丰田对碳素纤维的应用现况
By www.carbonfiber.com.cn
一辆最终版的雷克萨斯LFA，成本375000美元，最大速度为202mph，含65%碳素纤维（按重量）和35%铝。
日本丰田市（2013年1月15日）由于日元汇率飙升，丰田汽车推出一款变形版来取代亏钱的碳素纤维材质的雷克萨斯LFA跑车的希望已完全落空，至少眼下是如此，公司官员这样说道。
最后一辆成本375000美元的LFA跑车于2012年12月14日在丰田市下线，给丰田公司留下了一座成本高昂且高端、但基本上已停产的碳素纤维工厂。
现在，工程团队正在设法让该厂得到重新利用，并把丰田在碳纤维领域的专业知识结合到其它产品中。这是丰田第一次计划把这种成本高昂的高科技材料用在LFA以外的车型上。
2010年10月，丰田在其位于元町的生产园区内新建了一座碳素纤维生产厂，专门生产用于LFA的墨黑、超结实但轻型的碳素纤维零部件。LFA约有65％的车身结构（按重量）为碳素纤维材质。
自从第一辆LFA在2010年12月15日下线以来，观察人士纷纷推测雷克萨斯可能会发售一款新车作为该车第一批产量达到500辆的限量版，可能为跑车。
丰田从未期望LFA能赚钱。这款车是作为“光环车”来证明雷克萨斯的工程设计能与稀有的超级跑车直面竞争。
在开发中途，首席工程师Haruhiko Tanahashi取消了采用铝制车身的原计划，转而选择使用碳素纤维，这一变化使得该车奠定了天价的成本基础。
当LFA仍在当地以人工方式组装时前往参观的一位不愿透露姓名的丰田公司官员说道：“有段时间，我们曾打算在现有的LFA项目结束后在这里再启动另一个项目。但现在的经营环境太差了。”
主要的问题在于：日元太坚挺。
当该项目在2005年11月获商用化授权时，日元对美元汇率保持在118：1，而在2009年10月量产版本亮相东京车展时，汇率已变成89：1。自那以后，日元汇率不断走高，达到了1美元兑75日元的高水平，不过最近又回落至85左右。这代表了日元汇率变化幅度达到了约30％，使得这辆在日本本土生产的汽车遭受多重损失。
尽管如此，丰田称采用碳素纤维的试验性做法是有回报的，因为从LFA身上积累起来的专业知识可以进一步应用到其他地方。除生产用于LFA的备件外，内部工厂很快将开始为其他车型生产碳素纤维零部件。
这些碳素纤维零部件有望被用在雷克萨斯和丰田系列的其他车型上。
但该公司目前还未这么做。LFA仍是眼下丰田或雷克萨斯系列中唯一使用碳素纤维的车型。而且丰田未透露有计划使用碳素纤维零部件的任何其他雷克萨斯车型。
汽车生产商在日益考虑把碳素纤维用于引擎罩、车顶、行李箱盖和空气动力学部件，如扰流板，作为减轻车重提高燃油经济性的新选择。这种材料更结实坚固，而且比钢材更轻。LFA的碳素纤维车身重量仅193公斤，即425磅。
但其成本异常之高，大致相当于高级跑车。如果有更多的汽车制造商使用碳素纤维，那么成本会有所下降。但在价格未有明显下降之前，大部分汽车企业不会广泛采用这种材料。
丰田之所以进行碳素纤维生产是因为他们还拥有其他的制造技术。他们把这种工艺引入公司内部，并观察大名鼎鼎的丰田生产体系是否能维持效率。
一探究竟
只要到LFA生产车间窥视车辆的生产情况，就不难了解为什么LFA及其碳素纤维零部件的价格为何如此之高了。
对一辆LFA进行繁复的组装总共要花三周时间。其中两周主要用于层压和模塑碳素纤维制成的碳板。每天工作八小时只能组装完毕一辆车。
LFA生产车间约有170名工作人员，其中约有100人在碳素纤维部门工作，大部分作业都在全透明的一尘不染的洁净室内进行，让人联想到计算机芯片生产厂。
碳素纤维复合材料有三种生产方式，不妨称之为碳素纤维增强聚合物更为准确。丰田在内部进行其中两种生产。
第一种称为预浸料坯，包括使用由粘性树脂预浸渍的无纺布碳素纤维织物制成板材。这是成本最高，坚硬度最好的一种碳素纤维复合材料。
第二种是树脂传递模塑。RTM是结实度排第二的材料类型，而且价格相比第一种稍微便宜一些。
第三种方式，也是丰田外包的，属于碳素板成型复合材料。这种碳纤维复合材料的结实度是最差的，价格也最便宜，但尽管如此，其坚硬度仍远高于钢材，重量也轻得多。该材料能在环氧树脂混合液中结合切碎的碳素纤维碎片。
吹风机、刮刀齐上阵
预浸料坯和RTM无论在劳动力还是时间上都属于密集型生产工艺。丰田不愿透露这些工艺具体要投入多少人手。但在预浸料坯车间里，可以看到有很多人在把精确切割的碳纤维片放到将成为LFA仪表板的一块样板上。
工人们利用吹风机来加热和软化注入树脂的碳表开孔，随后用刮刀把角落和缝隙整平。
随后把修整过的面板放入大型高压釜压力锅中处理八小时。做出来的是一个单个的部件。
RTM生产工序则很单调。工人们把大块的碳纤维干布板贴合到模具中，供制成LFA的变速器和传动轴的模穴。这一过程就好像用一张报纸均匀地包裹一颗足球一样。这些布板会不断滑出来。仅绕一次是不够的。每个模穴需要绕八层。
参与LFA开发的一名人员说道：“我们随时都会碰到未对准的情况。如果拉扯布板的力道过大，就会在纤维上留下裂孔。”但是，RTM相比预浸料坯对劳动力人数的要求不是太高。
在这两种工艺中，每个零部件都需要八小时来分层，随后再需要八小时进行矫正。
汽车织机
丰田还对内部生产的碳素纤维进行旋转加工。在这方面，丰田兜兜转转又回到了原点：在1936年开始生产汽车之前，丰田集团就是靠向日本的纺织品行业供应自动织机起家的。
而现在丰田又做起了织机的老本行。其中一台大型的圆形织机将144个碳纤维线头编织在一起，每一根都是由24000缕碳素纤维紧紧捻在一起的，每一根都比人的头发还细。另外一台织机则把这些线制成流动性好的石墨布料，碳素纤维标志性的交叉纹理闪耀着淡淡的光泽。
当所有的子部件都固化并就绪后，它们像儿童塑料模型一样被粘起来构成LFA的车身。随后再次被送入大型烘炉中。在粘合剂固化后，碳纤维车身即告完成。
在去年12月交付最后一辆LFA后，该车间大约三分之二的员工都返回了原先的工作岗位。剩余的工人则负责碳纤维部件的快速生产。
以东丽工业株式会社为首的日本碳纤维生产企业占到全球碳纤维供应总量的70％。日本政府称，只要生产商能做到迅速降低成本，该行业将给其他行业带来益处，尤其是对汽车业。
虽然LFA的推出现使丰田也加入这一大军中，但尚不清楚丰田的这一技术具有多大的竞争力。
其他汽车制造商
兰博基尼、法拉利、宾利和迈凯轮也都在各自的汽车中使用了碳素纤维，而且同样在生产技术和复合材料上开创先河。其中一些制造商称，他们已把某些生产步骤的用时缩短至分钟，而丰田是以小时计的。
比如，宾利在其碳素纤维中加入钴使之具有磁性。这样他们就能利用磁石来实现生产的自动化操作，进而降低成本和缩短生产耗时。
相比之下，LFA的外板全部采用碳素纤维材料，和其他类型的塑料一样不具有磁力。汽车批量组装中常用的静电喷涂对塑料不起作用。所以某些零部件只能手工喷涂。
兰博基尼采用了一种名为“锻造复合材料”的系统料，据称其生产速度要快于预浸料坯和高压釜处理。
宝马公司已与SGL Carbon SE公司在美国华盛顿州Moses Lake组建了合资企业，批量生产碳素纤维和开发内部加工能力。之所以选择在这里建厂，是为了利用成本较低的水力发电优势，这也是汽车业设法降低成本的另一个信号。
但实际上更具成本效益的方法是，把碳素纤维和碳纤维产品的生产交给已经具备批量生产规模的成熟的生产企业。
去年，通用汽车公司与日本帝人株式会社签约合作开发可能用于通用车型的碳纤维汽车零部件。当时通用表示，帝人有潜力利用一种成型时间不到1分钟的热塑性材料来生产这类部件。
作为该项目的一部分，帝人于2012年3月在美国密歇根州Auburn建成一座技术中心，把研发触角伸向碳素纤维的汽车应用。
丰田的见解
丰田称还在对其技术做进一步的开发，设法提高生产效率和降低成本。今后，丰田将更少使用预浸料坯工艺，更多地使用RTM。RTM工序所需的压力要求较小，使之比传统工艺更具灵活性，而且速度更快。
最终，丰田希望通过试用碳素纤维来了解相关的成本和生产技术。
丰田历来都在内部生产类似的零部件，作为参照基准，对供应商的价格和质量进行计量。随后再将这方面得到的专业技术用在与供应商的价格谈判中，并会同供应商一起设法提高生产效率。
碳素纤维工厂的建成意味着丰田也将掌握这些零部件的生产窍门。
丰田的发言人Keisuke Kirimoto说：“这是一项成功，因为我们已在碳素纤维生产所需的技术和工艺上得到了专业经验。当在加快树脂固化时间上有所进展后，我们将把积累到的知识进一步用到日后的其他方面。”
塑料新闻
一辆最终版的雷克萨斯LFA，成本375000美元，最大速度为202mph，含65%碳素纤维（按重量）和35%铝。
日本丰田市（2013年1月15日）由于日元汇率飙升，丰田汽车推出一款变形版来取代亏钱的碳素纤维材质的雷克萨斯LFA跑车的希望已完全落空，至少眼下是如此，公司官员这样说道。
最后一辆成本375000美元的LFA跑车于2012年12月14日在丰田市下线，给丰田公司留下了一座成本高昂且高端、但基本上已停产的碳素纤维工厂。
现在，工程团队正在设法让该厂得到重新利用，并把丰田在碳纤维领域的专业知识结合到其它产品中。这是丰田第一次计划把这种成本高昂的高科技材料用在LFA以外的车型上。
2010年10月，丰田在其位于元町的生产园区内新建了一座碳素纤维生产厂，专门生产用于LFA的墨黑、超结实但轻型的碳素纤维零部件。LFA约有65％的车身结构（按重量）为碳素纤维材质。
自从第一辆LFA在2010年12月15日下线以来，观察人士纷纷推测雷克萨斯可能会发售一款新车作为该车第一批产量达到500辆的限量版，可能为跑车。
丰田从未期望LFA能赚钱。这款车是作为“光环车”来证明雷克萨斯的工程设计能与稀有的超级跑车直面竞争。
在开发中途，首席工程师Haruhiko Tanahashi取消了采用铝制车身的原计划，转而选择使用碳素纤维，这一变化使得该车奠定了天价的成本基础。
当LFA仍在当地以人工方式组装时前往参观的一位不愿透露姓名的丰田公司官员说道：“有段时间，我们曾打算在现有的LFA项目结束后在这里再启动另一个项目。但现在的经营环境太差了。”
主要的问题在于：日元太坚挺。
当该项目在2005年11月获商用化授权时，日元对美元汇率保持在118：1，而在2009年10月量产版本亮相东京车展时，汇率已变成89：1。自那以后，日元汇率不断走高，达到了1美元兑75日元的高水平，不过最近又回落至85左右。这代表了日元汇率变化幅度达到了约30％，使得这辆在日本本土生产的汽车遭受多重损失。
尽管如此，丰田称采用碳素纤维的试验性做法是有回报的，因为从LFA身上积累起来的专业知识可以进一步应用到其他地方。除生产用于LFA的备件外，内部工厂很快将开始为其他车型生产碳素纤维零部件。
这些碳素纤维零部件有望被用在雷克萨斯和丰田系列的其他车型上。
但该公司目前还未这么做。LFA仍是眼下丰田或雷克萨斯系列中唯一使用碳素纤维的车型。而且丰田未透露有计划使用碳素纤维零部件的任何其他雷克萨斯车型。
汽车生产商在日益考虑把碳素纤维用于引擎罩、车顶、行李箱盖和空气动力学部件，如扰流板，作为减轻车重提高燃油经济性的新选择。这种材料更结实坚固，而且比钢材更轻。LFA的碳素纤维车身重量仅193公斤，即425磅。
但其成本异常之高，大致相当于高级跑车。如果有更多的汽车制造商使用碳素纤维，那么成本会有所下降。但在价格未有明显下降之前，大部分汽车企业不会广泛采用这种材料。
丰田之所以进行碳素纤维生产是因为他们还拥有其他的制造技术。他们把这种工艺引入公司内部，并观察大名鼎鼎的丰田生产体系是否能维持效率。
一探究竟
只要到LFA生产车间窥视车辆的生产情况，就不难了解为什么LFA及其碳素纤维零部件的价格为何如此之高了。
对一辆LFA进行繁复的组装总共要花三周时间。其中两周主要用于层压和模塑碳素纤维制成的碳板。每天工作八小时只能组装完毕一辆车。
LFA生产车间约有170名工作人员，其中约有100人在碳素纤维部门工作，大部分作业都在全透明的一尘不染的洁净室内进行，让人联想到计算机芯片生产厂。
碳素纤维复合材料有三种生产方式，不妨称之为碳素纤维增强聚合物更为准确。丰田在内部进行其中两种生产。
第一种称为预浸料坯，包括使用由粘性树脂预浸渍的无纺布碳素纤维织物制成板材。这是成本最高，坚硬度最好的一种碳素纤维复合材料。
第二种是树脂传递模塑。RTM是结实度排第二的材料类型，而且价格相比第一种稍微便宜一些。
第三种方式，也是丰田外包的，属于碳素板成型复合材料。这种碳纤维复合材料的结实度是最差的，价格也最便宜，但尽管如此，其坚硬度仍远高于钢材，重量也轻得多。该材料能在环氧树脂混合液中结合切碎的碳素纤维碎片。
吹风机、刮刀齐上阵
预浸料坯和RTM无论在劳动力还是时间上都属于密集型生产工艺。丰田不愿透露这些工艺具体要投入多少人手。但在预浸料坯车间里，可以看到有很多人在把精确切割的碳纤维片放到将成为LFA仪表板的一块样板上。
工人们利用吹风机来加热和软化注入树脂的碳表开孔，随后用刮刀把角落和缝隙整平。
随后把修整过的面板放入大型高压釜压力锅中处理八小时。做出来的是一个单个的部件。
RTM生产工序则很单调。工人们把大块的碳纤维干布板贴合到模具中，供制成LFA的变速器和传动轴的模穴。这一过程就好像用一张报纸均匀地包裹一颗足球一样。这些布板会不断滑出来。仅绕一次是不够的。每个模穴需要绕八层。
参与LFA开发的一名人员说道：“我们随时都会碰到未对准的情况。如果拉扯布板的力道过大，就会在纤维上留下裂孔。”但是，RTM相比预浸料坯对劳动力人数的要求不是太高。
在这两种工艺中，每个零部件都需要八小时来分层，随后再需要八小时进行矫正。
汽车织机
丰田还对内部生产的碳素纤维进行旋转加工。在这方面，丰田兜兜转转又回到了原点：在1936年开始生产汽车之前，丰田集团就是靠向日本的纺织品行业供应自动织机起家的。
而现在丰田又做起了织机的老本行。其中一台大型的圆形织机将144个碳纤维线头编织在一起，每一根都是由24000缕碳素纤维紧紧捻在一起的，每一根都比人的头发还细。另外一台织机则把这些线制成流动性好的石墨布料，碳素纤维标志性的交叉纹理闪耀着淡淡的光泽。
当所有的子部件都固化并就绪后，它们像儿童塑料模型一样被粘起来构成LFA的车身。随后再次被送入大型烘炉中。在粘合剂固化后，碳纤维车身即告完成。
在去年12月交付最后一辆LFA后，该车间大约三分之二的员工都返回了原先的工作岗位。剩余的工人则负责碳纤维部件的快速生产。
以东丽工业株式会社为首的日本碳纤维生产企业占到全球碳纤维供应总量的70％。日本政府称，只要生产商能做到迅速降低成本，该行业将给其他行业带来益处，尤其是对汽车业。
虽然LFA的推出现使丰田也加入这一大军中，但尚不清楚丰田的这一技术具有多大的竞争力。
其他汽车制造商
兰博基尼、法拉利、宾利和迈凯轮也都在各自的汽车中使用了碳素纤维，而且同样在生产技术和复合材料上开创先河。其中一些制造商称，他们已把某些生产步骤的用时缩短至分钟，而丰田是以小时计的。
比如，宾利在其碳素纤维中加入钴使之具有磁性。这样他们就能利用磁石来实现生产的自动化操作，进而降低成本和缩短生产耗时。
相比之下，LFA的外板全部采用碳素纤维材料，和其他类型的塑料一样不具有磁力。汽车批量组装中常用的静电喷涂对塑料不起作用。所以某些零部件只能手工喷涂。
兰博基尼采用了一种名为“锻造复合材料”的系统料，据称其生产速度要快于预浸料坯和高压釜处理。
宝马公司已与SGL Carbon SE公司在美国华盛顿州Moses Lake组建了合资企业，批量生产碳素纤维和开发内部加工能力。之所以选择在这里建厂，是为了利用成本较低的水力发电优势，这也是汽车业设法降低成本的另一个信号。
但实际上更具成本效益的方法是，把碳素纤维和碳纤维产品的生产交给已经具备批量生产规模的成熟的生产企业。
去年，通用汽车公司与日本帝人株式会社签约合作开发可能用于通用车型的碳纤维汽车零部件。当时通用表示，帝人有潜力利用一种成型时间不到1分钟的热塑性材料来生产这类部件。
作为该项目的一部分，帝人于2012年3月在美国密歇根州Auburn建成一座技术中心，把研发触角伸向碳素纤维的汽车应用。
丰田的见解
丰田称还在对其技术做进一步的开发，设法提高生产效率和降低成本。今后，丰田将更少使用预浸料坯工艺，更多地使用RTM。RTM工序所需的压力要求较小，使之比传统工艺更具灵活性，而且速度更快。
最终，丰田希望通过试用碳素纤维来了解相关的成本和生产技术。
丰田历来都在内部生产类似的零部件，作为参照基准，对供应商的价格和质量进行计量。随后再将这方面得到的专业技术用在与供应商的价格谈判中，并会同供应商一起设法提高生产效率。
碳素纤维工厂的建成意味着丰田也将掌握这些零部件的生产窍门。
丰田的发言人Keisuke Kirimoto说：“这是一项成功，因为我们已在碳素纤维生产所需的技术和工艺上得到了专业经验。当在加快树脂固化时间上有所进展后，我们将把积累到的知识进一步用到日后的其他方面。”
塑料新闻
