碳纖維複合材料變得便宜了

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一說起採用碳纖維的複合材料CFRP（碳纖維增強複合材料），大家都知道它既輕又堅固，但同時也是一種昂貴的材料。筆者10多年前買過一個用CFRP全手工製作的公文包，當時的價格達到5萬日元(港幣4699元)以上。由於重量為1kg左右，因此產品價格超過了5萬日元(港幣4699元)/kg。

現在，CFRP大多用在部分限量車型及高價位跑車上，依然不能輕易用於量產車。比如，速霸陸2011年在「翼豹」的400輛限量車型「翼豹WRX STI tS」的車頂中採用了CFRP，車輛價格高達422.1萬日元(港幣396,620元)，單獨購買車頂作為維修部件的話也需要35萬日元(港幣32,909元)。

不過，CFRP的價格目前已出現下降跡象。德國寶馬將於2013年銷售的電動汽車「i3」的車身就是採用CFRP來製造的，並將生產規模設定為每年1萬輛。以前車身使用CFRP的汽車均以年產1000輛為上限，並且車輛價格高達3000萬日元(港幣2,820,694元)以上。而i3的價格據稱僅為400萬日元(港幣376,093元)左右，而且3年後還有可能年產數萬輛。當然，寶馬的舉措也許帶有試驗的成分，但從該公司以前從未在量販車使用CFRP的角度來看，可以說這是邁向全面採用CFRP的第一步。

用CFRP製造整個車身時，原來成本達到數百萬日元，但寶馬通過採用RTM（Resin Transfer Molding，樹脂傳遞成型）工藝實現了低成本化。該方法先將碳纖維放入模具，然後注入環氧樹脂和硬化劑使碳纖維硬化。其優點在於，與以往把碳纖維浸于樹脂（預浸材料）形成片材，將其鋪在模具底部，然後通過高壓容器加熱加壓使片材硬化的方法相比，可大幅縮短成型時間。碳纖維是價格高達2000日元(港幣188元)/kg的昂貴材料，而且加工費及設備折舊費也達到材料費的數倍，進一步提高了CFRP的成本。而RTM工藝的成型時間目前為7～90分鐘，遠遠短于使用預浸材料的高壓成型的2～4小時。這樣一來，成型品的單位重量的成本也有望降至原來的1/5～1/7的水準。

利用RTM的成型使用原有的熱硬化樹脂，但為了實現更短時間的成型，業內還在開發使用熱可塑性樹脂的CFRP。熱可塑性樹脂具有加熱後變軟的特性，能夠使用這種材料的話，通過沖壓成型，只需1分鐘的短成型時間即可製造出相關部件。目前，在帝人及NEDO（日本新能源及產業技術綜合開發機構）等努力下，已有多種中間基材（在樹脂中摻入碳纖維的片材）的方案被提出來。

而且，利用比RTM更快的沖壓成型來製造部件，成本還可進一步降至數分之一。東京大學研究所工學系研究科系統創成學專業的教授高橋淳認為，「成型產品的成本有望將至1000日元/kg」。要達到這一目標，還需從碳纖維的製造方法入手加以改進，而這一研究目前已經開始。現在的碳纖維是通過灼燒PAN（聚丙烯?）樹脂纖維製成的，作為原料的樹脂，其成本並非每kg數千日元，而是數百日元。因此，通過改進其燒製程序，便有望大幅降低成本。高橋提出了並非像以前那樣在高壓容器中以輻射熱燒製，而是利用微波從內部加熱的方案。

雖然與低成本的鐵及鋁合金相比，CFRP在量販車中採用的門檻較高，但隨著材料的低成本化以及新的成型方法的出現，實現的可能性也是很高的。（記者：林 達彥，《日經汽車技術》）

http://big5.nikkeibp.com.cn/news/nano/60423-20120327.html

使用碳纖維複合材料,耗油量亦會降低.