木材不如钢材?京都大学等三机构采用木浆研发汽车轻量化材料

文章来源:盖世汽车 点击数:14 发布时间:2017-08-16
据外媒报道,随着全球车企对汽车轻量化的大力推动,部分日本零部件供应商将目光转向了木材。似乎大部分人不认为木浆能替代钢材,然而事实真的是这样吗?
木材不如钢材?京都大学等三机构采用木浆研发汽车轻量化材料

据外媒报道,随着全球车企对汽车轻量化的大力推动,部分日本零部件供应商将目光转向了木材。似乎大部分人不认为木浆能替代钢材,然而事实真的是这样吗?

定位汽车轻量化

 

  日本研发人员及汽车零部件供应商表示,目前研发了一款新材料,其由木浆制成,重量仅为钢材重量的五分之一,但其强度却是钢材的五倍。

  该材料属于纤维素纳米纤维(cellulose nanofibers),在未来十年内,该材料或许能成为钢材的替代品,但仍面临来自碳纤维材料的挑战,其商业化进程还有很长一段路要走。

  对于车企而言,减轻车重非常关键,这关系到将电动车向主流车型的转变。如今,电动车的车载电池价格相当昂贵,但电池却又是一款绕不过的重要零部件。因此,汽车减重将意味着所需电池的尺寸将相对较小,进而实现削减成本的目的。

  据负责丰田车身设计的项目经理Masanori Matsushiro透露:“轻量化是丰田始终关注的重要议题。但在解决高企的制造成本问题前,丰田务必要寻找一款全新的轻量化材料,将其用于量产车型中,进而降低公司的制造成本。”

  三家机构联合研发纤维素纳米纤维材料

 

  日本京都大学(Kyoto University)与电装(丰田最大的供应商)、大协西川株式会社(DaikyoNishikawa Corp)的研究人员共同致力于将塑料融入到纤维素纳米纤维中。

  纤维素纳米纤维已在墨水、透明显示面板(transparent displays)等各类产品中应用,“京都工艺(Kyoto Process)”使其在车辆中的应用成为可能。研究人员采用化学方法对木质纤维进行处理,将其揉入塑料内。与此同时,研究人员将木浆纤维(wood pulp fiber)分解成数个1/100微米的纳米纤维,进而大幅削减其生产成本。与其他工艺相较,其成本仅为前者的1/5。

  京都大学的教授Hiroaki Yano表示:“这是一款十分优异的纤维素纳米纤维应用材料,其成本最低而性能却最高,这就是京都大学研究团队将研究重心放到该材料在汽车及航空零部件应用上的原因。”

  京都大学与多家零部件供应商正在研发一款原型车,该车型采用了纤维素纳米纤维材质,预计该车辆将于2020年完成。

  大协西川株式会社与丰田及马自达均有合作,该公司发言人Yukihiko Ishino表示:“我们一直致力于用塑料取代钢材,公司期望纤维素纳米纤维将提升实现上述目标的可能性。”

  各大车企纷纷采用其他轻量化替代性材料。宝马i3紧凑型电动车及宝马7系采用了碳纤维增强复合材料(CFRP),而高强度钢及铝合金等汽车轻量化材料的应用范围最广,因为其价格相对便宜,且可循环再利用。

  源自“史普鲁斯之鹅(SPRUCE GOOSE)”的研究灵感

 

 Yano教授表示,他的研究灵感源自一张“史普鲁斯之鹅”照片,那是一款货运飞机,于1947年由美国亿万富豪霍华德·休斯(Howard Hughes)制造,整个飞机全部由木材制成。这是当时全球最大的一款飞机。

  他表示:“我想到,若霍华德能找到用木材制造大型飞机的方法,为何我们不能也使用木材并提升其强度,与钢材一较高下呢?”

  目前,纤维素纳米纤维的量产成本约为1000日元(约合9美元)/千克,Yano计划在2030年将量产成本减半并投产,实现其经济效益。由于该材料与塑料相结合,若要对成本约为2美元/千克的高强度钢及铝合金形成竞争力,务必要降低该款新材料的成本。

  据业内人士预计,2025年碳纤维材料的价格将跌至近10美元/千克。

  分析师表示,鉴于部件制造商对产品线的翻新及将纤维素纳米纤维用于其他汽车零部件的制造需要时间,在今后的很多年内,高强度钢材及铝材将成为更受欢迎的新替代性材料。

  位于波士顿的勒克斯研究公司(Lux Research)的应用材料分析师Anthony Vicari表示:“尽管Yano博士的项目被证明是正确可行的,但该材料在汽车零部件领域的应用仍是件大事情。”但就目前的情况看,还存在一定的不确定性。