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纤维素纳米纤维增强汽车用复合材料研究进展

为了开展强化材料采用植物性纤维素类纳米纤维的功能性复合材料业务，三菱化学与王子制纸开始进行共同研究，研究期限截至2012年9月。另外，作为由京都大学、三菱化学及王子制纸等5家机构加盟的产学合作项目，以纤维素类纳米纤维为强化材料的汽车用纤维强化塑料（FRP）复合材料联合研究也同时开始实施。这项产学合作的目标是，使利用纤维素纳米纤仅在通讯基站备用电源市场方面维的构造类复合材料实用化。

纤维素类纳米纤维是将可从针叶树等树木中获得的植物纤维（Pulp）的构成成分——纤维素微纤维，分解成以数根为单位的集合体的纳米纤维。纤维素微纤维由直线上的30～50根左右纤维素分子构成。数根纤维宽度约为4nm的微纤维聚集在一起，可形成宽度为20～100nm左右的纳米纤维。京都大学生存圈研究所的矢野浩之教授表示，由于这种纳米纤维来源于针叶树等植物，因此日本“拥有约1万亿吨的丰富资源”。另外，他还介绍称，由于以植物为原料，因此“生产与废弃时，均可在CO2吸收及产生方面实现‘碳中和（Carbon Neutral）’，具有出色的环保性及可回收性”。

纤维素类纳米纤维是从2002年8月开始实施的大型产学合作项目“京都大学一揽子产学合作联盟”取得的代表性研究成果之一。该项目由京都大学、三菱化学、NTT（日本电信）、先锋、日立制作所及罗姆5家企业及机构实施了5年，其目的是共同开发出“有机类电子元器件”。各企业每年负担2500万日元的共同研究费用（每年合计2亿5000万日元）。通过此项研究，矢野教授的研究小组采用取自椰果的纤维素类纳米纤维试制出了透明底板。

利用纤维素类纳米纤维的研究成果，三菱化学与王子制纸从2010年1月开始进行共同研究，计划使有机EL显示器用柔性底板及LED（发光二极管）封装材料等功能性材料实用化。采用某种造纸技术，使纤维素类纳米纤维形成薄膜，然后以薄膜为强化纤维集合体，使熔融后的树脂含浸其中，即可形成FRP类复合材料。“以直径不到100nm的纳米纤维为强化材料的复合材料，具有透明且光透射能力出色的特点”。另外，以直径超过100nm的纳米纤维为强化材料的复合材料“虽不透明，但光透射能力高”。

在此前的研发过程中，两公司已试制出透明性出色的功能性复合材料。业务方面的目标是销售功能性复合材料。计划2012年度内决定是否开展功能性复合材料业务。

纤维素类纳米纤维不仅光透射能力出色，而且伸展强度高达3GPa，线热膨胀系数非常小，仅为0.1ppm/K，因此具有温度变化引起的尺寸变化小、成型加工性出色等特点。矢野教授表示，形成复合材料时，通过优化母相热硬化树脂，“可使弯曲强度达到400MPa”。

据悉，三菱化学与王子制纸此次启动的共同研究“以优化纤维素类纳米纤维原料——树木的树种选择、植物纤维制造、将纤维素微纤维分解为以数根为单位的集合体的“分纤”工序，以及优化纤维素类纳米纤维的表面处理、薄膜化工序与树脂含浸复合材料化工序等为目标”。

另外，京都大学等5家机构加盟的产学合作项目——以纤维素类纳米纤维为强化材料的汽车用FRP（纤维强化型塑料）复合材料的共同研究项目，已被选定为日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的“实现化学品原料转换与多样化的革新绿色技术开发”项目之一。加盟机构包括京都大学、京都市、王子制纸、三菱化学及DIC五家机构。丰田车体、日产汽车及铃木预定因此赢得了这个项目以顾问身份加盟。

该项目的目标是，为汽车车体开发出高功能构造材料。公然资料显示实际上，该项目为NEDO于2007年度选定的“改性生物纳米纤维制造及复合化材料开发”的后续项目。三菱化学科学技术研究中心联盟推进部长中村友久表示，“将分别由完全不同的人员担任此次选定的纳米纤维强化构造材料的研究工作，以及三菱化学与王子制纸的共同研究工作，开发期内将采用避免相互交换信息的研发体制”。

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