日本車用材料發展動向

 

刊登日期:2014/4/28
  • 字級

地球暖化與石油枯竭廣泛衝擊全球產業,影響最深者莫過於汽車產業。為求因應,近年來全球各大車廠無不致力於提升汽車環保與動力性能,逐鹿於以中國大陸為首的新興市場。由於國外需求比重攀升,基於降低匯率變動衍生之風險,各車廠紛紛採取地產地消策略,積極於在地設廠佈局。環保考量下,汽車朝向小型、高功率與生質柴油化發展,繼電動車(EV)、油電混合車(HV)、插入式混合動力車(PHV)之後,燃料電池車(FCV)亦將於2015年正式進入市場。汽車業者除面對由燃油引擎至電動馬達的動力變遷外,各在地生產之零件組合仍必須符合全球規範之一致品質要求,如何建構相關零組件材料的全球供應鏈,是各廠的重要挑戰。

碳纖維
長久以來,碳纖維複合材料(Carbon-Fiber-Reinforced Polymer;CFRP)一直是熱門的汽車輕量化替代材料。CFRP有助於車體輕量化,然會墊高汽車成本。依據歐盟法規,2020年以前車輛製造商的年整體車隊平均二氧化碳排放量必須下降至95克/公里以下。2010年起,歐洲經濟區(EEA)逐年收集並檢核各家汽車製造商對歐盟所有成員國註冊之乘用車二氧化碳排放量的質量數據,每年根據其整體車隊平均質量評定各家汽車製造商的性能進度。大眾市場品牌的汽車製造商可藉由生產更多小引擎車輛來降低平均排放值,豪華品牌則別無他法,致使許多車商急於尋求與CFRP製造商進行結盟。其次來自於嚴苛的美國新聯邦法規CAFÉ(企業平均燃油經濟性,Corporate Average Fuel Economy )-2025年前汽車製造商必須滿足至少54.5英里/加侖的整體車隊平均值。若不輕量化,此標準難以僅由提高引擎或電動動力系統效率來達成。在歐盟與美國環保法規催生下生態車崛起,車體輕量化成為關鍵。

2013年BMW已推出全車體使用CFRP的電動車「i3」,日系車廠也開始跟進。日本Toray於2014年2月併購美國Zoltek。儘管Zoltek生產的纖維束品質無法達到汽車結構材料的性能要求,但Toray看上的其實是已建構完成的生產線。Toray在2013年購買Carbonmagic後,進一步入股美國CFRP汽車零件1級製造廠Plasan Carbon Composites,積極佈局合併與收購,藉以拓展其技術與銷售通路。三菱Rayon在2014年入股中國大陸碳纖維廠Action Composites International,以購買汽車用CFRP零件廠方式建立中國的據點,有利於短時間內擴大其事業版圖。帝人化學選擇與美國通用汽車合作,在底特律共同研發、生產車用熱可塑性樹脂之CFRP產品,藉以佈局美國的碳纖維市場。

除了1級碳纖維廠積極導入成形機,各產官學研的合作研發同步進行中,多以降低材料成本、縮短成形製程、零件一體化、開發與不同材料之接合技術為研發重點。

金屬、輕金屬
車體輕量化直接與燃料費用相關,所以無論對何種車款都極為重要。急迫的輕量化需求加速了新材料的應用。下世代汽車中,不論針對電動車或燃料電池車,續航力一直是難以克服的癥結,因此輕量化再次成為話題。除了CFRP之外,縮減金屬用量乃至於採用新的輕金屬都有可能。

作為高強度材料的高張力鋼,在已開發國家的應用已朝向1GPa級發展,此種具1GPa級強度的高張力鋼,在開發中國家也因環境規範的制定而逐漸普及。鋼鐵之外,屬輕金屬的鋁材在結構材料上呈現快速的進展。日本應用於引擎蓋,歐洲則加速非結構材料的應用,美國自2014年起也大量使用,預計至2020年面板相關材料的需求將成長 ---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

編譯:李守仁 /健行科技大學;白立文/工研院材化所
★完整檔案內容請見下方附檔。


分享
為此篇文章評分

相關廠商