日本碳纖維復合材料在汽車領域的創新

日本新能源產業技術開發機構(NEDO)從2008年開始在碳纖維領域進行為期5年的“續發展的超級復合材料技術項目”于2013年9月結題。項目由東麗、三菱麗陽、東洋紡、高木精工、豐田、本田、日產等企業與東京大學、東北大學、山形大學等院校合力進行研究，通過對新型CFRTP的開發，實現減輕車重30%、提高燃油效率22.5%、提高加工速度、提高回收率等目的。項目研發成果分為一下四項。
本文來自123

中間材料的研發

copyright 123456

中間材料的研發成果包括各向同性和單取向性兩種中間材料，實現了量產車用CFRTP在1min內的成型，同時熱塑性CFRTP也方便了最終部件的可回收再利用。其中各向同性CFRTP中間材料是短切碳纖維與聚丙烯樹脂復合的粒料，能夠實現復雜形狀部件材料的成型;單取向性CFRTP中間材料是長絲碳纖維與聚丙烯樹脂復合的預浸帶，特別適合作為框架等要求高強度的產品應用。

123456

成型技術的研發的研發 本文來自123

針對兩種不同的中間材料，項目研發了兩種不同的加工成型方式，如圖2所示。各向同性中間材料采用高速沖壓成型，模具使用時間短，成型后的材料變形小，可生產表面形狀凹凸復雜的CFRTP部件，適合作為汽車的次承力結構件。單取向性中間材料采用高速內壓成型，可生產無縫中空封閉截面，其CFRTP部件適合用于汽車載荷的主承力結構件。 123456

連接技術的研發 123456

研發成功了集熱板熔融、震動熔融、超音波熔融等為一體的加熱和加壓連接法，實現連接部位一體化的同時增加接合部的纖維體積分數，提高強度，避免了容易對CFRTP材料產生結構損傷的鋼焊接技術。

內容來自123456

回收技術的研發

123,123

CFRTP回收技術項目成果，是在NEDO從2006年起在日本經濟產業省的資助下進行的題為“碳纖維回收技術的研發示范”項目研究的基礎上進行的，利用熱分解法，在高溫常壓下回收復合材料中的碳纖維。由于上述技術成果的突破，使得日本生產商加速了對CFRTP在汽車領域應用的市場布局，包括碳纖維絲束原材料、復合材料預浸料和注塑顆粒材料在內的產能投入。 本文來自123

擴大產品組合 本文來自123

2013年10月，某生產商宣布推出全新品牌CFRTPSereebo®，包括3種系列中間材料。其中U系列(單向中間材料)可提供高定向強度;I系列(各向同性中間材料)可保證CFRTP制品形狀的均一和多方向上的高強度;P系列(熱塑性顆粒材料)適用于復雜部件的注塑成型，為將來在汽車上的全面應用做鋪墊。2013年10月，東麗宣布推出新的碳纖維增強聚苯硫醚(PPS)樹脂顆粒材料，該材料改進了纖維和PPS樹脂接觸面的粘結性，提高了抗拉強度，可作為注塑成型的原料使用。使用該材料制備CFRTP部件，其抗拉強度與鋁鑄件相當，質量卻輕了近45%。就在NEDO的成果發表之后不到1個月，日本碳纖維生產商就將新技術產品投放到市場，可見其將研發成果轉化為新產品的速度之快。 123456

盡管在汽車行業中大規模使用碳纖維還有很多尚未完全解決的技術難題，但是日本碳纖維生產商及合作科研單位對未來CFRP在汽車領域的應用充滿信心，加強對CFRP中間材料、成型工藝、后道制品的研發，尤其對CFRTP材料的技術突破，逐步打通汽車結構件從原料到加工的生產技術障礙。日本碳纖維生產企業近幾年積極在全球進行擴產計劃與戰略布局，與下游應用企業結成聯盟，整合產業鏈，促進CFRP及其制品在全球汽車領域中的普及應用，力求使日本成為碳纖維領域的絕對領先者。這種現狀亟須我國碳纖維產業的頂層設計和從業者們高度重視和借鑒。