碳纖維增強樹脂基復合材料(CFRP)已被廣泛用于飛機及高爾夫球桿等產品,目前其主流是利用熱固化性環氧樹脂來增強碳纖維的熱固化性CFRP,不過也有采用聚酰胺(PA)及聚丙烯(PP)等熱可塑性樹脂的熱可塑性CFRP。
熱可塑性樹脂具有樹脂價格便宜且生產效率高的特點。熱固化性CFRP的代表性成型方法之一是RTM(Resin Transfer Molding,樹脂傳遞成型)法,這種方法的節拍時間最短也要幾分鐘。而對于熱可塑性CFRP的片材,只要事先預熱,用1分鐘左右的節拍時間即可沖壓成型。由于汽車組裝工廠的節拍時間約為1分鐘,因此使用熱可塑性CFRP可實現同步生產。
雖然用于熱可塑性CFRP成型的大型沖壓機及射出成型機要比使用RTM法的成型機貴,但其生產效率更高,因此,量產規模越大則成本方面的優勢越突出。也就是說,熱可塑性CFRP技術不僅可用于超級跑車等部分高檔車,而且還可用于大量生產車型。但該技術目前仍存在課題,那就是難以提高尺寸精度。
熱可塑性CFRP在汽車結構件上的應用方面,豐田2014年12月推出的燃料電池車“MIRAI”打了頭陣(參閱本站報道)。應用的部位是用來保護燃料電池堆的框架。采用的熱可塑性CFRP由豐田與東麗共同開發,使用的是PA類樹脂。
由于燃料電池車的氫燃料供應基礎設施尚不完善,因此MIRAI還只是小規模生產。在以前的采訪中,東麗負責人曾表示,“熱可塑性CFRP要經過幾個階段才能逐步普及”。
帝人在熱可塑性CFRP應用方面表現出了更強勢的態度。該公司與通用汽車公司(GM)共同開發了用于GM量產車的熱可塑性CFRP部件,目前已“迎來邁向量產的最終階段”(帝人碳纖維及復合材料事業本部長、東邦特耐克絲社長吉野隆)。帝人表示,“目標是每年在數萬輛量產車上使用該技術”。
而三菱麗陽認為,熱可塑性CFRP在汽車領域中的應用在2020年之前很難實現。該公司與三菱樹脂于2015年1月7日宣布,將合并二者的碳纖維復合材料業務,三菱麗陽將繼承三菱樹脂的相關業務(參閱本站報道)。三菱麗陽解釋稱,預計到2020年,CFRP整體將在汽車領域實現高增長,但熱可塑性CFRP的應用還需要一些時間來討論,因此到2020年,需求不會有大的增長。在熱可塑性CFRP普及的問題上,東麗、帝人及三菱麗陽這三大纖維廠商的觀點存在微妙差異。熱可塑性CFRP將沿著怎樣的道路邁向普及,這一問題今后值得持續關注。
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