如今,全球汽車制造商都想制造更輕的汽車,在這種大趨勢(shì)下,日本組件供應(yīng)商準(zhǔn)備用木頭替代鋼鐵,看起來似乎不可能,實(shí)際卻是可能的。
日本研究人員與汽車組件制造商認(rèn)為,用木纖維制造的原材料重量只有鋼鐵的五分之一,但強(qiáng)度好5倍。這種木纖維材料就是細(xì)胞膜質(zhì)納米纖維。在未來幾十年里,木纖維新材料也許可以替代鋼鐵,研究人員稱,雖然這種木纖維材料面臨碳材料的競(jìng)爭(zhēng),在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)也難以商用。
減少汽車的重量相當(dāng)關(guān)鍵,制造商正在發(fā)力,想讓電動(dòng)汽車普及。電池非常昂貴,不過卻是極為關(guān)鍵的組件,如果汽車重量降低,用來驅(qū)動(dòng)汽車的電池?cái)?shù)量也就可以相應(yīng)減少,從而節(jié)省成本。豐田車身設(shè)計(jì)項(xiàng)目經(jīng)理Masanori Matsushiro表示:“對(duì)于我們來說減輕重量一直是個(gè)問題。除此之外,當(dāng)我們?cè)诖笠?guī)模生產(chǎn)的汽車中使用新的輕量材料時(shí),先要解決高昂的制造成本問題?!?
京都大學(xué)研究人員與大型組件供應(yīng)商合作,比如Denso(它是豐田最大的供應(yīng)商),還有Daikyo Nishikawa,一起研究如何將塑料與納米纖維結(jié)合。細(xì)胞膜質(zhì)納米纖維是木漿纖維打破變成幾百微米之后制成的,1微米相當(dāng)于1毫米的千分之一。
細(xì)胞膜質(zhì)納米纖維已經(jīng)用在許多產(chǎn)品中,比如墨水、透明顯示屏,有了Kyoto Process技術(shù)就可以用在汽車中。Kyoto Process對(duì)木纖維進(jìn)行化學(xué)處理,使之與塑料融合,同時(shí)又可以變成納米纖維,采用這種技術(shù)制造可以大幅降低成本,相當(dāng)于其它工藝的五分之一。
京都大學(xué)教授Hiroaki Yano是項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)者,他說:“這是細(xì)胞膜質(zhì)納米纖維以低成本、高性能投入應(yīng)用的好案例,我們專心研究如何用它制造汽車、飛機(jī)組件?!本┒即髮W(xué)與汽車組件供應(yīng)商合作,正在開發(fā)一款原型汽車,它用到了細(xì)胞膜質(zhì)納米纖維組件,2020年就會(huì)開發(fā)完成。
汽車制造商還使用了其它輕量替代材料。例如寶馬在i3電動(dòng)汽車和7系列轎車中使用了CFRPs(碳纖維增強(qiáng)聚合物),就目前來看,如果選擇輕量材料,制造商一般傾向于高密度鋼鋁合金,因?yàn)楸阋?、可以回收?
Hiroaki Yano教授表示,他之所以發(fā)起此項(xiàng)研究是受到了Spruce Goose的影響,Spruce Goose是一架運(yùn)輸飛機(jī),于1947年由美國(guó)億萬富翁、企業(yè)家霍華德·休斯制造,飛機(jī)幾乎全部用木頭制造。當(dāng)時(shí),那可是世界上最大的飛機(jī)。Hiroaki Yano教授指出:“如果休斯用木頭制造大型飛機(jī),為什么不用木頭制造一種材料,讓它像鋼鐵一樣堅(jiān)固?”
目前,生產(chǎn)1千克細(xì)胞膜質(zhì)納米纖維目前的成本約為1000日元(9美元)。Hiroaki Yano相信,2030年之前可以讓成本下降一半,這樣從經(jīng)濟(jì)角度看就可以變成一種可用產(chǎn)品,因?yàn)樗梢耘c塑料結(jié)合,與高密度鋼鋁合金相比就有了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。此外,有產(chǎn)業(yè)專家預(yù)測(cè),到2025年,碳纖維價(jià)格會(huì)降到每千克10美元。
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