碳纖維複材於車輛產業之應用(下)：材料世界網

毛慶平 / 財團法人車輛研究測試中心

【內文精選】

國際車廠碳纖維複材之應用

2. 新能源車輛零組件之複材應用

(2) 氫能車儲氫罐

氫能燃料電池車目前也是各國所關注的新能源車輛之一，而車輛所需之氫氣須以高壓容器儲存後搭載於車輛中，故開發質輕且安全性佳的儲氫罐(Hydrogen Tank)是各車廠所關注的重點。以Hyundai NEXO氫能車為例，其共搭載三個碳纖維複材儲氫罐(總容量156 L)，可在700 bar的壓力下儲存6.33 kg的氫氣，如圖廿所示。

圖廿、Hyundai NEXO氫能車之碳纖維複材儲氫罐示意圖

BMW公司近年參與了BRYSON研究計畫(由BMW AG與慕尼黑應用技術大學、德勒斯登工業大學、Leichtbau-ZentrumSachsen GmbH及WELA Handelsgesellschaft mbH聯盟執行)，將共同開發具開拓性的小型化高壓儲氫罐，以提供相關氫能動力車款使用。2022年起，該公司小試量產之iX5 Hydrogen車款，也配置了一對700 bar的碳纖維複材儲氫罐(可儲存6 kg的氫氣)。

此外，Toyota公司的氫能車Mirai也是搭載碳纖維複材儲氫罐(由Toyota Gosei與Toyota Motor共同開發)，其針對儲氫罐之罐壁厚度透過優化設計來增加罐體內部的容積，進而提高儲氫罐之儲氫效率(儲氫質量與儲氫罐質量的比)約10%。

國內產業現況與契機

1. 國內碳纖維複材產業現況

目前國內碳纖維複材產業的結構性是相對完整的，上游部分有台塑、中油可提供聚丙烯腈(Polyacrylonitrile; PAN)原料，台麗朗可提供碳纖維原絲；中游部分，預浸料有長興、南亞、巨翰、上緯等廠商可供貨，而編織布則有福懋、明安、勝鵬、台灣電緣、協技等廠商可供應；在下游之車輛零組件產品方面，目前廠商多以售後市場(Aftermarket; AM)為主，投入之車輛零組件有：空力套件(如擾流板、尾翼等)、內外裝飾板、輪圈、賽車桶椅、引擎蓋等。

(1) 輪圈

因應車輛減重的議題，減輕車輛簧下質量(Unsprung Mass)對於車輛操控性、舒適性及加速性之改善十分地顯著，而輪圈則是簧下質量的零組件之一。目前國內已有廠商(如和成欣業、明安國際、磁震科技、波力環球、兆勝碳纖維等)分別針對汽車及重型、競技型機車輪圈產品進行開發。雖然目前國內已有部分廠商具備全碳纖維輪圈之開發技術，但考量產品售價及市場推廣性，大部分廠商仍以二件式複合輪圈為開發主力。

(2) 賽車桶椅

在全球汽車零組件產業中，後裝市場(Aftermarket)的需求量亦十分地可觀。因此，目前國內已有廠商(如台瑞、豪通、長盈等)分別投入複材賽車桶椅之開發。在國際間賽車桶椅之結構強度方面，最初有FIA 8855-1999標準予以規範，目前已更新為FIA 8862-2009標準，後者之檢測內容定義較細，但兩者檢測之重點差異不大。

2. 國內碳纖維複材產業的優勢

目前國內碳纖維複材產業除了在上、中、下游已建立了完整的供應鏈外，在研究開發技術方面，學研界與公協會亦有長年的深耕發展。以大專院校而言，相關科系(如機械、車輛等)皆有學養專精且經驗豐富之教授師資長期投入複材領域之人才培育與業界輔導工作；在專業法人機構(如工研院、車輛中心、塑膠中心等)方面，無論在材料研發、結構與製程模擬分析、加工製程、測試驗證等領域，皆能提供國內業者完整之技術服務與輔導。因此，國內業者在碳纖維複材產品開發過程，可結合國內學研機構之技術能量，使產品開發工作事半功倍。

以過去國內碳纖維複材座椅業者與車輛中心之技術合作為例，車輛中心於業者產品設計初期，即針對其座椅之疊層設計進行數值分析模型建立，並參考FIA檢測規範進行座椅動態衝擊CAE分析，再透過CAE分析結果快速掌握座椅疊層結構之弱點，並協助進行相關改善設計，進而省掉以往試誤(Trial & Error)的時間與複測成本，如圖廿六所示。