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日经技术：CFRP变得便宜了

一说起采用碳纤维的复合材料CFRP（碳纤维增强复合材料），大家都知道它既轻又坚固，但同时也是一种昂贵的材料。笔者10多年前买过一个用CFRP全手工制作的公文包，当时的价格达到5万日元以上。由于重量为1kg左右，因此产品价格疲劳实验机用于测试材料在遭到重复或交变应力的作用时超过了5万日元/kg。

现在，CFRP大多用在部分限量车型及高价位跑车上，依然不能轻易用于量产车。比如，富士重工业2011年在“翼豹”的400辆限量车型“翼豹WRX STI tS”的车顶中采用了CFRP，车辆价格高达422.1万日元，单独购买车顶作为维修部件的话也需要35万日元。

不过，CFRP的价格目前已出现下降迹象。德国宝马将于2013年销售的电动汽车“i3”的车身就是采用CFRP来制造的，并将生产规模设定为每年1万辆。以前车身使用大大简拉床化了电路结构CFRP的汽车均以年产1000辆为上限，并且车辆价格高达3000万日元以上。而i3的价格据称仅为400万日元左右，而且3年后还有可能年产数万辆。当然，宝马的举措也许带有试验的成分，但从该公司以前从未在量贩车使用CFRP的角度来看，可以说这是迈向全面采用CFRP的第一步。

用CFRP制造整个车身时，原来成本达到数百万日元，但宝马通过采用RTM（Resin Transfer Molding，树脂传递成型）工艺实现了低成本化。该方法先将碳纤维放入模具，然后注入环氧树脂和硬化剂使碳纤维硬化。其优点在于，与以往把碳纤维浸于树脂（预浸材料）形成片材，将其铺在模具底部，然后通过高压容器加热加压使片材硬化的方法相比，可大幅缩短成型时间。宣威碳纤维是价格高达2000日元/kg的昂贵材料，而且加工费及设备折旧费也达到材料费的数倍，进一步提高了CFRP的成本。而RTM工艺的成型时间目前为7～90分钟，远远短于使用预浸材料的高压成型的2～4小时。这样一来，成型品的单位重量的成本也有望降至原来的1/5～1/7的水平。

利用RTM的成型旁通阀使用原有的热硬化树脂，但为了实现更短时间的成型，业内还在开发使用热可塑性树脂的CFRP。热可塑性树脂具有加热后变软的特性，能够使用这种材料的话，通过冲压成型，只需1分钟的短成型时间即可制造出相关部件。目前，在帝人及NEDO（日本新能源及产业技术综合开发机构）等努力下，已有多种中间基材（在树脂中掺入碳纤维的片材）的方案被提出来。

而且，利用比RTM更快的冲压成型来制造部件，成本还可进一步降至数分之一。东京大学研究生院工学系研究科系统创成学专业的教授高桥淳认为，“成型产品的成本有望将至1000日元/kg”。要达到这一目标，还且不应低于B2级”;2011年需从碳纤维的制造方法入手加以改进，而这一研究目前已经开始。现在的碳纤维是通过灼烧PAN（聚丙烯腈）树脂纤维制成从国际而言的，作为原料的树脂，其成本并非每kg数千日元，而是数百日元。因此，通过改进其烧制工序，便有望大幅降低成本。高桥提出了并非像以前那样在高压容器中以辐射热烧制，而是利用微波从内部加热的方案。

虽然与低成本的铁及铝合金相比，CFRP在量贩车中采用的门槛较高，但随着材料的低成本化以及新的成型方法的出现，实现的可能性也是很高的。

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