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隨著對汽車輕量化及環(huán)保要求的日益迫切，汽車工業(yè)越來越傾向于采用復(fù)合材料來制造汽車的結(jié)構(gòu)部件，這是因?yàn)椋瑥?fù)合材料具有韌性好、成型周期短、生產(chǎn)效率高、加工成本低、不污染環(huán)境等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此被譽(yù)為是21世紀(jì)汽車制造業(yè)的理想材料之一。
為了滿足汽車制造業(yè)對復(fù)合材料零部件開發(fā)的需求，亨斯邁先進(jìn)材料有限公司新推出了一種可膨脹環(huán)氧發(fā)泡系統(tǒng)(Expandable Epoxy System，簡稱 EES)。由于工藝簡單、生產(chǎn)周期短、設(shè)備投入低、產(chǎn)品質(zhì)量好，因此該系統(tǒng)在歐洲一經(jīng)推出，便引起了很多汽車制造商的濃厚興趣。目前這一工藝技術(shù)已為寶馬、奔馳、奧迪、歐寶、沃爾沃、大眾、標(biāo)致等汽車公司所應(yīng)用，生產(chǎn)的汽車部件包括：儀表板骨架、座椅骨架、備胎架、門內(nèi)板等。
工藝原理
EES系統(tǒng)的主要原理是：利用液態(tài)系統(tǒng)在發(fā)泡過程中產(chǎn)生的壓力，迫使樹脂浸透模腔內(nèi)的增強(qiáng)材料，并補(bǔ)償固化時(shí)的體積變化，使其充滿整個(gè)模腔，從而塑造出與模腔形狀完全一致的完美部件。
在這個(gè)過程中，系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)際上發(fā)生著兩個(gè)反應(yīng)，即發(fā)泡反應(yīng)和固化反應(yīng)。如果發(fā)泡反應(yīng)比固化反應(yīng)快，那么泡沫在凝膠前便消退；如果發(fā)泡反應(yīng)比固化反應(yīng)慢，系統(tǒng)在發(fā)泡前便已硬化，樹脂并不能充滿整個(gè)型腔，此時(shí)就需要對具體的凝膠和發(fā)泡過程進(jìn)行調(diào)整。對于客戶而言，EES系統(tǒng)已經(jīng)給出了佳的凝膠和發(fā)泡表現(xiàn)，客戶只需按給定的比例均勻混合即可獲得理想的效果。圖1所示為在電子顯微鏡下觀察到的用玻纖增強(qiáng)的可膨脹環(huán)氧發(fā)泡系統(tǒng)。
圖1 在電子顯微鏡下觀察到的用玻纖增強(qiáng)的可膨脹環(huán)氧發(fā)泡系統(tǒng)[-page-]
工藝過程
將增強(qiáng)材料置于模具內(nèi)，把混合好的環(huán)氧樹脂均勻地澆注到增強(qiáng)材料上，合模并對模具進(jìn)行加熱，一分鐘后材料便硬化成型并可以脫模（如圖2所示）。通常，可以預(yù)先在部件表面噴涂膠衣或在模具中預(yù)埋鑲嵌件，以滿足部件的實(shí)際應(yīng)用需求。
圖2 工藝過程：(a)澆注環(huán)氧樹脂，(b)合模加熱，(c)脫模
一般，可與EES系統(tǒng)搭配使用的增強(qiáng)材料有：聚酯纖維、玻璃纖維(氈、布等)、天然纖維(棉、麻等)。在汽車工業(yè)領(lǐng)域中，選用天然纖維的居多。
應(yīng)用案例
EES系統(tǒng)是一種快捷、經(jīng)濟(jì)的復(fù)合材料量產(chǎn)生產(chǎn)工藝。由于采用了一種密閉的生產(chǎn)工序 ，因此無水份滲透，并可獲得超快速的生產(chǎn)周期。該系統(tǒng)無溶劑，不含CFC，無揮發(fā)物，因此安全環(huán)保。采用該系統(tǒng)生產(chǎn)出的產(chǎn)品密度低、強(qiáng)度高(連天然纖維只有0.7)，與核芯材料接著強(qiáng)固，并且產(chǎn)品的表面質(zhì)量好，尺寸精確(與模腔完全相同)，可應(yīng)用于單一結(jié)構(gòu)的背層或三明治結(jié)構(gòu)。
圖3所示為采用EES系統(tǒng)生產(chǎn)出的汽車內(nèi)飾件－－ROVER門內(nèi)板。據(jù)介紹，對該門內(nèi)板的要求是：在盡可能短的生產(chǎn)周期內(nèi)成型。同時(shí)，要求其具有很高的沖擊強(qiáng)度、堅(jiān)硬、極輕巧且尺寸穩(wěn)定。為此，選用了天然纖維作為增強(qiáng)材料，并采用EES/高溫模壓工藝，所使用的系統(tǒng)為Araldite1135/Aradur1135。實(shí)踐證明，上述工藝過程簡單，生產(chǎn)周期極短，并且發(fā)泡反應(yīng)可補(bǔ)償化學(xué)反應(yīng)造成的物料收縮。該門內(nèi)板的成型溫度為160℃，僅用50s即完成了成型過程。
