碳纤维汽车加速突破量产技术

2011年10月，日本国土交通省及经济产业省制定了以2020年度为目标的更加严格的轿车新燃效标准。欧洲也将于今年大幅度强化汽车的二氧化碳排放规则。随着规则的强化，电动汽车（EV）、混合动力车（HV）等环保车的普及已进入人们的视野。想改善燃效，延长行驶距离，车体轻量化必不可少是大势所趋。在钢铁企业及化学企业致力于原料开发的背景下，碳纤维复合材料（CFRP）被寄予厚望。碳纤维复合材料的重量是铁的1/4，强度却是其10倍。从这种材料的市场看，日本的东丽、三菱丽阳、帝人这3家企业掌握着7成的世界市场份额。碳纤维复合材料虽被采用于丰田高档车“雷克萨斯LFA”的骨架等，但其成型时间长成为瓶颈，一直被认为不适用于量产车。但是2011年，碳纤维复合材料企业相继发布了着眼于实现量产的试制车。数说 1分钟热可塑性树脂量产技术1分钟成型。2011年3月，帝人公司公布已成功掌握以世界最快速，即在1分钟之内成型的量产技术。使用的是加热即融化、冷却即凝固的“热可塑性树脂”。其做法是对树脂中含有碳纤维的中间材料进行冲压成型。以往的碳纤维复合材料主要是使用加热即凝固的“热硬化性树脂”，热硬化性碳纤维复合材料一般必须有烧结工序，成型过程最短也要花费5分钟，通过采用热可塑性树脂便可省去烧结工序，从而缩短成型时间。由此突破了决定能否进入量产车生产线的“1分钟屏障”。此次试制的电动汽车的车体骨架为47公斤，两个成年人就能抬起来。既保持了可与铁制骨架匹敌的强度，重量又只有铁制骨架的1/5。为了提高强度，帝人开发了3种中间材料。包括对限定方向具有高强度的材料、对所有方向强度均等的材料等，目的是根据使用部位的需要区分使用，由此可实现全部热可塑性碳纤维复合材料的车体骨架。该公司开发出了热可塑性碳纤维复合材料之间、以及与不同原材料之间的结合技术，减少了金属的使用量，从而有助于实现车身轻量化。这些都将促动日本国内外的企业将采用这些新技术的碳纤维复合材料应用于量产车。数说 3个部件焊接部件数由五六十个大幅减少至3个。2011年9月，东丽发布了采用碳纤维复合材料试制的新一代电动汽车。车体基本结构是采用热硬化性碳纤维复合材料造的“RTM一体式车架”。RTM是“树脂传递（Resin Transfer）成型法”的简称，是碳纤维复合材料量产法的一种。具体做法是，在模具内填入碳纤维织物之后，用树脂进行浸渍，并使其硬化。由于树脂借助模具的温度即可凝固，无需烧结工序，因此成型时间只需要10分钟左右，但仅凭这些还远远不能实现量产化。于是，东丽将车内乘员座位部分设计成箱型一体式结构。如果是铁制需要焊接50～60个部件，而碳纤维复合材料制只需焊接3个部件即可，生产效率大为提高。“我们已在考虑如何实现5分钟成型”，东丽汽车中心所长山中亨这样说。热硬化性碳纤维复合材料的成型以前需要花费2个多小时，而现在只需要10分钟。该公司今后将继续同时进行缩短成型时间的研究和一体式成型法的开发。数说 160公斤 20%电动汽车采用160公斤碳纤维复合材料，占车体重量近20％。东丽此次试制的新一代电动汽车上采用了160公斤的碳纤维复合材料，相当于846公斤车体重量的近20％。发动机罩、后箱盖及天窗均采用了热可塑性碳纤维复合材料。山中所长表示：“热硬化性碳纤维复合材料被应用于赛车，以其高度的碰撞安全性受到信赖。直接关系到安全的部件使用热硬化材料，其他部分使用热可塑材料等，这样可以实现材料各尽其用。我们希望充分发挥各种原料的长处。”在4人座轿车上采用这种材料时，与以往的电动汽车相比，车体重量可减轻大约2/3，二氧化碳排放量可减少9％。今后，该公司将把这种材料推广到4人座车型上，力争在500万日元左右的普通车上普及碳纤维复合材料。早在2011年3月，该公司就与德国戴姆勒公司成立了碳纤维复合材料的合资公司。合资公司在德国建设工厂，从今年推出的梅赛德斯·奔驰高端车型开始，供应碳纤维复合材料的量产部件。2011年4月，三菱丽阳开始供应德国宝马（BMW）公司碳纤维原料。宝马公司在自己开设的部件工厂中将其加工成碳纤维复合材料，然后应用到车体上。公司计划将该材料全面应用于将在2013年推出的宝马电动汽车上。据日本富士经济公司预测，采用碳纤维复合材料的汽车在全球市场到2020年将达到年产400万辆。电动汽车及混合动力车等环保车为年产1150万辆。原材料企业发布的试制车预告了碳纤维复合材料车时代的到来。（中国纺织报）