热可塑性CFRP能否在汽车领域开花结果？

　　三菱化学控股公司旗下的三菱丽阳和三菱树脂2015年1月7日宣布，将合并两公司的碳纤维复合材料业务。目前，三菱丽阳从事的是聚丙烯腈(PAN)类碳纤维业务，三菱树脂从事的是沥青类碳纤维业务，三菱丽阳将以公司分拆的方式接手三菱树脂的碳纤维业务，预定于2015年4月1日合并两公司的碳纤维复合材料业务，成立新组织*1。

＊1　PAN类碳纤维和沥青类碳纤维

碳纤维包括以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料的PAN类碳纤维和以煤炭及石油的沥青成分为原料的沥青类碳纤维。PAN类碳纤维的特点是拉伸强度高。而沥青类碳纤维的特点是拉伸弹性模量高。目前的主要需求为PAN类碳纤维。

欧洲汽车厂商领先

在此次发布的消息中，除了两公司的业务合并以外还有两点受到了关注。第一，三菱丽阳公布了汽车领域2020年之前的碳纤维需求预测(图 1)。预测显示，2020年的需求将由2014年的6000吨左右激增至2.5万吨。2013年碳纤维的整体需求才为几万吨，由此可见汽车领域将成为碳纤维的主要用途之一。

图1：汽车领域的碳纤维需求预测 主要需求来自欧洲汽车厂商。今后，除了宝马以外，采用热固化CFRP的其他欧洲汽车厂商也将增加。数据是三菱丽阳的推测值。

三菱丽阳常务执行董事山本岩表示，“主要需求来自欧洲汽车厂商”。该公司已经为德国宝马的纯电动汽车“i3”等提供了大量碳纤维原料(图 2)。2013年的供货量约为6000吨(换算成碳纤维后，将近3000吨)，2016年计划增加到约2万吨(换算成碳纤维后，将近1万吨)。

图2：宝马的纯电动汽车“i3” i3的上部骨架采用热固化CFRP制造。（a）为主要部件的外观。碳纤维的颜色为黑色。（b）为i3的外观。在日本的价格为499万日元（含税）起，充满电后的续航距离为229km（JC08模式）。

i3是全球首次采用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)骨架的量产车，2013年11月在欧洲上市，2014年4月在日本上市。三菱丽阳预测，今后宝马在CFRP的应用方面会继续领先，宝马以外的欧洲各大汽车厂商也将陆续在每年2万～5万辆生产规模的量产车上采用CFRP。其目的是应对 2020年更加严格的欧洲燃效规定(二氧化碳排放量规制)。

第二个关注点是，三菱丽阳认为随着需求的快速增加，热固化CFRP将被大量采用。
 

热可塑性以成本和生产效率为卖点

在量产车上率先采用CFRP的i3使用的是热固化CFRP。利用树脂转换模塑(RTM)法成型。具体来说，就是将碳纤维织物等按部件形状进行预成型，然后放到模具上，关闭模具浇注热固化性环氧树脂，之后进行热固化，制作成型品。RTM法近年来虽然缩短了成型时间，但固化(高分子化)反应需要一定的时间，因此最短也需要几分钟的时间。汽车组装工厂的制造时间约为一分钟，为了跟上生产节拍，必须为一个部件准备多个RTM法成型机。

因此，热可塑性CFRP受到了关注。热可塑性树脂最初就是高分子，因此无需进行固化反应。对板材进行冲压成型时，可实现约1分钟的成型时间，与汽车工厂的制造时间基本相同。也就是说，生产效率比较高。

虽然热可塑性CFRP成型使用的大型冲压机和射出成型机与RTM法的成型机相比价格较高，但因生产效率高，因此量产规模越大，在成本上越占优势。也就是说，热可塑性CFRP并不是面向高性能跑车等高档车的技术，而是设想用于大批量制造的汽车的。

不过，三菱丽阳的山本表示，“热可塑性CFRP技术的开发还需要一定时间，因此截至2020年度不会产生太大的需求。2020年度以后才会开始普及”。

到目前为止，在被视为未来汽车主流材料的热可塑性CFRP方面，占全球碳纤维产能6成的东丽、帝人(包括子公司东邦特耐克丝)和三菱丽阳这三大厂商所采取的普及战略各不相同。

东丽的聚酰胺(PA)类热可塑性CFRP用到了丰田燃料电池车“MIRAI”的电池组外壳上(图3)。这是热可塑性CFRP全球首次用于汽车的构造部件。不过，东丽的高管对此比较冷静地表示，“热可塑性CFRP要经过几个阶段逐渐普及”。如上所述，三菱丽阳也认为普及需要时间。

图3：丰田燃料电池车采用东丽的碳纤维 圆圈圈起来的部件为采用热可塑性CFRP的电池组外壳。

在这种情况下，帝人表现出了不同凡响的气势。该公司正与美国通用汽车(GM)共同面向GM的量产车开发热可塑性CFRP部件，已经“进入量产的最终阶段”(帝人碳纤维复合材料业务本部长、东邦特耐克丝社长吉野隆)。目标是用于年产几万辆规模的量产车*2。

*2 帝人为应对需求的增长，将在北美建设面向GM的CFRP部件成型工厂。另外，还考虑在北美建设碳纤维工厂。

那么，热可塑性CFRP究竟会如何普及呢?预计近期发布的GM车会如何利用热可塑性CFRP将受到关注。