分之一]，在德國(guó)的瓦克斯多夫工廠都需要9美分。”Pohlman博士透露。 copyright 123456

    碳纖維生產(chǎn)需要消耗大量的電能，這也是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料高成本的原因之一，而傳統(tǒng)耗時(shí)的熱壓罐式生產(chǎn)工藝也是這家汽車(chē)制造商急切想摒棄的。摩西湖市的工廠有兩條183m長(zhǎng)的生產(chǎn)線，產(chǎn)線上的多重電加熱氧化和碳化爐用于將聚丙烯腈聚合物原料的絲束，也稱(chēng)為原絲，轉(zhuǎn)換成鍵合在一起的碳原子晶體。

    晶體在高溫、氮封環(huán)境下的平行排列使纖維具有優(yōu)異的強(qiáng)度體積比。幾千個(gè)直徑為7μm的碳纖維被拉伸、清洗、纏繞、干燥、用環(huán)氧樹(shù)脂涂覆并紡成像紗線一樣的“長(zhǎng)絲絲束”，纏繞在線軸上。材料會(huì)用一個(gè)“Ｋ”號(hào)碼標(biāo)記，即所包含的長(zhǎng)絲（股線）數(shù)量；例如寶馬最多使用的50K長(zhǎng)絲絲束就有50,000根長(zhǎng)絲。 本文來(lái)自123

    重9kg（20lb）帶有黑色光澤的線軸被運(yùn)往寶馬位于德國(guó)的瓦克斯多夫（Wackersdorf）工廠。工廠使用專(zhuān)利無(wú)皺褶紡織工藝將長(zhǎng)絲絲束轉(zhuǎn)化成碳纖維織物，這正是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件的基礎(chǔ)。所用樹(shù)脂配方也由寶馬公司制定。 123456

    摩西湖市和瓦克斯多夫的工廠是寶馬垂直整合的碳纖維部件生產(chǎn)鏈上的第二和第三環(huán)。生產(chǎn)鏈最初開(kāi)始于另一家西格里的合資企業(yè)——位于日本大竹的三菱麗陽(yáng)工廠，它生產(chǎn)摩西湖工廠所用的聚丙烯腈原絲。碳纖維氈在離開(kāi)瓦克斯多夫工廠后，被送往寶馬在德國(guó)蘭茨胡特（Landshut）的工廠，這家工廠多年來(lái)專(zhuān)注于各種預(yù)成型、沖壓及樹(shù)脂轉(zhuǎn)移成型的碳纖維部件的生產(chǎn)，包括M3和M5的大型車(chē)頂板。寶馬公司預(yù)期今年將為其M系列車(chē)型生產(chǎn)超過(guò)100萬(wàn)件的碳纖維部件。 123456

截止2012年末在i3樣車(chē)中單個(gè)部件的最快生產(chǎn)周期“少于10分鐘――但還沒(méi)達(dá)到9分鐘”，Pohlman博士謹(jǐn)慎地說(shuō)。最終車(chē)身是在萊比錫（Leipzig）組裝的。 123456

    “一旦兩條生產(chǎn)線［摩西湖］在2013年中旬準(zhǔn)備就緒，我們一年將生產(chǎn)約3000公噸的碳纖維——大約占全球總生產(chǎn)量的8％。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，1500噸一條的產(chǎn)線是相當(dāng)大的。目前我們還有空間可在現(xiàn)在的場(chǎng)地上再增加４條生產(chǎn)線，我們也可以再多購(gòu)買(mǎi)60英畝土地。”Pohlman博士說(shuō)道。

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    他指出除了“i系列”電動(dòng)汽車(chē)外，寶馬公司還將在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)中增加碳纖維的使用，公司也可能向其他汽車(chē)制造商銷(xiāo)售碳纖維。

    《國(guó)際汽車(chē)工程》記者在拜訪時(shí)發(fā)現(xiàn)工廠幾乎處于“無(wú)人”的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，很難發(fā)現(xiàn)有80名雇員的跡象——不過(guò)隨著寶馬i系列的產(chǎn)能提升，員工人數(shù)將有所增加。目前工廠為4班12小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，28天為一輪換周期。 123456

    汽車(chē)研究中心（Center for Automotive Research）總裁兼CEO及制造方面的專(zhuān)家Jay Baron博士認(rèn)為碳纖維每磅12美元或者更高的市場(chǎng)價(jià)格，與大約2.5美元／磅的鋁和1美元／磅的普通高強(qiáng)度鋼鐵相比，“就購(gòu)買(mǎi)性而言高得離譜”。他承認(rèn)這種材料有很多優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)仍然對(duì)其中短期前景持懷疑態(tài)度。

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    “采用先進(jìn)的復(fù)合材料可以把許多獨(dú)立組裝的金屬部件融合在一起。”Baron博士解釋說(shuō)。“你可以在需要的地方增加強(qiáng)度，而在不需要的地方減少材料使用而減輕重量。如果實(shí)現(xiàn)了部件的整合，工廠可以小得多。你可以扔掉至少四分之三的點(diǎn)焊機(jī)，但卻要增加粘合劑技術(shù)相關(guān)的設(shè)備，而這也不是小的投入。”

    他還說(shuō)，就車(chē)身和油漆車(chē)間而言，設(shè)計(jì)一個(gè)碳纖維車(chē)身結(jié)構(gòu)（i3車(chē)型包括35個(gè)部件）的組裝廠需要從零開(kāi)始。在寶馬看來(lái)，通過(guò)不斷發(fā)展和改進(jìn)，以及碳纖維生產(chǎn)的進(jìn)一步自動(dòng)化，這種黑色材料將最終對(duì)鋁合金形成挑戰(zhàn)。

    使用碳纖維也帶來(lái)了其他一些不太明顯的改變。寶馬公司加大碳纖維復(fù)合材料的使用也使其加入了巴伐利亞的紡織制造商貿(mào)易集團(tuán)。Pohlman博士指出，這一加盟使得寶馬公司的碳纖維生產(chǎn)基地可以利用紡織行業(yè)較低的工資水平，并加入與主導(dǎo)德國(guó)汽車(chē)制造商的德國(guó)金屬工業(yè)工會(huì)（I.G. Metall union）完全不同的另一個(gè)工會(huì)。 copyright 123456

OEM競(jìng)相成為碳纖維先鋒

    汽車(chē)行業(yè)對(duì)將碳纖維部件制造推向大批量生產(chǎn)的興趣正不斷提高。其他汽車(chē)制造商也逐漸加入與寶馬競(jìng)爭(zhēng)的隊(duì)列中，通過(guò)戰(zhàn)略合作關(guān)系來(lái)推動(dòng)碳纖維技術(shù)的發(fā)展、降低成本、并提高產(chǎn)量。 123456

    日本碳纖維巨頭東麗與豐田、富士重工和戴姆勒公司達(dá)成合作。而其主要的日本競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手帝人株式會(huì)社也與通用汽車(chē)成立了合資企業(yè)。福特和陶氏是碳纖維方面的盟友，奧迪的合作者則是西格里集團(tuán)的第三大股東福伊特。去年大眾汽車(chē)也入股西格里。甚至蘭博基尼也和Quantum復(fù)合材料公司及卡拉威高爾夫公司（Callaway Golf）之間簽訂了一個(gè)三方協(xié)議。

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    通用汽車(chē)和普拉森碳復(fù)合材料公司（Plasan）也在進(jìn)行其2014款雪佛蘭Corvette C7計(jì)劃，將每輛車(chē)的碳纖維車(chē)身部件含量提高到30,000-40,000單位體積的水平，這是一個(gè)重大飛躍。而去年豐田公司出人意料地與寶馬公司聯(lián)手，共享車(chē)輛輕量化技術(shù)信息，目前具體合作的項(xiàng)目依然處于保密狀態(tài)中。

    2013年寶馬斥巨資投資于碳纖維批量生產(chǎn)的決定差點(diǎn)因?yàn)槿蚪?jīng)濟(jì)衰退而被邊緣化。 本文來(lái)自123

    “那段時(shí)期說(shuō)服董事會(huì)投入碳纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件是很難的。”Pohlman博士回憶道，他在西格里公司任職前為寶馬華盛頓特區(qū)辦公室的管理人員。“但是他們也承認(rèn)我們必須采取大膽果斷的行動(dòng)，因?yàn)槲覀冞M(jìn)入混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)算是晚的了。我們此前的心態(tài)一直是，‘我們有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)’。”

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    所以公司開(kāi)始尋找復(fù)合材料伙伴，能跟上ｉ項(xiàng)目快速發(fā)展的步伐。這讓寶馬最終選擇了西格里公司——歐洲最大的碳纖維供應(yīng)商。

寶馬的領(lǐng)先地位

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    寶馬的工程師已經(jīng)為制造汽車(chē)零件所需要的碳纖維建立了一個(gè)產(chǎn)品“目錄”——每種碳纖維產(chǎn)品根據(jù)部件不同的應(yīng)用會(huì)記錄不同的鋪層、纖維的方向和單位面積的重量等。據(jù)Pohlman博士介紹，目錄的內(nèi)容正在逐漸增加中。當(dāng)問(wèn)及目前的纖維規(guī)格時(shí)，他說(shuō)在華盛頓生產(chǎn)的碳纖維密度為1.78 g/cm3。1250°C下的拉伸強(qiáng)度為4000MPa（500 ksi），彈性模量為420GPa（60,915 ksi)）。 內(nèi)容來(lái)自123456

 可回收性是ｉ項(xiàng)目的一個(gè)重要元素。寶馬開(kāi)發(fā)了創(chuàng)新設(shè)備來(lái)幫助完成碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加工后的回收。

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    “這一加工過(guò)程還生成了一種“抓絨”，它具有原材料30％－40％的工程特性，我們正在想辦法加以利用，”Pohlman博士提到。寶馬公司去年晚些時(shí)候宣布與波音公司合作，波音每年要使用成千上萬(wàn)噸的基于回收技術(shù)的碳纖維。

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    寶馬的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手“正等著我們出錯(cuò)，就像波音公司最早的787項(xiàng)目一樣。”Pohlman博士認(rèn)為。但是他相信公司在技術(shù)方面領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手三年的時(shí)間，“（他們需要至少三年）才能走到我們今天的位置，零部件產(chǎn)量才可以達(dá)到我們所計(jì)劃的數(shù)量。” 123456

    例如，與寶馬現(xiàn)在M3車(chē)頂使用的碳纖維相比，i系列車(chē)型上用到的新材料制造費(fèi)用只有其三分之一。“這是一個(gè)重大進(jìn)步，”Pohlman博士說(shuō)。“i3項(xiàng)目的目標(biāo)是賺錢(qián)——而不只是通過(guò)3系來(lái)補(bǔ)貼。”