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节能环保材料时代:碳纤维材料正在向飞机和汽车普及

2014-04-15 11:43
夜隼008
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  以实现“碳纤维汽车”的商品化为目标,全世界的汽车企业展开了激战。2010年丰田上市的跑车“雷克萨斯LFA”开日本国产车之先河,全面采用CFRP制造车体,成为了关注的焦点。但其价格也创下了日本国产车中最高的3750万日元。因为采用的是手工制造的订货型生产方式,所以其成本压缩受限。

  宝马通过开发多种技术提高生产效率,终于将CFRP成功地应用于量产车。

  碳纤维是把丙烯等纤维在无氧状态下“蒸烤”炭化制成。把碳纤维在平面上排列、或编织成片,再用树脂加固,就成为了CFRP。

  飞机等使用的CFRP在成型时,要在专用釜中加热加压,使构件硬化。这样做虽然可以获得极高的强度,但成型需要若干小时,而且成本高昂。i3使用的CFRP采用了无需加压加热的新工艺——RTM(树脂传递模塑):把预成型的碳纤维布放入模具,高压注入树脂,使纤维与树脂结合,可在10分钟以内成型。

  而且,还开发了将CFRP成型品粘合起来的粘合剂,粘合时间缩短到以往的10分之1的,粘接工序也利用机器人实现了自动化。通过构筑量产体制,大幅降低了成本。

  跨过每kg/1千日元的门槛

  碳纤维也是日本的家传技艺。日本的纤维产业实力雄厚,着眼于长期发展而持续投资研发的日本纤维企业力压欧美企业,掌握着全球70%的份额。宝马的碳纤维原丝供应商也是日本的三菱丽阳。作为正牌环保材料的碳纤维受到自全世界的关注,碳纤维竞争以日本为舞台已经展开。

  在与汽车比肩的另一个碳纤维主战场——飞机领域,东丽与美国波音、帝人与法国空中客车分别展开合作,展开了霸权之争。

  1971年,东丽在全球率先开始商业生产碳纤维,现在稳居全球份额榜首。1975年,波音在机翼的部件上率先采用了碳纤维。

  之后,东丽继续不断改进质量,把拉伸强度(断裂难度)提高到原来的近2倍,拉伸弹性模量(变形难易)提高到原来的近3倍,满足了众多用途的需求。其技术实力备受好评,在2011年投入航运的最先进中型客机“波音787”上,CFRP已经占到了机体重量的5成。

  帝人一直长期为空中客车世界最大的双层客机“A380”供应碳纤维原丝和碳纤维布等材料。并且,还将首次以构件的形式,向预定在年内投入航运的新一代中型客机“A350XWB”的试验飞机供应机体和机翼等主要结构材料,双方的关系正在稳步升温。

  今后,碳纤维的需求预计将以每年15%以上的速度扩大。预计5年后,市场将扩大到现在的2倍以上。东丽ACM技术部长小田切信之说:“(碳纤维)可以称得上是引领绿色创新、肩负公司未来的商品”。

  碳纤维要在社会上普及到与铁和铝那样的程度,要解决的课题还有不少。其中比较重要的是成本与成型性。比方说,如果要应用于比宝马i3便宜的普及价位的量产车,在成型后的状态下,CFRP的价格需要控制在每kg/1000日元左右。而目前的价格是数倍至数十倍。

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