木材不如钢材？丰田将用木浆代替钢材成为汽车原材料
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2017-10-10
各国确立发展电动汽车的大方向确认后，各大汽车厂商把绝大部分研发精力都放在电动汽车上，此外为迎合全球汽车轻量化趋势，近日日本京都大学联合汽车零部件供应商开发了一种从木浆中提取的轻质高强度新型材料—纤维素纳米纤维，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。日本京都大学与电装(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纤维素纳米纤维并入到塑料中。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。
纤维素纳米纤维广泛应用于从墨水到透明显示面板等各种产品，如今通过“京都制作法”，这种材料得以实现在汽车生产中的应用。这一方法是将经过化学处理的木浆揉进塑料，同时分解成纳米纤维。“京都制作法”使得生产成本大大降低，仅为其他方法的五分之一。这种木浆材料可不是简单的拿搅拌机兑水搅拌木料而成。丰田这种材料被称为纳米纤维素(Cellulose Nanofiber，简称CNF)，是由丰田、Denso(日本电装)和京都大学联合研制的。CNF材料的刚度是钢铁的5倍，重量却只有钢铁的五分之一。这种材料与液体混合会产生很大的粘性，在汽车制造领域非常适合用于制作车身，大幅减轻重量之后，未来的电动车将在同样电池能量的情况下大幅提升续航里程，同时这种材料还能让车身更加坚固耐用，真是一箭双雕。
科学家研究过铝合金、镁合金甚至是碳纤维，目的是要生产出轻量化的汽车产品，在减轻汽车重量的同时还加入耐磨的特性。纳米纤维素(Cellulose Nanofiber，简称CNF)，有望成为下一代汽车车体的主流材料。制造商使用纳米技术，把木浆等植物纤维制作成“纳米纤维素”，而纳米纤维素正逐步走向量产阶段。
纳米纤维素这种材料的钢度可达到钢铁的5倍，而重量只有钢铁的五分之一。关于CNF的成本，官方称1公斤制作成本9美元，比目前铝合金的制作成本要高出4倍以上。不过官方认为这种技术有望在2030年让成本降低一半，并达到量产要求。日本经济产业省也预计，这项技术在2030年的日本国内产值可达到1兆日元。
领导此项研究的京都大学的矢野广明教授表示：“这是目前以最低成本实现纤维素纳米纤维最高性能的方法，因此我们正努力将这一方法应用于制造汽车与飞机部件。据日本的研究人员与汽车零部件制造商介绍，这种取材木浆的新材料的重量仅有钢材的五分之一，强度却是钢材的五倍。在未来几十年内，这种名为纤维素纳米纤维的材料替代钢材将成为可能。但是同时这种材料也面临着与碳基材料的市场竞争，并且目前的生产水平还远不足以实现商业利用。
随着电动汽车占据主流市场，减轻车身重量变得愈发重要。电池是电动汽车上最为昂贵且重要的部件之一，而减轻汽车重量有助于降低汽车能耗，从而降低生产成本。这种新材料的面世无疑将推进电动汽车生产领域的进展。
丰田汽车公司的一位负责车身设计的项目经理表示：“(汽车)轻质化是我们永恒的议题。在将一种新型的轻质材料投入量产车型使用前，我们首先要解决高昂的生产成本问题。”
大协西川株式会社的一位发言人表示：“我们已经使用塑料作为钢材的替代品，现在我们希望素纳米纤维的应用能提高此前的目标实现的可能性。”
汽车制造者也在使用其他的轻质材料来替代钢材。宝马公司就在自家的i3紧凑型电动汽车中使用了碳纤维增强聚合物材料。而高强度的钢、铝合金因其造价低廉与再生性成为目前最广泛使用的轻质材料。等到这项技术成熟并适合大面积量产降低成本之后，纳米纤维素才能被广泛应用吧。
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