走进科技世界：运用CFRP材料的产品有哪些？下面试为各位读者加以介绍。

帝人/通用汽车：如何实现削减成本，将CFRP用于年产数万辆的量产车？

用轻便的碳纤维增强复合材料（CFRP）制造普通汽车的整个车体，这一技术朝着实用化的方向有了大幅发展。帝人和美国通用汽车公司（GM）共同开发了一项技术，即将一种通过在基础材料（基材）上渗透热塑性树脂得到的CFRP应用在通用汽车的量产车上。为了实现CFRP的实用化，两家公司曾共同针对这项技术的成本、安全性、可靠性开展了验证。这一技术的适用对象是汽车。两家公司于年12月9日公布消息，称其将生产“年产数万辆，价格为数百万日元的汽车”。据帝人代表董事、高级常务执行官龟井范雄介绍：“为了应对欧美可能引入的新CO2排放量标准，车企应树立问题意识，实现大幅度的车体轻量化。”这也是共同开发的一大背景。

除成型部件外，其他成本也要削减帝人继续开展了使用聚丙烯和聚酰胺等热塑性树脂的研究开发，以实现CFRP在汽车领域的应用。CFRP大多使用的是热固性树脂，成型时间需要花费约5分钟。但如果改成使用热塑性树脂，就有望将成型时间缩短至1分钟内。实现CFRP车体的最大课题是成本。虽然可以通过缩短生产节拍来控制成本，但是“这还没有考虑到将成型部件自身的价格削减到与钢制部件接近的程度”（龟井范雄）。帝人的目标是将大型复合部件一体成型，通过这类技术简化整个车体的组装工序，进而达到削减成本的目的。这也是帝人配合车体厂商全力进行共同开发的原因。

虽然成型品的成本比钢材昂贵，但是简化车体组装工序也可以将成本降低到更合理的范围内。关于是否能将成本降低到比目前的钢制汽车更低的程度就“不清楚了”（帝人）。针对汽车整体成本的削减，龟井范雄表示：“我们没有从通用汽车那里获取这一类的信息，出于作为汽车厂商可以实现合理成本这一判断，我们下定决心履行共同开发的协议。如果成功将CFRP应用于结构骨架材料，那么也会考虑在车门等部件上应用CFRP。”当然，汽车以外领域的应用也是有可能的。如果使用的是热塑性树脂，那么各部件之间在接合时就可以采用焊接的方式。即便发生破损也很容易进行修理。公认的制造方法是冲压成型和注塑成型，也可以考虑将二者结合起来，用与塑性树脂相同的材质将肋条和突起成型为一体。

东丽精工：4步造出CFRP扬声器外罩

CFRP材料的密度是钢的1/6，铝合金的1/2。不仅拉伸强度可与铝合金媲美，弯曲强度也与钢材料持平。虽然产品的重量与厚度有关，但只要充分运用制造技术，就可以制造出比目前市面上的产品轻50%以上的外罩。你也许能够推断出上文罗列出的优点，但实际上，这种扬声器外罩的附加价值绝不仅仅是轻量化。那么问题来了，碳纤维增强树脂材质的扬声器外罩除轻量化之外，还有什么独特的魅力？CFRP材质的扬声器外罩比金属材质的音质效果更好。原因是CFRP的减振性能较好，也就是说，它可以很好地抑制声波的振动。

CFRP的减震性能要比SUS高大约五倍。也就是说，CFRP材质外罩可以更快地抑制振动。如果我们用损失系数较高的材料制作扬声器外罩，那么即使扬声器还在发声，声波振动也很快就会得到抑制。因此，我们听到的下一段音波，其实是通过没有持续振动的扬声器发出来的。你一听就会发现，CFRP材质的声音更为清晰。反之，如果我们用损失系数较低的材料制造扬声器外罩，那么在下一段声波发出的时候，扬声器其实还在因为前面的声波而振动，导致两段振动（声音）重叠，音质受损。这就是CFRP扬声器外罩音质优良的发生机制。

使用CFRP材质（右）的扬声器外罩时，音质更清晰。而使用SUS材质（左）时，扬声器的音质较差。树脂材质的扬声器外罩并不罕见。聚丙烯（PP）、丙烯腈丁二烯（ABS）等材质的扬声器外罩在市面上均有销售，但减振性能均逊色于CFRP，刚性和强度也很低，所以这些材质的外罩很厚，实际使用时会遮挡部分声音。也就是说，这些材料无法达到与CFRP一样的高音质效果。

东丽精工不仅计划使用CFRP制造出高音质的外罩，还计划推动CFRP扬声器椎体的商品化，以期开发的CFRP产品可以搭载在高级车音响上、固定式的高级音箱中。质量更轻、音质更优、附加价值更高。这款产品的开发实属偶然。东丽精工曾收到过很多客户反馈。很多装有户外音箱的客户抱怨说：“不锈钢的音响太重，操作起来极其费力，有没有更轻的产品呢？”东丽精工认真思考，开始开发并生产更轻、更牢固、不生锈的CFRP材质的扬声器外罩。除客户的好评、反应操作性提高之外，东丽精工还收获了一些意外的反响，说“这种音响音质清晰，声音能传得更远”。基于这样的反馈，东丽精工马上进行了试验，并从结果中得出“CFRP材质具有更高的减振性能”的惊喜。

CFRP材质的扬声器外罩是怎么制造出来的呢？首先，是混合工序。先将CF的连续纤维和PA6放入挤压机中捏合，加工为球状物。球体的直径约为1mm，长度约为1.5mm～2mm。连续纤维在捏合过程中会被绞断，每段长度在0.3mm～0.4mm，其中含有CF。其次，进入板材制作工序。这一步也会用到挤压机，把之前的球状材料放入挤压机进行熔融。然后，再将熔融物从金属口的缝隙中压出，借由两根辊子调整厚度。允许调整的厚度范围为0.5mm～2mm。

冷却后，就能得到CFRP板材。再次，把CFRP板材送入冲孔工序。用冲孔机加工出扬声器外罩上的小孔。小孔可以达到与板材厚度一致的直径。最后，是热压成型。在这一步，要把开过孔的CFRP板材塑造成立体形状。经过这四步，你就能得到一个完整的扬声器外罩了。板材的厚度在0.5mm～2mm，非常薄，而且上面的孔洞又非常密集。所以，我们很难用普通的注塑成型进行加工。由于加工过程中，孔洞周围会形成熔接痕，所以如果在板材成型之后施加压力，这些熔接痕很可能会导致外罩出现龟裂或者断裂。

CFRP极其适宜镀铬，让产品外观品质更加多样化。CFRP具有可以导微弱电流的特性，非常适宜镀铬。一旦经过镀铬工序，CFRP材质的扬声器就可以拥有金属一样的外观了。据推算，CFRP要比金属材质的制造成本高大约3倍。东丽精工不仅能让扬声器的质量更轻，还能让音响的音质更优。这一点，可以平衡价格方面的差距。

尼康：CFRP材料改变单反相机主体结构，实现机身轻量化

尼康（Nikon）通过在单镜头反光相机的机身上采用热塑性CFRP（碳纤维增强复合材料），使得机身结构焕然一新，实现了轻量化。以往，尼康在单镜头反光相机主体的内部整合了钢和镁合金制成的机架，并且安装了将聚碳酸酯（PC）注塑成型而制成的机壳。结构部件主要指的是机架，外壳对机身的强度和刚性几乎没什么影响。

另一方面，采用CFRP材料机身的“D”和“D”，其外壳整体是构成结构部件的单壳结构（“D”机身的一部分也采用了CFRP）。也就是说，从这两种机型开始就不再有机架了。通过结构解析对主体的设计进行优化后，“D“实现了45g、约10%的轻量化。尼康影像事业部开发本部第一设计部第三设计科副总奥谷刚介绍说：“由于最近新配备了GPS和WiFi功能，机身变重的倾向很明显。我们计划进行mg单位的设计，以实现轻量化。但目前并没有其他更好的技术能一次性减少45g的重量。CFRP机身的实用化绝对是一个只许成功不许失败的项目。”

尼康采用的CFRP是帝人制造的“Sereebo”，是在注塑成型用的PC中填充碳纤维后形成的材料。这种CFRP以前就存在，只是这次采用的CFRP强度更高，外观品质更优。假设普通的玻璃纤维增强树脂的抗弯强度是，那么以往的CFRP就是，而这次采用的CFRP达到了，比镁合金更高。正因为有如此高的强度，才能实现单壳机身。机身结构焕然一新后，与之相应的设计手法也有了很大改变。在内部整合了机架的旧机型中，作为主要部件的成像元件，以及快门、取景器、自动对焦机构等都被安装在了机架上。但是，“D”和“D”上并没有机架，所以在何处安装这些部件是需要从头开始考虑的。此外，在旧机型中，配置部件的基准是机架，而在没有机架的单壳机身中就变成了镜头卡口。通过部件的配置与安装方法的优化，可以实现部件数量的削减和内部结构的简单化，组装起来也会更加容易。