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日本正在研究一種可能比碳纖維更強大的車身輕量化材料

纖維素納米纖維的比重是鋼的五分之一,但強度是鋼的五倍。

幾乎每一家汽車制造商都在追求輕量化,因為無論從油耗還是性能層面上而言,輕量化對汽車都有益處。但不要忽略了另一個事實——要讓更輕的材料實現更強的安全性,則會增加不少成本。因此,關于輕量化這一舉措更準確的說法是,嚴苛的法規讓他們不得不把汽車變得更輕。

壓力之下人往往會迸發出靈感和創意,比如碳纖維、鋁鎂合金、樹脂等。

眼下,一家日本汽車零部件制造商正在研發一種奇葩的全新材料。據悉,這種從木漿中提取的纖維素納米纖維材料比重只有鋼材的五分之一,但強度卻是后者的五倍。

研究者表示,這種纖維素納米纖維材料可以在未來數十年的時間里成為鋼的良好替代品。不過,該材料目前面臨的最大對手就是碳基材料——比如碳纖維。

在商業化進程上,碳纖維已經在諸多超跑以及例如寶馬這類豪華汽車制造商的產品中有所運用。而纖維素納米纖維材料尚處于研究階段。

另一層面上,電動汽車的普及化使得輕量化的重要性比從前更高,因為它對于電動汽車的最重要參數——續航里程有著至關重要的作用。電池作為電動汽車中最核心的部件,成本尚處于高位,因此輕量化成為了一項可以“四兩撥千斤”的技術。

汽車制造商們早已深諳此道。豐田汽車車身設計部門項目經理Masanori Matsushiro認為,輕量化對于車身設計來說是一個永恒的重要議題。不過,他指出:“我們仍然需要考慮到因為加工新材料所需的新技術,以及因此增加的制造成本。尤其是當它們應用在大規模量產階段到時候?!?

京都大學研究人員、電裝(DENSO)等零部件供應商以及DaikyoNishikawa公司正在共同研究如何將塑料與納米纖維結合。據研究人員介紹,纖維素納米纖維是由木漿纖維打破變小成幾百微米后制成,一微米長相當于千分之一毫米。

在汽車行業以外的領域,納米纖維已用在許多產品中,比如墨水、透明顯示屏。而通過研究人員聯合研發的“Kyoto Process”制作工藝,該材料就可以用在汽車中。

據研究人員介紹,“Kyoto Process”對木纖維進行化學處理,使之與塑料融合,使之成為納米纖維。通過這種技術后,制造成本可以大幅降低,約為傳統工藝的五分之一。

京都大學教授Hiroaki Yano表示:“(我們正在研究的項目)是纖維素納米纖維低成本、高性能應用的好案例。因此我們很期待看它如何應用在汽車制造、甚至飛機制造領域?!?

其透露,京都大學與供應商合作伙伴正在開發一款使用納米纖維作為車身的原型車,希望在2020年之前完成該項目。

豐田、馬自達都是DaikyoNishikawa的客戶。該公司新聞發言人Yukihiko Ishino說:“我們一直將塑料作為鋼鐵的替代品之一,希望納米纖維能將我們的可選材料范圍進一步擴大?!?

Hiroaki Yano表示,他之所以發起此項研究是受到了“Spruce Goose”的影響,后者是一架運輸飛機。它在1947年由美國企業家霍華德·休斯(Howard Hughes)制造,這家飛機幾乎全用木材制造。當時,Spruce Goose是世界上最大的飛機。Hiroaki Yano于是想到,“既然霍華德·休斯可以用木材制造大型飛機,那為什么不能用木材中提煉出強度和鋼一樣的材料呢?”

當前,1千克納米纖維材料的成本約為9美元。Hiroaki Yano的目標是,在2030年之前將其成本降低一半。由于它可以與塑料結合應用,這樣一來,這種材料與鋁合金等高剛度材料相比就有了更大的競爭優勢。

專家預測,當前被認為汽車中應用最貴的輕量化高強度材料——碳纖維,到了2025年價格會降到每千克10美元。

分析師認為,近期鋁合金仍然是最流行的輕量化材料。畢竟例如納米纖維這類材料生產時需要改造生產線。

波士頓Lux Research應用材料分析師安東尼·維卡里表示,如果Hiroaki Yano的項目能夠成功,那將是個重大突破。


發布時間:2018-5-24 瀏覽次數:228
 
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