向量產車市場聚力 日本CFRP&鋁材的材料與加工廠商加速“圈地”投資研發

在量產車領域，歐美選擇CFRP&鋁材的材料工藝路線

各國汽車油耗和尾氣排放標準不斷趨嚴，由於汽車輕量化能夠兼顧提高燃油經濟性和環保性的雙重目標，使得壓力機設備製造商和機械加工企業紛紛注意到在汽車輕量化中扮演重要角色的碳纖維增強塑膠（CFRP）和鋁材,本文對上述兩種關鍵材料在汽車領域、材料領域、機械加工領域的最新動向和趨勢進行了闡述。

目前為止，對汽車廠商而言，CFRP僅以運動跑車為中心得到使用，伴隨全球環境監管力度的加強，對車輛的輕量化和改善燃油經濟性的呼聲日益增高，未來在量產車零部件上有望進一步擴大CFRP的應用範圍，根據不同行業領域需求增長的預期，三井物產相繼向與CFRP相關的海外企業出資。

CFRP的應用實例包括：日產運動跑車Fairlady Z及GT-R。CFRP材料在GT-R車型繼車底擾流板之後，又陸續在傳動軸、行李箱蓋、保險杠等零部件上得到使用。豐田除了在其運動跑車NSX的車頂和車底板部分，還在燃料電池汽車FCV的氫燃料儲罐上使用了CFRP材料。豐田在雷克薩斯LC及普銳斯PHV的後門結構零部件中採用CFRP，實現大幅輕量化。在量產車上使用CFRP仍屬稀少，期待日後的進一步擴大使用。

PAN基碳纖維複合材料（成型加工產品）的世界市場
（柱狀圖為材料種類，藍色為碳纖維增強熱固性複合材料，綠色為碳纖維增強熱塑性複合材料；折線圖為市場年產值，單位：億日元）

■提升燃油效率，降低生產成本，CFRP增速發展

       各大汽車生產商對採用鋁材持積極態度，在豪華車領域歐美廠商比日本廠商領先一步，一個很好的例子是美國福特汽車公司（Ford Motor）。該公司2015款越野皮卡F150採用全鋁車身，與老款相比實現320kg的輕量化效果。美國特斯拉（Tesla）的電動汽車Model S同樣採用了全鋁合金車身。

碳纖維是由聚丙烯腈（PAN）為原料，在惰性氣體氛圍下加熱，將碳以外的元素都予以去除的無機纖維。比重是鐵的1/4，比強度卻是鐵的10倍，尺寸穩定性、耐熱性和耐化學性優良。與不同種類的熱固性及熱塑性基體樹脂組合，加工製成的複合材料稱為CFRP。

CFRP最早在量產車上使用的背景是汽車廠商追求車體輕量化、提高燃油經濟性和成型技術，以及降低生產成本。CFRP每單位重量的生產成本被看做是鋼鐵的5-10倍，早期主要需求是源於F1（一級方程式賽車）和歐洲的豪華汽車。

三菱化學利用新技術製成的後車門結構部件（切面圖）

■碳纖維廠商，領先的成型加工技術

在成型技術的研發上擁有領先優勢的是碳纖維製造商東麗、帝人、三菱化學。在量產車、壓力容器、風力發電機葉片等領域圈地占位，積極收購擁有成型方法研發能力和核心智慧財產權的企業。

由於碳纖維製造商通常對樹脂的理解也十分豐富，可將成型時間大幅降低到數分鐘以內，在CFRP的研發上投入大量精力，能夠為汽車廠商提供其所需的形狀複雜的車用零部件。

東麗以其成熟的纏繞成型技術向眾多日系汽車廠商供貨了使用其碳纖維及CFRP材料製造的傳動軸，三菱化學旗下的碳纖維複合片材（Sheet Mould Compound，SMC）製成的快速加工CFRP自2017年起被豐田的普銳斯插電混動車（ PHV）的骨架零部件所採用。

壓延鋁製品在汽車領域的出貨量（根據日本鋁業協會提供的資料整理而成）

■各鋁材生產商擴大海外生產

根據日本鋁業協會的統計，2016年度面向汽車應用領域（內需）的壓延鋁材（板材類與擠壓品類的合計）的出貨量為301546噸，相比去年增加4.9%，連續5年實現增長。以最近的2017年5月單月情況來看，車用鋁板材的出貨量是近年來5月的最高紀錄。

汽車製造商和汽車零部件製造商的海外採購需求較強，壓延鋁生產商陸續加強海外生產體系建設。以神戶制鋼為例，其中國天津工廠從5月期正式開工生產汽車頂棚蓋和車頂用鋁板材。根據該公司估計，中國市場目前的鋁板材年需求約為5萬噸，到2025年可能會迅速擴大到超過30萬噸。

“中國的環保法規也在向發達國家看齊，對汽車油耗等限制的日趨嚴格，汽車輕量化刻不容緩。”神鋼集團董事長川崎博也表示。

■ 環保規定、衝壓機的高性能、多功能化

日本神鋼集團（即神戶制鋼，KOBELCO）在其真岡製造所內預計新設一條車用鋁板材生產專線，同時在美國持續積極投資，建設生產用於保險杠等的鋁擠壓部件和用於汽車懸掛的鋁鍛造部件的工廠。

日本聯合鋁業公司（即日鋁全綜，UACJ）於2016年11月宣佈投資550億日元增強其在泰國和美國的壓延鋁生產能力，除了應對因人口增長導致的鋁制飲料罐需求增長，更由於隨著對汽車油耗等限制的日趨嚴格，公司計畫增產有助於改善汽車油耗的車用鋁材，因此調整全球生產佈局。

面對CFRP材料和鋁材在汽車領域不斷擴大的應用，各家壓力機公司也紛紛提高了應對能力。日本會田工程技術有限公司（AIDA）是美國特斯拉（Tesla）和英國捷豹路虎（Jaguar Land Rover，JLR）鋁外板成型用超大型衝壓生產線的提供商，該公司高層鈴木利彥認為“未來汽車的骨架零部件也會向更高程度‘鋁化’方向發展，對鋁材的需求將更加旺盛”。

日本會田工程技術有限公司位於JLR英國工廠內的衝壓機

■ 材料與加工，推動雙方面發展的新技術

公司意識到鋁材易滑和表面容易劃傷的問題，故而設計了專門的搬運系統，搬運系統開發了“能將製造車門和車頂所需的鋁材與鐵材進行混雜搬運的裝置”，陸續接到來自行業內的訂單。

在CFRP方面，小松產業機械（komatsu）的川西社長表示“正在與多所院校共同推進新型材料加工技術的開發”。複合材料加工設備製造商的中堅力量之一的榎本機工株式會社，與放電精密加工研究所積極展開產研合作，成功研發了可高速成型碳纖維增強熱塑性複合材料（CFRTP）的伺服驅動螺旋壓力機。

相信在不久的將來，借著汽車市場需求擴大的東風，日本CFRP&鋁材的材料與加工廠商會加快對CFRP與鋁材在材料及加工兩方面的技術研發進程，進一步推廣領域應用。