轻装上阵碳纤维，打造轻型电动汽车

麦格理研究公司（Macquarie Research）的数据显示，从2016年到2017年，全球电动汽车和插电式混合动力车的销量增长了51%。来自瑞典的初创公司Uniti正在这个新兴市场中占据一席之地，该公司生产一款名为Uniti One的全新现代城市汽车，旨在实现运营和生产的“整体可持续性”。复合材料是这个计划的重要组成部分。

“我们想创造一种对电动汽车技术、今天的消费者期望、城市交通模式以及我们作为一个社会所面临的巨大环境挑战都有意义的汽车。”Uniti的复合制造专家蒂姆•乌纳曼表示。换句话说，他们正在从头开始重新考虑这款车。他们设计了以驾驶员为核心的车辆，而不是仅仅围绕与内燃机时代相同的机械性能进行设计。其结果是一款轻量级的电动汽车，在一个高度可伸缩的平台上拥有一种直观的用户体验，并且在其生命周期内排放的碳要少得多。

Uniti One的行驶里程可达186英里（约合 300 公里），适合高速公路或城市驾驶，最高时速可达80英里/小时（约 128 公里/小时）。为了实现这一性能，该公司选择轻质CFRP作为主要结构框架和生物基复合材料用于室内装饰。

复合材料提供了一些优势。欧洲联盟将Uniti One归类为重型四轮驱动，因此它的重量必须小于92磅（不包括电池重量）。这要求车辆结构尽可能的轻量化和安全。Uniti设计团队确定，基于碳纤维的系统将提供最有效的碰撞结构。

从长远来看，复合纤维也将是一个更好的环境选择。碳纤维现在通常是由聚丙烯腈（PAN）和石油沥青生产的，但是随着技术的进步，它有可能从更可持续的材料中生产出来。当复合材料已经在使用时，更容易将这些变化融入生产中，而不是将设计从铝转变为复合材料。

灵活性和市场速度是Uniti的关键要求。在评估适合批量生产的工具的选择时，复合工具可以在6到9个月内采购，并且只需要大约10个工具。这两个数字对于铝等材料来说都更高。

Uniti One EV开始是瑞典隆德大学的一个创新项目。该公司创始人利用众筹资金开发了一款双座原型车，并于2017年12月推出。汽车将于2019年开始销售，下一阶段将推出四座和五座位车型。

Uniti Sweden正准备将其汽车推向市场，正在制定许多设计和生产决策。一个是确定哪种碳纤维复合材料配方将提供最佳的碰撞性能。

另一个挑战是确保有足够的碳纤维可用于满足Uniti车辆的预期需求。该公司最近与总部位于美国的Zoltek签署了一份谅解备忘录，以保证碳纤维供应，并预计很快会确认其他供应商协议。

Zoltek为汽车制动器和离合器供应碳纤维超过15年，最近为GM凯迪拉克发动机罩和奥迪A8后座壁提供轻质结构部件。Zoltek的复合中间体和氧化纤维执行副总裁大卫•珀塞尔说：“Uniti意识到Zoltek将是碳纤维合作伙伴扩大规模时最合理的选择。我们经常对碳纤维提出的一个问题是，铝是否在努力跟上全球汽车供应的步伐，碳复合材料将如何应对？Zoltek的商业模式解决了这个问题，因为我们快速扩展碳纤维容量的能力旨在满足每年20万或30万个零件的需求。”

珀塞尔表示，Zoltek是独一无二的，因为它只生产一种纤维。该公司可以为热固性和热塑性应用定制尺寸，并且能够生产各种织物，短切纤维和拉挤型材。但它们都是一种基础商业级光纤的变体。

Uniti目前正在研究采用碳纤维织物的树脂传递模塑（RTM）工艺，用于复合材料车身，但这可能会发生变化。此外，它正在评估生产车辆内部生物复合材料部件的各种选择。“我们的目标是制造流程具有高度成熟度。”乌纳曼解释道。该公司还从供应商处获得有关制造工艺设计的意见，以便在以后最大限度地减少问题。

该公司目前已为全球客户提供超过2,000辆汽车预订。“我们将在2019年向Beta测试者交付第一批汽车，2019年末为终端客户提供更大批量的汽车，并在2020年初推出更多汽车。”乌纳曼说。“我们的目标是在2020年将产量提高到20,000多辆。根据市场需求，我们将在未来几年内扩大产量。”■