纖維素納米纖維的比重是鋼的五分之一,但強度是鋼的五倍。
幾乎每一家汽車制造商都在追求輕量化,因為無論從油耗還是性能層面上而言,輕量化對汽車都有益處。但不要忽略了另一個事實——要讓更輕的材料實現(xiàn)更強的安全性,則會增加不少成本。因此,關(guān)于輕量化這一舉措更準確的說法是,嚴苛的法規(guī)讓他們不得不把汽車變得更輕。
壓力之下人往往會迸發(fā)出靈感和創(chuàng)意,比如碳纖維、鋁鎂合金、樹脂等。
眼下,一家日本汽車零部件制造商正在研發(fā)一種奇葩的全新材料。據(jù)悉,這種從木漿中提取的纖維素納米纖維材料比重只有鋼材的五分之一,但強度卻是后者的五倍。
研究者表示,這種纖維素納米纖維材料可以在未來數(shù)十年的時間里成為鋼的良好替代品。不過,該材料目前面臨的最大對手就是碳基材料——比如碳纖維。
在商業(yè)化進程上,碳纖維已經(jīng)在諸多超跑以及例如寶馬這類豪華汽車制造商的產(chǎn)品中有所運用。而纖維素納米纖維材料尚處于研究階段。
另一層面上,電動汽車的普及化使得輕量化的重要性比從前更高,因為它對于電動汽車的最重要參數(shù)——續(xù)航里程有著至關(guān)重要的作用。電池作為電動汽車中最核心的部件,成本尚處于高位,因此輕量化成為了一項可以“四兩撥千斤”的技術(shù)。
汽車制造商們早已深諳此道。豐田汽車車身設計部門項目經(jīng)理Masanori Matsushiro認為,輕量化對于車身設計來說是一個永恒的重要議題。不過,他指出:“我們?nèi)匀恍枰紤]到因為加工新材料所需的新技術(shù),以及因此增加的制造成本。尤其是當它們應用在大規(guī)模量產(chǎn)階段到時候。”
京都大學研究人員、電裝(DENSO)等零部件供應商以及DaikyoNishikawa公司正在共同研究如何將塑料與納米纖維結(jié)合。據(jù)研究人員介紹,纖維素納米纖維是由木漿纖維打破變小成幾百微米后制成,一微米長相當于千分之一毫米。
在汽車行業(yè)以外的領域,納米纖維已用在許多產(chǎn)品中,比如墨水、透明顯示屏。而通過研究人員聯(lián)合研發(fā)的“Kyoto Process”制作工藝,該材料就可以用在汽車中。
據(jù)研究人員介紹,“Kyoto Process”對木纖維進行化學處理,使之與塑料融合,使之成為納米纖維。通過這種技術(shù)后,制造成本可以大幅降低,約為傳統(tǒng)工藝的五分之一。
京都大學教授Hiroaki Yano表示:“(我們正在研究的項目)是纖維素納米纖維低成本、高性能應用的好案例。因此我們很期待看它如何應用在汽車制造、甚至飛機制造領域。”
其透露,京都大學與供應商合作伙伴正在開發(fā)一款使用納米纖維作為車身的原型車,希望在2020年之前完成該項目。
豐田、馬自達都是DaikyoNishikawa的客戶。該公司新聞發(fā)言人Yukihiko Ishino說:“我們一直將塑料作為鋼鐵的替代品之一,希望納米纖維能將我們的可選材料范圍進一步擴大。”
Hiroaki Yano表示,他之所以發(fā)起此項研究是受到了“Spruce Goose”的影響,后者是一架運輸飛機。它在1947年由美國企業(yè)家霍華德·休斯(Howard Hughes)制造,這家飛機幾乎全用木材制造。當時,Spruce Goose是世界上最大的飛機。Hiroaki Yano于是想到,“既然霍華德·休斯可以用木材制造大型飛機,那為什么不能用木材中提煉出強度和鋼一樣的材料呢?”
當前,1千克納米纖維材料的成本約為9美元。Hiroaki Yano的目標是,在2030年之前將其成本降低一半。由于它可以與塑料結(jié)合應用,這樣一來,這種材料與鋁合金等高剛度材料相比就有了更大的競爭優(yōu)勢。
專家預測,當前被認為汽車中應用最貴的輕量化高強度材料——碳纖維,到了2025年價格會降到每千克10美元。
分析師認為,近期鋁合金仍然是最流行的輕量化材料。畢竟例如納米纖維這類材料生產(chǎn)時需要改造生產(chǎn)線。
波士頓Lux Research應用材料分析師安東尼·維卡里表示,如果Hiroaki Yano的項目能夠成功,那將是個重大突破。