日经技术：CFRP变得便宜了

    一说起采用碳纤维的复合材料CFRP（碳纤维增强复合材料），大家都知道它既轻又坚固，但同时也是一种昂贵的材料。笔者10多年前买过一个用CFRP全手工制作的公文包，当时的价格达到5万日元以上。由于重量为1kg左右，因此产品价格超过了5万日元/kg。
　　现在，CFRP大多用在部分限量车型及高价位跑车上，依然不能轻易用于量产车。比如，富士重工业2011年在“翼豹”的400辆限量车型“翼豹WRX STI tS”的车顶中采用了CFRP，车辆价格高达422.1万日元，单独购买车顶作为维修部件的话也需要35万日元。
　　不过，CFRP的价格目前已出现下降迹象。德国宝马将于2013年销售的电动汽车“i3”的车身就是采用CFRP来制造的，并将生产规模设定为每年1万辆。以前车身使用CFRP的汽车均以年产1000辆为上限，并且车辆价格高达3000万日元以上。而i3的价格据称仅为400万日元左右，而且3年后还有可能年产数万辆。当然，宝马的举措也许带有试验的成分，但从该公司以前从未在量贩车使用CFRP的角度来看，可以说这是迈向全面采用CFRP的步。
　　用CFRP制造整个车身时，原来成本达到数百万日元，但宝马通过采用RTM（Resin Transfer Molding，树脂传递成型）工艺实现了低成本化。该方法先将碳纤维放入模具，然后注入环氧树脂和硬化剂使碳纤维硬化。其优点在于，与以往把碳纤维浸于树脂（预浸材料）形成片材，将其铺在模具底部，然后通过高压容器加热加压使片材硬化的方法相比，可大幅缩短成型时间。碳纤维是价格高达2000日元/kg的昂贵材料，而且加工费及设备折旧费也达到材料费的数倍，进一步提高了CFRP的成本。而RTM工艺的成型时间目前为7～90分钟，远远短于使用预浸材料的高压成型的2～4小时。这样一来，成型品的单位重量的成本也有望降至原来的1/5～1/7的水平。
　　利用RTM的成型使用原有的热硬化树脂，但为了实现更短时间的成型，业内还在开发使用热可塑性树脂的CFRP。热可塑性树脂具有加热后变软的特性，能够使用这种材料的话，通过冲压成型，只需1分钟的短成型时间即可制造出相关部件。目前，在帝人及NEDO（日本新能源及产业技术综合开发机构）等努力下，已有多种中间基材（在树脂中掺入碳纤维的片材）的方案被提出来。
　　而且，利用比RTM更快的冲压成型来制造部件，成本还可进一步降至数分之一。东京大学研究生院工学系研究科系统创成学专业的教授高桥淳认为，“成型产品的成本有望将至1000日元/kg”。要达到这一目标，还需从碳纤维的制造方法入手加以改进，而这一研究目前已经开始。现在的碳纤维是通过灼烧PAN（聚丙烯腈）树脂纤维制成的，作为原料的树脂，其成本并非每kg数千日元，而是数百日元。因此，通过改进其烧制工序，便有望大幅降低成本。高桥提出了并非像以前那样在高压容器中以辐射热烧制，而是利用微波从内部加热的方案。
　　虽然与低成本的铁及铝合金相比，CFRP在量贩车中采用的门槛较高，但随着材料的低成本化以及新的成型方法的出现，实现的可能性也是很高的。