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日本研发木质汽车零部件:更硬,更轻

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10月1日消息,据BBC报道,日本研究人员正致力于用木浆制造出一种强大的材料,这种材料可在十年内取代汽车的钢制零部件。此外,他们还将开发能够承受高温的塑料,以取代发动机附近部件的金属。这些创新都将让汽车体重变得更轻,且更加高效。

▲图1:这个仿制的雪铁龙2CV是用果木制作的,未来的汽车会用木制部件吗?

全球重要信息、分析和解决方案领导者IHS Markit首席汽车零部件分析师保罗·马蒂诺(Paolo Martino)说:“人们急于尽可能地减少汽车重量,尤其是在那些污染更严重的汽车,比如SUV或皮卡。”减轻汽车体重意味着其消耗的燃料更少。美国能源部表示,汽车重量减少10%可使燃油经济性提高8%。马蒂诺称,制造商还希望电动汽车的体重尽可能的减轻,这样他们就可以在单次充满电后行驶更远,并帮助解决车主面临的“电池里程焦虑症”。

这就是不起眼的树木可以发挥作用的地方。毕竟,木材已经被用来建造船只、房屋和家具几千年了。日本京都大学的研究人员表示,一种由木浆制成的材料可以像钢铁那样坚固,但重量要减轻80%。

▲图2:老式汽车的门和侧面都是木材所制。木材常用于制造汽车零件,但从来不曾放在发动机附近

日本研究人员用化学方法处理木浆,它由数以百万的纤维素(CNF)组成,并利用这些纤维素融入塑料中。他们说,将纤维素与塑料混合可以制造出一种强大的材料,可用于替代汽车的钢制零部件。京都大学领导这项工作的矢野浩之(Hiroyuki Yano)教授说,这种材料可以用来制造门板、挡泥板和汽车网。研究人员正与日本政府、汽车制造商和其他制造商合作开发这种材料。

纤维素纳米纤维已经被广泛应用于各种产品中,从墨水到透明显示器。尽管这些材料面临着来自更多商业化的轻量级对手的竞争,比如碳纤维,但矢野浩之教授认为,基于纤维素制造的部件可能是可行的替代方案。但是,咨询公司Frost&Sullivan高级副总裁维克·凡达(Vivek Vaidya)也有些疑问有待解答。

▲图3:几千年来,木材始终被用作建筑材料

凡达表示,“非性能部件”(即除引擎、变速器和车轮之外的部件)都可以利用木质材料大量生产,但零部件制造商可能难以跟上汽车生产的步伐。他说:“大多数零部件都是按需供应的,因此木材或有机材料能否及时供应无疑难以保证。”

在日本,研究人员正在研究汽车部件的专用塑料。来自日本先进科学技术研究所的Tatsuo Kaneko教授正在开发利用生物分子制造的塑料。研究人员说,新材料的重量也比钢轻,可以承受高达300摄氏度的高温。Tatsuo Kaneko称:“在汽车引擎附近还没有使用塑料零部件,因为它们无法承受高温。但是我所生产的生物塑料可以承受更高的温度。”

▲图4:日本研究人员说,生物塑料可以替代发动机附近的金属部件

Tatsuo Kaneko正在与日本汽车制造商、汽车零部件和电子产品制造商以及外国公司合作进行研究。他说,这种材料有望在5年内成为钢铁的替代品,使用它的最大优势在于可大幅减轻汽车的重量。虽然较轻的塑料部件可能有助于减少汽车尾气排放,并增加电动汽车的行驶里程,但它们是否会带来其他环境风险?

Tatsuo Kaneko教授承认,用生物塑料代替玻璃等传统材料可能会增加污染,因为其垃圾是不可生物降解的。但他认为,与传统塑料相比,他的材料对环境更友好。他坚持认为,生产以石油为基础的传统塑料会产生大量的二氧化碳,而生物塑料则是由微生物制造的,只会产生更少的废物。

在汽车制造商中,使用“绿色”材料的动力正在加速。Frost&Sullivan的凡达说,制造商们正努力减少汽车的碳排放量,而且不仅仅限于尾气的排放。此举有利于加强监管,并兼顾了消费者需求。英国和法国都计划于2040年之前禁止柴油和汽油车,以减少污染和碳排放。作为全球最大的汽车市场,中国希望到2025年,电动汽车和插电式混合动力车至少占到其汽车销量的1/5。

▲图5:轻型碳纤维在高性能跑车中倍受推崇

凡达说:“通过使用更环保的材料来改善汽车的环保品质,这绝对是明智之举。”为了减轻车体重量,宝马专注于研发碳纤维,并于上个月推出了采用碳纤维增强塑料车顶的M5轿车。丰田在Prius Prime和Lexus LC 500车型中也使用同样的材料降低重量,并增加了电池的续航里程。

对捷豹来说,铝是重点材料。该公司表示,这种金属的重量大约是同等数量钢材的1/3。捷豹说:“每使用100公斤铝作底盘,就能使车辆的二氧化碳排放量每公里减少9克,车的寿命到期前可节省800升燃料。”像康宁这样的小众组件制造商通常在挡风玻璃和其他玻璃部件上使用了钢化玻璃,而高科技玻璃比传统的车窗玻璃轻了1/3。

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