原文：http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=244&news_id=5158 在量產(chǎn)車領(lǐng)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(biāo)準(zhǔn)不斷趨嚴(yán)，由于汽車輕量化能夠兼顧提高燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的雙重目標(biāo)，使得壓力機(jī)設(shè)備制造商和機(jī)械加工企業(yè)紛紛注意到在汽車輕量化中扮演重要角色的碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）和鋁材,本文對上述兩種關(guān)鍵材料在汽車領(lǐng)域、材料領(lǐng)域、機(jī)械加工領(lǐng)域的最新動(dòng)向和趨勢進(jìn)行了闡述。
目前為止，對汽車廠商而言，CFRP僅以運(yùn)動(dòng)跑車為中心得到使用，伴隨全球環(huán)境監(jiān)管力度的加強(qiáng)，對車輛的輕量化和改善燃油經(jīng)濟(jì)性的呼聲日益增高，未來在量產(chǎn)車零部件上有望進(jìn)一步擴(kuò)大CFRP的應(yīng)用范圍，根據(jù)不同行業(yè)領(lǐng)域需求增長的預(yù)期，三井物產(chǎn)相繼向與CFRP相關(guān)的海外企業(yè)出資。
CFRP的應(yīng)用實(shí)例包括：日產(chǎn)運(yùn)動(dòng)跑車Fairlady Z及GT-R。CFRP材料在GT-R車型繼車底擾流板之后，又陸續(xù)在傳動(dòng)軸、行李箱蓋、保險(xiǎn)杠等零部件上得到使用。豐田除了在其運(yùn)動(dòng)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(chǔ)罐上使用了CFRP材料。豐田在雷克薩斯LC及普銳斯PHV的后門結(jié)構(gòu)零部件中采用CFRP，實(shí)現(xiàn)大幅輕量化。在量產(chǎn)車上使用CFRP仍屬稀少，期待日后的進(jìn)一步擴(kuò)大使用。
■提升燃油效率，降低生產(chǎn)成本，CFRP增速發(fā)展
各大汽車生產(chǎn)商對采用鋁材持積極態(tài)度，在豪華車領(lǐng)域歐美廠商比日本廠商領(lǐng)先一步，一個(gè)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采用全鋁車身，與老款相比實(shí)現(xiàn)320kg的輕量化效果。美國特斯拉（Tesla）的電動(dòng)汽車Model S同樣采用了全鋁合金車身。
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(jī)纖維。比重是鐵的1/4，比強(qiáng)度卻是鐵的10倍，尺寸穩(wěn)定性、耐熱性和耐化學(xué)性優(yōu)良。與不同種類的熱固性及熱塑性基體樹脂組合，加工制成的復(fù)合材料稱為CFRP。
CFRP最早在量產(chǎn)車上使用的背景是汽車廠商追求車體輕量化、提高燃油經(jīng)濟(jì)性和成型技術(shù)，以及降低生產(chǎn)成本。CFRP每單位重量的生產(chǎn)成本被看做是鋼鐵的5-10倍，早期主要需求是源于F1（一級(jí)方程式賽車）和歐洲的豪華汽車。
■碳纖維廠商，領(lǐng)先的成型加工技術(shù)
在成型技術(shù)的研發(fā)上擁有領(lǐng)先優(yōu)勢的是碳纖維制造商?hào)|麗、帝人、三菱化學(xué)。在量產(chǎn)車、壓力容器、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片等領(lǐng)域圈地占位，積極收購擁有成型方法研發(fā)能力和核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)的企業(yè)。
由于碳纖維制造商通常對樹脂的理解也十分豐富，可將成型時(shí)間大幅降低到數(shù)分鐘以內(nèi)，在CFRP的研發(fā)上投入大量精力，能夠?yàn)槠噺S商提供其所需的形狀復(fù)雜的車用零部件。
東麗以其成熟的纏繞成型技術(shù)向眾多日系汽車廠商供貨了使用其碳纖維及CFRP材料制造的傳動(dòng)軸，三菱化學(xué)旗下的碳纖維復(fù)合片材（Sheet Mould Compound，SMC）制成的快速加工CFRP自2017年起被豐田的普銳斯插電混動(dòng)車（ PHV）的骨架零部件所采用。
■各鋁材生產(chǎn)商擴(kuò)大海外生產(chǎn)
根據(jù)日本鋁業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，2016年度面向汽車應(yīng)用領(lǐng)域（內(nèi)需）的壓延鋁材（板材類與擠壓品類的合計(jì)）的出貨量為301546噸，相比去年增加4.9%，連續(xù)5年實(shí)現(xiàn)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(jì)錄。
汽車制造商和汽車零部件制造商的海外采購需求較強(qiáng)，壓延鋁生產(chǎn)商陸續(xù)加強(qiáng)海外生產(chǎn)體系建設(shè)。以神戶制鋼為例，其中國天津工廠從5月期正式開工生產(chǎn)汽車頂棚蓋和車頂用鋁板材。根據(jù)該公司估計(jì)，中國市場目前的鋁板材年需求約為5萬噸，到2025年可能會(huì)迅速擴(kuò)大到超過30萬噸。
“中國的環(huán)保法規(guī)也在向發(fā)達(dá)國家看齊，對汽車油耗等限制的日趨嚴(yán)格，汽車輕量化刻不容緩。”神鋼集團(tuán)董事長川崎博也表示。
■ 環(huán)保規(guī)定、沖壓機(jī)的高性能、多功能化
日本神鋼集團(tuán)（即神戶制鋼，KOBELCO）在其真岡制造所內(nèi)預(yù)計(jì)新設(shè)一條車用鋁板材生產(chǎn)專線，同時(shí)在美國持續(xù)積極投資，建設(shè)生產(chǎn)用于保險(xiǎn)杠等的鋁擠壓部件和用于汽車懸掛的鋁鍛造部件的工廠。
日本聯(lián)合鋁業(yè)公司（即日鋁全綜，UACJ）于2016年11月宣布投資550億日元增強(qiáng)其在泰國和美國的壓延鋁生產(chǎn)能力，除了應(yīng)對因人口增長導(dǎo)致的鋁制飲料罐需求增長，更由于隨著對汽車油耗等限制的日趨嚴(yán)格，公司計(jì)劃增產(chǎn)有助于改善汽車油耗的車用鋁材，因此調(diào)整全球生產(chǎn)布局。
面對CFRP材料和鋁材在汽車領(lǐng)域不斷擴(kuò)大的應(yīng)用，各家壓力機(jī)公司也紛紛提高了應(yīng)對能力。日本會(huì)田工程技術(shù)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沖壓生產(chǎn)線的提供商，該公司高層鈴木利彥認(rèn)為“未來汽車的骨架零部件也會(huì)向更高程度‘鋁化’方向發(fā)展，對鋁材的需求將更加旺盛”。
■ 材料與加工，推動(dòng)雙方面發(fā)展的新技術(shù)
公司意識(shí)到鋁材易滑和表面容易劃傷的問題，故而設(shè)計(jì)了專門的搬運(yùn)系統(tǒng)，搬運(yùn)系統(tǒng)開發(fā)了“能將制造車門和車頂所需的鋁材與鐵材進(jìn)行混雜搬運(yùn)的裝置”，陸續(xù)接到來自行業(yè)內(nèi)的訂單。
在CFRP方面，小松產(chǎn)業(yè)機(jī)械（komatsu）的川西社長表示“正在與多所院校共同推進(jìn)新型材料加工技術(shù)的開發(fā)”。復(fù)合材料加工設(shè)備制造商的中堅(jiān)力量之一的榎本機(jī)工株式會(huì)社，與放電精密加工研究所積極展開產(chǎn)研合作，成功研發(fā)了可高速成型碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（CFRTP）的伺服驅(qū)動(dòng)螺旋壓力機(jī)。
相信在不久的將來，借著汽車市場需求擴(kuò)大的東風(fēng)，日本CFRP&鋁材的材料與加工廠商會(huì)加快對CFRP與鋁材在材料及加工兩方面的技術(shù)研發(fā)進(jìn)程，進(jìn)一步推廣領(lǐng)域應(yīng)用。
各國汽車油耗和尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)不斷趨嚴(yán)，由于汽車輕量化能夠兼顧提高燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的雙重目標(biāo)，使得壓力機(jī)設(shè)備制造商和機(jī)械加工企業(yè)紛紛注意到在汽車輕量化中扮演重要角色的碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）和鋁材,本文對上述兩種關(guān)鍵材料在汽車領(lǐng)域、材料領(lǐng)域、機(jī)械加工領(lǐng)域的最新動(dòng)向和趨勢進(jìn)行了闡述。
目前為止，對汽車廠商而言，CFRP僅以運(yùn)動(dòng)跑車為中心得到使用，伴隨全球環(huán)境監(jiān)管力度的加強(qiáng)，對車輛的輕量化和改善燃油經(jīng)濟(jì)性的呼聲日益增高，未來在量產(chǎn)車零部件上有望進(jìn)一步擴(kuò)大CFRP的應(yīng)用范圍，根據(jù)不同行業(yè)領(lǐng)域需求增長的預(yù)期，三井物產(chǎn)相繼向與CFRP相關(guān)的海外企業(yè)出資。
CFRP的應(yīng)用實(shí)例包括：日產(chǎn)運(yùn)動(dòng)跑車Fairlady Z及GT-R。CFRP材料在GT-R車型繼車底擾流板之后，又陸續(xù)在傳動(dòng)軸、行李箱蓋、保險(xiǎn)杠等零部件上得到使用。豐田除了在其運(yùn)動(dòng)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(chǔ)罐上使用了CFRP材料。豐田在雷克薩斯LC及普銳斯PHV的后門結(jié)構(gòu)零部件中采用CFRP，實(shí)現(xiàn)大幅輕量化。在量產(chǎn)車上使用CFRP仍屬稀少，期待日后的進(jìn)一步擴(kuò)大使用。
PAN基碳纖維復(fù)合材料（成型加工產(chǎn)品）的世界市場
（柱狀圖為材料種類，藍(lán)色為碳纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料，綠色為碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料；折線圖為市場年產(chǎn)值，單位：億日元）
（柱狀圖為材料種類，藍(lán)色為碳纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料，綠色為碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料；折線圖為市場年產(chǎn)值，單位：億日元）
■提升燃油效率，降低生產(chǎn)成本，CFRP增速發(fā)展
各大汽車生產(chǎn)商對采用鋁材持積極態(tài)度，在豪華車領(lǐng)域歐美廠商比日本廠商領(lǐng)先一步，一個(gè)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采用全鋁車身，與老款相比實(shí)現(xiàn)320kg的輕量化效果。美國特斯拉（Tesla）的電動(dòng)汽車Model S同樣采用了全鋁合金車身。
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(jī)纖維。比重是鐵的1/4，比強(qiáng)度卻是鐵的10倍，尺寸穩(wěn)定性、耐熱性和耐化學(xué)性優(yōu)良。與不同種類的熱固性及熱塑性基體樹脂組合，加工制成的復(fù)合材料稱為CFRP。
CFRP最早在量產(chǎn)車上使用的背景是汽車廠商追求車體輕量化、提高燃油經(jīng)濟(jì)性和成型技術(shù)，以及降低生產(chǎn)成本。CFRP每單位重量的生產(chǎn)成本被看做是鋼鐵的5-10倍，早期主要需求是源于F1（一級(jí)方程式賽車）和歐洲的豪華汽車。
三菱化學(xué)利用新技術(shù)制成的后車門結(jié)構(gòu)部件（切面圖）
■碳纖維廠商，領(lǐng)先的成型加工技術(shù)
在成型技術(shù)的研發(fā)上擁有領(lǐng)先優(yōu)勢的是碳纖維制造商?hào)|麗、帝人、三菱化學(xué)。在量產(chǎn)車、壓力容器、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片等領(lǐng)域圈地占位，積極收購擁有成型方法研發(fā)能力和核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)的企業(yè)。
由于碳纖維制造商通常對樹脂的理解也十分豐富，可將成型時(shí)間大幅降低到數(shù)分鐘以內(nèi)，在CFRP的研發(fā)上投入大量精力，能夠?yàn)槠噺S商提供其所需的形狀復(fù)雜的車用零部件。
東麗以其成熟的纏繞成型技術(shù)向眾多日系汽車廠商供貨了使用其碳纖維及CFRP材料制造的傳動(dòng)軸，三菱化學(xué)旗下的碳纖維復(fù)合片材（Sheet Mould Compound，SMC）制成的快速加工CFRP自2017年起被豐田的普銳斯插電混動(dòng)車（ PHV）的骨架零部件所采用。
壓延鋁制品在汽車領(lǐng)域的出貨量（根據(jù)日本鋁業(yè)協(xié)會(huì)提供的資料整理而成）
■各鋁材生產(chǎn)商擴(kuò)大海外生產(chǎn)
根據(jù)日本鋁業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，2016年度面向汽車應(yīng)用領(lǐng)域（內(nèi)需）的壓延鋁材（板材類與擠壓品類的合計(jì)）的出貨量為301546噸，相比去年增加4.9%，連續(xù)5年實(shí)現(xiàn)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(jì)錄。
汽車制造商和汽車零部件制造商的海外采購需求較強(qiáng)，壓延鋁生產(chǎn)商陸續(xù)加強(qiáng)海外生產(chǎn)體系建設(shè)。以神戶制鋼為例，其中國天津工廠從5月期正式開工生產(chǎn)汽車頂棚蓋和車頂用鋁板材。根據(jù)該公司估計(jì)，中國市場目前的鋁板材年需求約為5萬噸，到2025年可能會(huì)迅速擴(kuò)大到超過30萬噸。
“中國的環(huán)保法規(guī)也在向發(fā)達(dá)國家看齊，對汽車油耗等限制的日趨嚴(yán)格，汽車輕量化刻不容緩。”神鋼集團(tuán)董事長川崎博也表示。
日本神鋼位于中國天津工廠內(nèi)的表面處理生產(chǎn)線
■ 環(huán)保規(guī)定、沖壓機(jī)的高性能、多功能化
日本神鋼集團(tuán)（即神戶制鋼，KOBELCO）在其真岡制造所內(nèi)預(yù)計(jì)新設(shè)一條車用鋁板材生產(chǎn)專線，同時(shí)在美國持續(xù)積極投資，建設(shè)生產(chǎn)用于保險(xiǎn)杠等的鋁擠壓部件和用于汽車懸掛的鋁鍛造部件的工廠。
日本聯(lián)合鋁業(yè)公司（即日鋁全綜，UACJ）于2016年11月宣布投資550億日元增強(qiáng)其在泰國和美國的壓延鋁生產(chǎn)能力，除了應(yīng)對因人口增長導(dǎo)致的鋁制飲料罐需求增長，更由于隨著對汽車油耗等限制的日趨嚴(yán)格，公司計(jì)劃增產(chǎn)有助于改善汽車油耗的車用鋁材，因此調(diào)整全球生產(chǎn)布局。
面對CFRP材料和鋁材在汽車領(lǐng)域不斷擴(kuò)大的應(yīng)用，各家壓力機(jī)公司也紛紛提高了應(yīng)對能力。日本會(huì)田工程技術(shù)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沖壓生產(chǎn)線的提供商，該公司高層鈴木利彥認(rèn)為“未來汽車的骨架零部件也會(huì)向更高程度‘鋁化’方向發(fā)展，對鋁材的需求將更加旺盛”。
日本會(huì)田工程技術(shù)有限公司位于JLR英國工廠內(nèi)的沖壓機(jī)
■ 材料與加工，推動(dòng)雙方面發(fā)展的新技術(shù)
公司意識(shí)到鋁材易滑和表面容易劃傷的問題，故而設(shè)計(jì)了專門的搬運(yùn)系統(tǒng)，搬運(yùn)系統(tǒng)開發(fā)了“能將制造車門和車頂所需的鋁材與鐵材進(jìn)行混雜搬運(yùn)的裝置”，陸續(xù)接到來自行業(yè)內(nèi)的訂單。
在CFRP方面，小松產(chǎn)業(yè)機(jī)械（komatsu）的川西社長表示“正在與多所院校共同推進(jìn)新型材料加工技術(shù)的開發(fā)”。復(fù)合材料加工設(shè)備制造商的中堅(jiān)力量之一的榎本機(jī)工株式會(huì)社，與放電精密加工研究所積極展開產(chǎn)研合作，成功研發(fā)了可高速成型碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（CFRTP）的伺服驅(qū)動(dòng)螺旋壓力機(jī)。
相信在不久的將來，借著汽車市場需求擴(kuò)大的東風(fēng)，日本CFRP&鋁材的材料與加工廠商會(huì)加快對CFRP與鋁材在材料及加工兩方面的技術(shù)研發(fā)進(jìn)程，進(jìn)一步推廣領(lǐng)域應(yīng)用。
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