東麗公司目前是全球最大的碳纖維及產品生產商之一,占據全球碳纖維市場30%以上的份額。其碳纖維產品包括飛機部件、人造衛星天線,以及高爾夫球棒等。此次推出概念版TEEWAVE AR1電動汽車,旨在引爆“汽車設計的革命”,因此在制造時非常重視材料的實用性。
TEEWAVE AR1寓意為:東麗準備趕上開發環保高效汽車的浪潮(TEE即Toray Eco Efficient的簡稱,WAVE即浪潮,AR1即Advanced Roadstar 1)。 TEEWAVE AR1由英國Gordon Murray Desing公司設計,該車是是兩人座的敞篷式電動汽車,其長寬高為3975×1766×1154mm,車輛重量為846kg,其中鋰離子電池重量為220kg。在JC08模式下,其耗電量為耗電量為11.6km/kWh,續航里程為185km。
TEEWAVE AR1使用了約160Kg的碳纖維強化樹脂(CFRP),在超越普通同款式車輛的剛性、碰撞安全性的同時,減少了550kg左右的鋼板用量。據東麗公司介紹,碳纖維強化樹脂(CFRP)包含在母材上使用熱固性樹脂的CFRTS和使用熱可塑性樹脂的CFRTP兩種。
其中,CFRTP是在樹脂中摻入短纖維,其機械特性遜于CFRTS,但是擠壓成形的耗時較短,且易于加工。而CFRTS是長纖維的織物浸滲于環氧樹脂凝固而成,雖然成形耗時較長,但是其強度/剛性較高。TEEWAVE AR1概念版電動汽車充分考慮了材料特性及車身不同部位的特點,從而使得車子的輕量化和性能提升二者兼顧。
在設計方面,車內乘員空間采用剛性出色的CFRTS單體構造,能夠將復雜的形狀一體成形,因此該單體車身僅有3個構造組件,數量僅為采用鋼材車輛的5%,而整體構造重量僅為45千克左右,遠遠低于采用鋼材車輛的50%。
車輛的前后的防撞箱子,扮演著沖撞時吸收能量的角色,亦采用CFRTS材料。這種材料的防撞箱比鋼板防裝產品,平均單位重量的能量吸收約高2.5倍。不僅有效減少了組件重量,也顯著提高了沖撞是的安全性。
車頂或罩板等板狀組件,其骨架部分的機械特性要求不高,可以選用低成本、短時間成形的CFRTP。CFRTP制板狀件的周期時間約是1分鐘左右,可以縮短汽車組裝工程在節拍時間之內。
根據東麗公司的資料,CFRTS制的單體車身構造,強度與剛性出色,能夠在多個車種上采用。目前,Toray采用高循環一體成形法進行開發CFRTS。該方法能夠將成形周期由現在的10分鐘縮短至5分鐘。關于單體車身構造,若是以多種車型共享為前提,能夠把周期縮短至3分鐘,將會被汽車業制造商廣泛接受。
目前主流的汽車材料是鋼與樹脂,而CFRP卻是擁有迥然相異的材料性質。這個性質就是各向異性。特別是使用長纖維的CFRTS,依據其方向諸如強度等的機械特性會大幅地變化。與纖維垂直的方向是較弱的,但若是善用這個性質,從來未見的嶄新設計是很有機會出線。
但是對于長年使用鋼、樹脂等方性材料的多數汽車設計者來說,對于各向異性材料的CFRP,卻知之甚少。若是與鋼、樹脂比較,CFRP每單位重量的機械特性都超越前二者;在材料成本與成形時間上卻相距甚遠。即使縮短了這個差異,也很難考慮到逆轉的事情。
東麗公司一高層表示:汽車業界幾乎沒有對于各向異性材料純熟掌握的設計者。因此,身為材料制造商的Toray,若不完整開發汽車來介紹CFRP的可能性,將會有CFRP不被采用的危機意識。東麗將碳纖維定位為“戰略性擴大業務”,汽車是最有望大量應用這種材料的領域,公司計劃通過概念車擴大汽車廠商對碳纖維的應用。