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国际新闻

向量产车市场聚力 日本CFRP&铝材的材料与加工厂商加速“圈地”投资研发
来源:中国复材展组委会  2017-07-27 10:11:27
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原文:http://chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=244&news_id=5158       在量产车领域,欧美选择CFRP&铝材的材料工艺路线

       各国汽车油耗和尾气排放标准不断趋严,由于汽车轻量化能够兼顾提高燃油经济性和环保性的双重目标,使得压力机设备制造商和机械加工企业纷纷注意到在汽车轻量化中扮演重要角色的碳纤维增强塑料(CFRP)和铝材,本文对上述两种关键材料在汽车领域、材料领域、机械加工领域的最新动向和趋势进行了阐述。


       目前为止,对汽车厂商而言,CFRP仅以运动跑车为中心得到使用,伴随全球环境监管力度的加强,对车辆的轻量化和改善燃油经济性的呼声日益增高,未来在量产车零部件上有望进一步扩大CFRP的应用范围,根据不同行业领域需求增长的预期,三井物产相继向与CFRP相关的海外企业出资。

       CFRP的应用实例包括:日产运动跑车Fairlady Z及GT-R。CFRP材料在GT-R车型继车底扰流板之后,又陆续在传动轴、行李箱盖、保险杠等零部件上得到使用。丰田除了在其运动跑车NSX的车顶和车底板部分,还在燃料电池汽车FCV的氢燃料储罐上使用了CFRP材料。丰田在雷克萨斯LC及普锐斯PHV的后门结构零部件中采用CFRP,实现大幅轻量化。在量产车上使用CFRP仍属稀少,期待日后的进一步扩大使用。

PAN基碳纤维复合材料(成型加工产品)的世界市场
(柱状图为材料种类,蓝色为碳纤维增强热固性复合材料,绿色为碳纤维增强热塑性复合材料;折线图为市场年产值,单位:亿日元)

       ■提升燃油效率,降低生产成本,CFRP增速发展

       各大汽车生产商对采用铝材持积极态度,在豪华车领域欧美厂商比日本厂商领先一步,一个很好的例子是美国福特汽车公司(Ford Motor)。该公司2015款越野皮卡F150采用全铝车身,与老款相比实现320kg的轻量化效果。美国特斯拉(Tesla)的电动汽车Model S同样采用了全铝合金车身。

       碳纤维是由聚丙烯腈(PAN)为原料,在惰性气体氛围下加热,将碳以外的元素都予以去除的无机纤维。比重是铁的1/4,比强度却是铁的10倍,尺寸稳定性、耐热性和耐化学性优良。与不同种类的热固性及热塑性基体树脂组合,加工制成的复合材料称为CFRP。

       CFRP最早在量产车上使用的背景是汽车厂商追求车体轻量化、提高燃油经济性和成型技术,以及降低生产成本。CFRP每单位重量的生产成本被看做是钢铁的5-10倍,早期主要需求是源于F1(一级方程式赛车)和欧洲的豪华汽车。


三菱化学利用新技术制成的后车门结构部件(切面图)

       ■碳纤维厂商,领先的成型加工技术

       在成型技术的研发上拥有领先优势的是碳纤维制造商东丽、帝人、三菱化学。在量产车、压力容器、风力发电机叶片等领域圈地占位,积极收购拥有成型方法研发能力和核心知识产权的企业。

       由于碳纤维制造商通常对树脂的理解也十分丰富,可将成型时间大幅降低到数分钟以内,在CFRP的研发上投入大量精力,能够为汽车厂商提供其所需的形状复杂的车用零部件。

       东丽以其成熟的缠绕成型技术向众多日系汽车厂商供货了使用其碳纤维及CFRP材料制造的传动轴,三菱化学旗下的碳纤维复合片材(Sheet Mould Compound,SMC)制成的快速加工CFRP自2017年起被丰田的普锐斯插电混动车( PHV)的骨架零部件所采用。

压延铝制品在汽车领域的出货量(根据日本铝业协会提供的资料整理而成)

       ■各铝材生产商扩大海外生产

       根据日本铝业协会的统计,2016年度面向汽车应用领域(内需)的压延铝材(板材类与挤压品类的合计)的出货量为301546吨,相比去年增加4.9%,连续5年实现增长。以最近的2017年5月单月情况来看,车用铝板材的出货量是近年来5月的最高纪录。

       汽车制造商和汽车零部件制造商的海外采购需求较强,压延铝生产商陆续加强海外生产体系建设。以神户制钢为例,其中国天津工厂从5月期正式开工生产汽车顶棚盖和车顶用铝板材。根据该公司估计,中国市场目前的铝板材年需求约为5万吨,到2025年可能会迅速扩大到超过30万吨。

       “中国的环保法规也在向发达国家看齐,对汽车油耗等限制的日趋严格,汽车轻量化刻不容缓。”神钢集团董事长川崎博也表示。

日本神钢位于中国天津工厂内的表面处理生产线

       ■ 环保规定、冲压机的高性能、多功能化

       日本神钢集团(即神户制钢,KOBELCO)在其真冈制造所内预计新设一条车用铝板材生产专线,同时在美国持续积极投资,建设生产用于保险杠等的铝挤压部件和用于汽车悬挂的铝锻造部件的工厂。

       日本联合铝业公司(即日铝全综,UACJ)于2016年11月宣布投资550亿日元增强其在泰国和美国的压延铝生产能力,除了应对因人口增长导致的铝制饮料罐需求增长,更由于随着对汽车油耗等限制的日趋严格,公司计划增产有助于改善汽车油耗的车用铝材,因此调整全球生产布局。

       面对CFRP材料和铝材在汽车领域不断扩大的应用,各家压力机公司也纷纷提高了应对能力。日本会田工程技术有限公司(AIDA)是美国特斯拉(Tesla)和英国捷豹路虎(Jaguar Land Rover,JLR)铝外板成型用超大型冲压生产线的提供商,该公司高层铃木利彦认为“未来汽车的骨架零部件也会向更高程度‘铝化’方向发展,对铝材的需求将更加旺盛”。

日本会田工程技术有限公司位于JLR英国工厂内的冲压机

       ■ 材料与加工,推动双方面发展的新技术

       公司意识到铝材易滑和表面容易划伤的问题,故而设计了专门的搬运系统,搬运系统开发了“能将制造车门和车顶所需的铝材与铁材进行混杂搬运的装置”,陆续接到来自行业内的订单。

       在CFRP方面,小松产业机械(komatsu)的川西社长表示“正在与多所院校共同推进新型材料加工技术的开发”。复合材料加工设备制造商的中坚力量之一的榎本机工株式会社,与放电精密加工研究所积极展开产研合作,成功研发了可高速成型碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)的伺服驱动螺旋压力机。

       相信在不久的将来,借着汽车市场需求扩大的东风,日本CFRP&铝材的材料与加工厂商会加快对CFRP与铝材在材料及加工两方面的技术研发进程,进一步推广领域应用。




文章来源:http://chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=244&news_id=5158