＊1 PAN類碳纖維和瀝青類碳纖維
碳纖維包括以聚丙烯腈(PAN)纖維為原料的PAN類碳纖維和以煤炭及石油的瀝青成分為原料的瀝青類碳纖維。PAN類碳纖維的特點是拉伸強度高。而瀝青類碳纖維的特點是拉伸彈性模量高。目前的主要需求為PAN類碳纖維。
歐洲汽車廠商領(lǐng)先
在此次發(fā)布的消息中，除了兩公司的業(yè)務(wù)合并以外還有兩點受到了關(guān)注。第一，三菱麗陽公布了汽車領(lǐng)域2020年之前的碳纖維需求預(yù)測(圖 1)。預(yù)測顯示，2020年的需求將由2014年的6000噸左右激增至2.5萬噸。2013年碳纖維的整體需求才為幾萬噸，由此可見汽車領(lǐng)域?qū)⒊蔀樘祭w維的主要用途之一。
圖1：汽車領(lǐng)域的碳纖維需求預(yù)測 主要需求來自歐洲汽車廠商。今后，除了寶馬以外，采用熱固化CFRP的其他歐洲汽車廠商也將增加。數(shù)據(jù)是三菱麗陽的推測值。
三菱麗陽常務(wù)執(zhí)行董事山本巖表示，“主要需求來自歐洲汽車廠商”。該公司已經(jīng)為德國寶馬的純電動汽車“i3”等提供了大量碳纖維原料(圖 2)。2013年的供貨量約為6000噸(換算成碳纖維后，將近3000噸)，2016年計劃增加到約2萬噸(換算成碳纖維后，將近1萬噸)。
圖2：寶馬的純電動汽車“i3” i3的上部骨架采用熱固化CFRP制造。（a）為主要部件的外觀。碳纖維的顏色為黑色。（b）為i3的外觀。在日本的價格為499萬日元（含稅）起，充滿電后的續(xù)航距離為229km（JC08模式）。
i3是全球首次采用碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料(CFRP)骨架的量產(chǎn)車，2013年11月在歐洲上市，2014年4月在日本上市。三菱麗陽預(yù)測，今后寶馬在CFRP的應(yīng)用方面會繼續(xù)領(lǐng)先，寶馬以外的歐洲各大汽車廠商也將陸續(xù)在每年2萬～5萬輛生產(chǎn)規(guī)模的量產(chǎn)車上采用CFRP。其目的是應(yīng)對 2020年更加嚴(yán)格的歐洲燃效規(guī)定(二氧化碳排放量規(guī)制)。
第二個關(guān)注點是，三菱麗陽認(rèn)為隨著需求的快速增加，熱固化CFRP將被大量采用。
熱可塑性以成本和生產(chǎn)效率為賣點
在量產(chǎn)車上率先采用CFRP的i3使用的是熱固化CFRP。利用樹脂轉(zhuǎn)換模塑(RTM)法成型。具體來說，就是將碳纖維織物等按部件形狀進(jìn)行預(yù)成型，然后放到模具上，關(guān)閉模具澆注熱固化性環(huán)氧樹脂，之后進(jìn)行熱固化，制作成型品。RTM法近年來雖然縮短了成型時間，但固化(高分子化)反應(yīng)需要一定的時間，因此最短也需要幾分鐘的時間。汽車組裝工廠的制造時間約為一分鐘，為了跟上生產(chǎn)節(jié)拍，必須為一個部件準(zhǔn)備多個RTM法成型機。
因此，熱可塑性CFRP受到了關(guān)注。熱可塑性樹脂最初就是高分子，因此無需進(jìn)行固化反應(yīng)。對板材進(jìn)行沖壓成型時，可實現(xiàn)約1分鐘的成型時間，與汽車工廠的制造時間基本相同。也就是說，生產(chǎn)效率比較高。
雖然熱可塑性CFRP成型使用的大型沖壓機和射出成型機與RTM法的成型機相比價格較高，但因生產(chǎn)效率高，因此量產(chǎn)規(guī)模越大，在成本上越占優(yōu)勢。也就是說，熱可塑性CFRP并不是面向高性能跑車等高檔車的技術(shù)，而是設(shè)想用于大批量制造的汽車的。
不過，三菱麗陽的山本表示，“熱可塑性CFRP技術(shù)的開發(fā)還需要一定時間，因此截至2020年度不會產(chǎn)生太大的需求。2020年度以后才會開始普及”。
到目前為止，在被視為未來汽車主流材料的熱可塑性CFRP方面，占全球碳纖維產(chǎn)能6成的東麗、帝人(包括子公司東邦特耐克絲)和三菱麗陽這三大廠商所采取的普及戰(zhàn)略各不相同。
東麗的聚酰胺(PA)類熱可塑性CFRP用到了豐田燃料電池車“MIRAI”的電池組外殼上(圖3)。這是熱可塑性CFRP全球首次用于汽車的構(gòu)造部件。不過，東麗的高管對此比較冷靜地表示，“熱可塑性CFRP要經(jīng)過幾個階段逐漸普及”。如上所述，三菱麗陽也認(rèn)為普及需要時間。
圖3：豐田燃料電池車采用東麗的碳纖維 圓圈圈起來的部件為采用熱可塑性CFRP的電池組外殼。
在這種情況下，帝人表現(xiàn)出了不同凡響的氣勢。該公司正與美國通用汽車(GM)共同面向GM的量產(chǎn)車開發(fā)熱可塑性CFRP部件，已經(jīng)“進(jìn)入量產(chǎn)的最終階段”(帝人碳纖維復(fù)合材料業(yè)務(wù)本部長、東邦特耐克絲社長吉野隆)。目標(biāo)是用于年產(chǎn)幾萬輛規(guī)模的量產(chǎn)車*2。
*2 帝人為應(yīng)對需求的增長，將在北美建設(shè)面向GM的CFRP部件成型工廠。另外，還考慮在北美建設(shè)碳纖維工廠。
那么，熱可塑性CFRP究竟會如何普及呢?預(yù)計近期發(fā)布的GM車會如何利用熱可塑性CFRP將受到關(guān)注。
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