汽车用碳纤维复合材料

碳纤维复合材料作为汽车部件具有轻质高强、可设计性好、零部件一体化、耐冲击性好、耐腐蚀性能好等优点。在全球节能减排的大环境下,采用碳纤维复合材料替代现有的金属结构,是实现减少汽车尾气污染并达到节能的有效途径。

基于碳纤维行业和汽车行业发展的需求,国家知识产权局专利分析普及推广项目碳纤维复合材料课题组从碳纤维复合材料用于汽车零部件轮毂、量产整车BMW i3以及汽车用碳纤维复合材料的全球技术合作三个视角出发,对汽车用碳纤维复合材料技术进行了深度剖析。

PART 1:汽车零部件――轮毂用碳纤维复合材料技术

碳纤维复合材料在汽车轮毂中的应用是产业关注的关键技术领域。近年来,国际知名整车厂商福特公司、宝马公司声称已经将碳纤维材料应用于其生产的高端跑车上,并逐步推动碳纤维复合材料轮毂向低端车型上的应用。但从下图1中可以看到,轮毂应用碳纤维复合材料的时间较晚,申请量也不多,仅为47项。

碳纤维复合材料应用于轮毂的全球专利涉及碳纤维复合材料在轮毂各部位的应用,按照应用的具体部位,分为轮辐、轮辋、轮辐和轮辋连接部(简称连接部)、轮毂主体、中心孔五个技术分支。从专利申请量看,专利申请比重最大的是轮辋,其次是轮辐、轮毂主体,连接部和中心孔的专利申请量较少。

下图3显示了碳纤维复合材料应用于轮毂的中国专利布局情况。可以看出轮辋和轮辐是申请布局的主要技术领域。图中蓝色字体代表未决状态的国外来华申请,红色字体代表有效的国外来华申请,黑色字体代表中国申请人的申请。可以看出国外来华申请全是发明专利,并且主要集中在轮辋和轮辐的结构改进,目前仅有一件有效,其余全部是未决状态。而中国申请人的申请主要为实用新型。

PART 2:整车――BMW i3用碳纤维复合材料技术

宝马集团于2009年开始选择采用碳纤维复合材料来制造BMW i3。BMW i3由三菱丽阳、西格里和宝马公司三家合作完成。从下图4中可以看出这三家企业在技术链中优势互补,为他们的合作奠定了基础。

作为碳纤维供应商,三菱丽阳比较注重产业链上游的专利布局,申请涉及的主题包括制造碳纤维原丝用的化工原料及其助剂、制造碳纤维复合材料需要的树脂组合物、碳纤维原丝、碳纤维及其丝束、碳纤维织物、复合材料的结构设计、成型工艺及少量汽车部件。

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