2014年04月15日08:58
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碳纖維、超導材料、藻類生物質，……節能、省資源的環保材料在各個領域都取得了長足的進步。曾經的“未來技術”已經來到了實用化階段，展開了激烈的開發競爭。不只是“環保性能”，在價格和功能上具有競爭力的材料也已經出現。本文我們來追蹤材料革命的最前沿。
“這次發布的是超越了以往汽車的產品。是實現可持續交通的革命性一步。”
2013年7月，在紐約舉辦的寶馬集團首款量產型純電動汽車“寶馬i3”的發布活動上，寶馬集團董事長諾伯特·雷瑟夫（Norbert Reithofer）熱情地向觀眾介紹著這款產品。
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| 寶馬集團於2013年7月，在紐約為首款量產型純電動汽車“寶馬i3”舉辦發布會。董事長諾伯特·雷瑟夫（右二）宣揚了用碳纖維增強樹脂實現了大膽輕量化的i3的革命性創舉 |
i3最大的特色是基礎框架使用碳纖維強化塑料（CFRP），實現了令人震撼的輕量化。
CFRP不僅具有高強度，而且重量比鐵輕一半，比鋁輕30％，能大幅改善燃效。是實現低碳社會必不可少的環保材料。在消耗大量燃料的飛機上已經廣泛應用。
在汽車領域，CFRP此前雖然也在部分高級跑車上採用，但全面應用於量產車的主要構件尚屬首次。
價格降低了一位數
純電動汽車因為要搭載大容量蓄電池，所以重量大約比汽油車重200kg。而通過框架上採用CFRP，底盤改換為鋁合金，車體的重量減輕了約350kg，抵消后輕了約150kg。因為車體上部大幅減輕，車輛整體的重心下降，行駛性能也得以提升。
消費者對i3的關注度很高，在歐洲，i3於2013年11月上市后，訂購數量已經達到了1萬輛以上。在日本也已於4月上市。據稱希望試駕的人數突破了1萬人。
i3受到關注的理由不僅僅是性能。還有一大因素是低至499萬日元（含稅）的建議零售價。以高檔車的級別，實現了普通消費者可以接受的價格。對此，日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）電子、材料、納米技術部主任佐藤隆行難掩驚訝之情：“與過去全面採用碳纖維的汽車相比，價格便宜了一位數。簡直令人難以置信”。
制造碳纖維時，加熱要使用大量電能。寶馬利用水力和風力發電，減少了制造過程產生的CO2
“寶馬i3”通過為基礎框架採用碳纖維強化塑料，底盤採用鋁合金，成功減輕了約350kg
以實現“碳纖維汽車”的商品化為目標，全世界的汽車企業展開了激戰。2010年豐田上市的跑車“雷克薩斯LFA”開日本國產車之先河，全面採用CFRP制造車體，成為了關注的焦點。但其價格也創下了日本國產車中最高的3750萬日元。因為採用的是手工制造的訂貨型生產方式，所以其成本壓縮受限。
寶馬通過開發多種技術提高生產效率，終於將CFRP成功地應用於量產車。
碳纖維是把丙烯等纖維在無氧狀態下“蒸烤”炭化制成。把碳纖維在平面上排列、或編織成片，再用樹脂加固，就成為了CFRP。
飛機等使用的CFRP在成型時，要在專用釜中加熱加壓，使構件硬化。這樣做雖然可以獲得極高的強度，但成型需要若干小時，而且成本高昂。i3使用的CFRP採用了無需加壓加熱的新工藝——RTM（樹脂傳遞模塑）：把預成型的碳纖維布放入模具，高壓注入樹脂，使纖維與樹脂結合，可在10分鐘以內成型。
而且，還開發了將CFRP成型品粘合起來的粘合劑，粘合時間縮短到以往的10分之1的，粘接工序也利用機器人實現了自動化。通過構筑量產體制，大幅降低了成本。
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