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目标轻量化,新7系将使用碳纤维材料强化车身

文章作者:五金建材 上传时间:2020-01-25

导读:在汽车行业以外的领域,纳米纤维已用在许多产品中,比如墨水、透明显示屏。而通过研究人员联合研发的“Kyoto Process”制作工艺,该材料就可以用在汽车中。纤维素纳米纤维的比重是钢的五分之一,但强度是钢的五倍。几乎每一家汽车制造商都在追求轻量化,因为无论从油耗还是性能层面上而言,轻量化对汽车都有益处。但不要忽略了另一个事实——要让更轻的材料实现更强的安全性,则会增加不少成本。因此,关于轻量化这一举措更准确的说法是,严苛的法规让他们不得不把汽车变得更轻。压力之下人往往会迸发出灵感和创意,比如碳纤维、铝镁合金、树脂等。眼下,一家日本汽车零部件制造商正在研发一种奇葩的全新材料。据悉,这种从木浆中提取的纤维素纳米纤维材料比重只有钢材的五分之一,但强度却是后者的五倍。研究者表示,这种纤维素纳米纤维材料可以在未来数十年的时间里成为钢的良好替代品。不过,该材料目前面临的最大对手就是碳基材料——比如碳纤维。在商业化进程上,碳纤维已经在诸多超跑以及例如宝马这类豪华汽车制造商的产品中有所运用。而纤维素纳米纤维材料尚处于研究阶段。另一层面上,电动汽车的普及化使得轻量化的重要性比从前更高,因为它对于电动汽车的最重要参数——续航里程有着至关重要的作用。电池作为电动汽车中最核心的部件,成本尚处于高位,因此轻量化成为了一项可以“四两拨千斤”的技术。汽车制造商们早已深谙此道。丰田汽车车身设计部门项目经理Masanori Matsushiro认为,轻量化对于车身设计来说是一个永恒的重要议题。不过,他指出:“我们仍然需要考虑到因为加工新材料所需的新技术,以及因此增加的制造成本。尤其是当它们应用在大规模量产阶段到时候。”京都大学研究人员、电装(DENSO)等零部件供应商以及DaikyoNishikawa公司正在共同研究如何将塑料与纳米纤维结合。据研究人员介绍,纤维素纳米纤维是由木浆纤维打破变小成几百微米后制成,一微米长相当于千分之一毫米。在汽车行业以外的领域,纳米纤维已用在许多产品中,比如墨水、透明显示屏。而通过研究人员联合研发的“Kyoto Process”制作工艺,该材料就可以用在汽车中。据研究人员介绍,“Kyoto Process”对木纤维进行化学处理,使之与塑料融合,使之成为纳米纤维。通过这种技术后,制造成本可以大幅降低,约为传统工艺的五分之一。京都大学教授Hiroaki Yano表示:“(我们正在研究的项目)是纤维素纳米纤维低成本、高性能应用的好案例。因此我们很期待看它如何应用在汽车制造、甚至飞机制造领域。”其透露,京都大学与供应商合作伙伴正在开发一款使用纳米纤维作为车身的原型车,希望在2020年之前完成该项目。丰田、马自达都是DaikyoNishikawa的客户。该公司新闻发言人Yukihiko Ishino说:“我们一直将塑料作为钢铁的替代品之一,希望纳米纤维能将我们的可选材料范围进一步扩大。”Hiroaki Yano表示,他之所以发起此项研究是受到了“Spruce Goose”的影响,后者是一架运输飞机。它在1947年由美国企业家霍华德·休斯(Howard Hughes)制造,这家飞机几乎全用木材制造。当时,Spruce Goose是世界上最大的飞机。Hiroaki Yano于是想到,“既然霍华德·休斯可以用木材制造大型飞机,那为什么不能用木材中提炼出强度和钢一样的材料呢?”当前,1千克纳米纤维材料的成本约为9美元。Hiroaki Yano的目标是,在2030年之前将其成本降低一半。由于它可以与塑料结合应用,这样一来,这种材料与铝合金等高刚度材料相比就有了更大的竞争优势。专家预测,当前被认为汽车中应用最贵的轻量化高强度材料——碳纤维,到了2025年价格会降到每千克10美元。分析师认为,近期铝合金仍然是最流行的轻量化材料。毕竟例如纳米纤维这类材料生产时需要改造生产线。波士顿Lux Research应用材料分析师安东尼·维卡里表示,如果Hiroaki Yano的项目能够成功,那将是个重大突破。

“宝马将在新一代7系上用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)来加强钢制主车身,实现轻量化。”在《日经汽车》和《日经商务周刊》主办的研讨会 “新一代汽车论坛”(2015年7月21-22日举办)上,宝马日本公司的技术顾问山根健以“宝马的汽车革新蓝图”为题发表演讲,提到了新款7系的轻量化。

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宝马首款使用CFRP的市售车型是2003年款跑车“M3 CSL”。通过在车顶使用CFRP使车辆减轻了十几公斤,降低了重心高度。之后宝马仍不断研究在汽车上使用CFRP的技术,在2005年款跑车“M6 Coupe”上,除了车顶外板之外,还在作为结构件的前后保险杠臂上使用了CFRP,使车辆减轻了11.1kg。此外,2013年宝马还在纯电动汽车 “i3”的车身上部采用CFRP单体车身,从而成功减小了配备的电池的容量。从这些举措可以看出,宝马一直在积极推进采用CFRP。

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