2014年4月開始在日本銷售的寶馬純電動汽車“i3”作為全球首款采用碳纖維增強樹脂基復合材料(CFRP)骨架的量產(chǎn)車，成為關注的焦點(圖1)。據(jù)介紹，通過采用以CFRP骨架為中心的輕量化技術，與通常結構的車體相比，i3的重量減輕了350kg。

圖1：上部骨架采用CFRP的寶馬i3下部底盤為鋁合金制造。

i3在碳纖維制造企業(yè)和汽車企業(yè)中引發(fā)了最高級別的關注，而日本有一項技術受到的期待不亞于此，那就是日本的國家項目“革新碳纖維基礎技術開發(fā)”正在著手研究的碳纖維全新制造方法。

該項目旨在尋找可替代聚丙烯腈(PAN)纖維的新原料，提出具有原料特性而且低成本的新的制造工序。目標是以10倍的生產(chǎn)效率、1/2的耗電量，量產(chǎn)能夠應用于汽車等領域的碳纖維。該項目的統(tǒng)括負責人是東京大學研究生院工學系研究科教授影山和郎，項目帶頭人是日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所能源技術研究部門(總括研究主管)羽鳥浩章，東麗、帝人(東邦特耐克絲)、三菱麗陽等3家碳纖維制造企業(yè)參與了該項目。

如果生產(chǎn)效率能提高到10倍、在碳纖維成本中占據(jù)相當大比重的電費能降低到1/2以下，那么制造成本就能大幅縮減。作為新原料的候選，該項目的研究人員已經(jīng)篩選出2種高分子材料。一種是“借助堿性含氮官能團的性質(zhì)，可溶于溶劑的芳香族高分子——新前體化合物A”，另一種是“具備溶解劑與氧化高分子鏈結合成袖筒狀的柔軟結構的新前體化合物B”。通過上述描述并不能猜測出是何種原料，之所以如此含糊其辭，是因為“材料種類屬于重大機密，實施了嚴格的信息管理。這些已經(jīng)是能夠公布的全部內(nèi)容”(影山)。

特別是化合物A，影山表示，通過改善紡絲工序和碳化工序，“拉伸強度和斷裂伸長率有望提高到(目前的)2倍左右”，顯現(xiàn)出了對于滿足汽車用途所需性能的自信。但在目前，這種材料還處于使用年產(chǎn)數(shù)kg的設備開展基礎實驗的階段。建立起量產(chǎn)技術還有很長的路要走。預計到2016年度，該項目將會制造年產(chǎn)噸級的試驗設備，著手確立量產(chǎn)技術。

關于削減CFRP的成本，除了上面介紹的碳纖維的低價格化之外，還必須削減制造CFRP部件的加工成本。這方面的研究也有很多。為了量產(chǎn)i3，寶馬與碳產(chǎn)品制造企業(yè)合資生產(chǎn)碳纖維，并采用全新的汽車生產(chǎn)工序。

通常的汽車組裝線是利用焊接的方式接合沖壓成型的鋼板，而i3則是以對RTM法注1)成型的約150個部件進行接合的方式組裝骨架(圖2)。因此，CFRP骨架的組裝完全不借助焊接。組裝線上不再有焊接工序。約150個部件聽起來似乎很多，但與利用鋼板制造框架相比，數(shù)量已經(jīng)減少了約2/3。

圖2：CFRP骨架的組裝工序部件搬運、涂布粘合劑、接合等使用機器人等自動完成。

注1)RTM法：通過對碳纖維織物等進行預成型，制作產(chǎn)品形狀的預成型坯，將預成型坯固定在模具上，澆注熱硬化性環(huán)氧樹脂等材料的成型方法。同時對模具整體加熱，使成型品硬化。

i3的RTM法成型周期約為10分鐘，1分鐘即可成型、使用熱可塑性樹脂的CFRP也在開發(fā)之中。這種材料不僅生產(chǎn)效率高，而且節(jié)拍時間與汽車的組裝線相同，具有能夠與其他工序同步的優(yōu)點。在得到量產(chǎn)車i3的采用后，CFRP開始全面配備于汽車，其最大的目標，是進入產(chǎn)量巨大的普及型汽車。以此為目標的各種動向已經(jīng)出現(xiàn)。