碳纖維也是日本的家傳技藝。日本的纖維產業實力雄厚,著眼於長期發展而持續投資研發的日本纖維企業力壓歐美企業,把握著全球70%的份額。寶馬的碳纖維原絲供應商也是日本的三菱麗陽。作為正牌環保资料的碳纖維遭到自全国际的關注,碳纖維競爭以日本為舞台已經展開。
在與汽車比肩的另一個碳纖維主戰場——飛機領域,東麗與美國波音、帝人與法國空中客車分別展開协作,展開了霸權之爭。
1971年,東麗在全球首先開始商業生產碳纖維,現在穩居全球份額第一。1975年,波音在機翼的部件上首先採用了碳纖維。
之后,東麗繼續不斷改進質量,把拉伸強度(斷裂難度)提高到原來的近2倍,拉伸彈性模量(變形難易)提高到原來的近3倍,滿足了眾多用途的需求。其技術實力備受好評,在2011年投入航運的最早進中型客機“波音787”上,CFRP已經佔到了機體分量的5成。
帝人一向長期為空中客車国际最大的雙層客機“A380”供應碳纖維原絲和碳纖維布等资料。並且,還將初次以構件的方式,向預定在年內投入航運的新一代中型客機“A350XWB”的試驗飛機供應機體和機翼等首要結構资料,雙方的關系正在穩步升溫。
往后,碳纖維的需求預計將以每年15%以上的速度擴大。預計5年后,市場將擴大到現在的2倍以上。東麗ACM技術部長小田切信之說:“(碳纖維)能够稱得上是引領綠色創新、肩負公司未來的产品”。
碳纖維要在社會上遍及到與鐵和鋁那樣的程度,要解決的課題還有不少。其中比較重要的是本钱與成型性。比如說,假如要應用於比寶馬i3廉价的遍及價位的量產車,在成型后的狀態下,CFRP的價格需求控制在每kg/1000日元左右。而现在的價格是數倍至數十倍。
於是,由東麗、三菱麗陽、東洋紡、高木精工、東京大學等組成的研讨團隊挑戰了NEDO的項目——能以低價格量產的“碳纖維強化熱可塑性樹脂(CFRTP)”,並且於2013年2月開發成功。
市場上流转的CFRP大多數运用的是加熱會變硬的環氧樹脂等熱固性樹脂。這種樹脂雖然強度好,但存在加工麻煩等缺點。
通過运用加熱會變軟、具有熱可塑性的聚丙烯樹脂,預計可在與鐵沖壓平等的1分鐘以內成型。因能够正常的运用模具加工成復雜的形狀,所以能用來制作多種構件。其最大的缺點——強度缺乏,通過實施將碳纖維與樹脂结实結合的特别處理得以战胜。
NEDO的項目中開發的碳纖維強化熱可塑性樹脂能夠做曲面、凹凸、卷壓等復雜加工
聚丙烯樹脂比環氧樹脂還要廉价。前面说到的佐藤主任介紹說:“若能夠下降碳纖維的價格,則由低价的樹脂质料和加工費的壓縮,碳纖維就十分有可能在量產車中得到廣泛運用”。
依照該項意图预算,一般乘用車假如把大約60%的鐵構件換成CFRTP,車體大約能够減輕30%。汽油的消費量也能够減少22.5%。
往后,將繼續研讨碳纖維與其他资料的接合技術等,經汽車企業進估后,預計在2020年今后可實現产品化。(作者:吉岡 陽,日經技術在線!供稿)