日本碳纤维复合材料在汽车领域的创新

日本新能源产业技术开发机构(NEDO)从2008年开始在碳纤维领域进行为期5年的“续发展的超级复合材料技术项目”于2013年9月结题。项目由东丽、三菱丽阳、东洋纺、高木精工、丰田、本田、日产等企业与东京大学、东北大学、山形大学等院校合力进行研究，通过对新型CFRTP的开发，实现减轻车重30%、提高燃油效率22.5%、提高加工速度、提高回收率等目的。项目研发成果分为一下四项。
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中间材料的研发

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中间材料的研发成果包括各向同性和单取向性两种中间材料，实现了量产车用CFRTP在1min内的成型，同时热塑性CFRTP也方便了最终部件的可回收再利用。其中各向同性CFRTP中间材料是短切碳纤维与聚丙烯树脂复合的粒料，能够实现复杂形状部件材料的成型;单取向性CFRTP中间材料是长丝碳纤维与聚丙烯树脂复合的预浸带，特别适合作为框架等要求高强度的产品应用。

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成型技术的研发的研发 本文来自123

针对两种不同的中间材料，项目研发了两种不同的加工成型方式，如图2所示。各向同性中间材料采用高速冲压成型，模具使用时间短，成型后的材料变形小，可生产表面形状凹凸复杂的CFRTP部件，适合作为汽车的次承力结构件。单取向性中间材料采用高速内压成型，可生产无缝中空封闭截面，其CFRTP部件适合用于汽车载荷的主承力结构件。 123456

连接技术的研发 123456

研发成功了集热板熔融、震动熔融、超音波熔融等为一体的加热和加压连接法，实现连接部位一体化的同时增加接合部的纤维体积分数，提高强度，避免了容易对CFRTP材料产生结构损伤的钢焊接技术。

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回收技术的研发

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CFRTP回收技术项目成果，是在NEDO从2006年起在日本经济产业省的资助下进行的题为“碳纤维回收技术的研发示范”项目研究的基础上进行的，利用热分解法，在高温常压下回收复合材料中的碳纤维。由于上述技术成果的突破，使得日本生产商加速了对CFRTP在汽车领域应用的市场布局，包括碳纤维丝束原材料、复合材料预浸料和注塑颗粒材料在内的产能投入。 本文来自123

扩大产品组合 本文来自123

2013年10月，某生产商宣布推出全新品牌CFRTPSereebo®，包括3种系列中间材料。其中U系列(单向中间材料)可提供高定向强度;I系列(各向同性中间材料)可保证CFRTP制品形状的均一和多方向上的高强度;P系列(热塑性颗粒材料)适用于复杂部件的注塑成型，为将来在汽车上的全面应用做铺垫。2013年10月，东丽宣布推出新的碳纤维增强聚苯硫醚(PPS)树脂颗粒材料，该材料改进了纤维和PPS树脂接触面的粘结性，提高了抗拉强度，可作为注塑成型的原料使用。使用该材料制备CFRTP部件，其抗拉强度与铝铸件相当，质量却轻了近45%。就在NEDO的成果发表之后不到1个月，日本碳纤维生产商就将新技术产品投放到市场，可见其将研发成果转化为新产品的速度之快。 123456

尽管在汽车行业中大规模使用碳纤维还有很多尚未完全解决的技术难题，但是日本碳纤维生产商及合作科研单位对未来CFRP在汽车领域的应用充满信心，加强对CFRP中间材料、成型工艺、后道制品的研发，尤其对CFRTP材料的技术突破，逐步打通汽车结构件从原料到加工的生产技术障碍。日本碳纤维生产企业近几年积极在全球进行扩产计划与战略布局，与下游应用企业结成联盟，整合产业链，促进CFRP及其制品在全球汽车领域中的普及应用，力求使日本成为碳纤维领域的绝对领先者。这种现状亟须我国碳纤维产业的顶层设计和从业者们高度重视和借鉴。