詢問汽車制造商為什么他們想在乘用車上使用更多的復合材料，他們中的大多數人都會列出熟悉的屬性:低重量比強度或剛度，低到中等產量的模具成本與金屬零件相比適中，更好的損傷容限（例如，高耐凹痕和劃痕性），消除腐蝕，以及更大的部件設計自由度，而不需要額外的成本。問他們是什么阻礙了更 大的吸收，他們會指出不成熟的設計工具還不能準確 預測各向異性復合材料的性能（導致緩慢而昂貴的重新設計），與傳統材料相比，零件成本更高，尤其是先進的復合材料，以及轉換技術仍然太慢，無法跟上汽車行業的中批量計劃，更不用說大批量車型的生產時間表了，這是最終目標。

供應鏈成員采用的十年多學科方法縮短了加工時間，尤其是熱固性塑料。熱壓罐外工藝和基于CNC機械的技術將循環時間從數小時縮短到數分鐘，有助于 使結構復合材料與基準金屬解決方案相比更具成本效益。同時，樹脂化學的進步使以熱塑性塑料的生產速 度和接近沖壓鋼的生產速度加工熱固性材料成為可能 ——如果復合材料要在未來的汽車設計中發揮更突出的作用，這是必要的。值得注意的是，其中許多進步并不是為航空航天市場開發的技術重新利用的結果。相反，它們是專門為汽車零部件制造商的獨特工藝和性能需求而設計的。一個關鍵的例子是樹脂配方師最近為減少環氧樹脂固化時間所做的工作。

 

“最成熟”的系統

Hexion（河迅）股份有限公司（美國俄亥俄州哥倫 布市）花了五年時間為汽車生產線開發和商業化三種等級的快速固化環氧樹脂。事實上，該公司聲稱其技術是市場上最成熟的，這要歸功于寶馬7系汽車（來自德國慕尼黑寶馬公司），該車采用了16個碳纖維增強復合材料(CFRP)零件，主要通過液體壓縮成型（LCM- liquid compression molding，也稱為濕壓）或高壓樹脂轉移成型(HPRTM-high-pressure resin transfer molding)生產，使用的是Hexion（和訊）的快速固化環氧樹脂。該公司表示，它開發的樹脂系統符合寶馬LCM和HP-RTM工藝的性能和生產速度要求。

Hexion（和訊）全球市場開發經理西格里德·海德(Sigrid ter Heide)解釋說，這項工作的關系是汽車制造商對更高生產率（通過更快的循環時間）和出色浸漬（無論零件類型如何）的雙重愿望。她解釋道：“這需要非常低的粘度[20-40厘泊]和長的注射窗口——或熱潛伏時間——與固化時間相比。” “我們開發了這些用于液體成型工藝（如LCM和RTM）的材料，并使其具有纖維刺激性——與碳或玻璃、連續粗紗、短切纖維或織物同樣適用。”

另外兩個專門設計的組件有助于完善系統。第一種是一種內部脫模劑，它可以在需要停止和清潔工具之前 進行一整班的脫模，但據報道不會干擾對附著力敏感的模具后處理，如粘合或涂漆。第二種是多成分固化劑，有助于確?？焖俟袒臒嵫舆t。Hexion（和訊）全球運輸技術領導者——汽車公司羅曼·希勒米爾(Roman Hillermier)指出：“該系統開發得非常好，平衡了加工屬性與優異的機械性能，如韌性和高耐熱性。” 。他還提到了對成分的嚴格控制和狹窄的規格，以確保卓越和 一致的性能。

帶有EPIKURE固化劑TRAC06130(EKTRAC06130)的EPIKOTE樹脂TRAC06000(EPTRAC06000)用于寶馬7系零件。最近推出的EPTRAC 06170/EKTRAC 06170系統為相同類型的零件提供了更高的Tg。當工藝不是完全自動化時，EPTRAC 06150/EKTRAC 06150更容易成型/脫模，因此是分級供應商的首選。固化時間取決于溫度：EPTRAC 06000/EKTRAC 06130在120°C下的固化時間為120秒，在135°C下為50秒，而EPTRAC 06170/EKTRAC 06170在相同溫度下的固化速度快5秒 （例如，135°C時為45秒）。

所有系統組件都被描述為符合化學品注冊、評估、授權和限制 (REACH-Registration, evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals)。盡管樹脂系統的Tg在技術上低于歐 洲和北美應用于白色車身(BIW)的E-coat（電泳防銹漆）系統，但希勒米爾表示，只要在E-coat或噴漆過程中支撐零件（通過連接到車身結構），就不會看到表面或尺寸變化。該系統是無溶劑的，因此，無論樹脂是在開放式還是封閉式模具中加工，都表現出低揮發性有機化合物(VOC- volatile organic compound)排放。保質期與標準環氧樹脂相當（室溫下為12個月）。

當被問及是否存在放熱問題，尤其是厚零件時，海德和希勒米爾都說沒有，但補充說，期望在10毫米厚的零件中進行不到1分鐘的固化是不現實的；然而，他們說，零件厚度為1-5 毫米是可能的。他們承認可能會 出現問題（例如，流道和注射口過早固化），因此重點是良好的工具設計對任何快速反應系統的重要性。除了避免易受環氧化學物質影響的腐蝕敏感金屬和天然橡膠 密封，以及在給定溫度下選擇更快的混合和注入速率外， 不需要對這些材料進行重大設備更改。在 KraussMaffei Technologies GmbH（德國慕尼黑）、Hennecke GmbH（德國Sankt Augustin）和Cannon USA股份有限公司（美國 賓夕法尼亞州Cranberry鎮）的加工系統上運行這些材料已經有了豐富的商業經驗。

更快的系統

Huntsman Advanced Materials（美國得克薩斯州伍德蘭市）還提供用于汽車的小于1分鐘的環氧樹脂系統。盡管提供了一種樹脂級Araldite 3031，但它可以與幾種固化劑中的一種搭配，以提供四到五種不同的變體。該系統是應歐洲汽車制造商的要求開發的，他們希望先進的復合材料生產率接近鋼沖壓速度。根據成型溫度和零件尺寸的不同，據報道，在140°C 下，固化時間最快可達30秒，形成1分鐘的按鍵成型循環。

這些材料被描述為反應性很強，必須與注射或2K混合/分配系統結合使用，這使它們成為液體成型工藝 （RTM和LCM）或更具體地說，亨斯曼自己的動態流體壓縮成型變體的理想選擇。據說后者提供了比環氧樹脂在RTM中通常實現的更高的纖維體積分數 （至65%）。亨斯曼的市場開發經理馬特·波格指出：“人們對預浸料固化速度和利用 這些系統的專業知識感到滿意。” 。“真正的訣竅是彌 合一套工具每年1500臺的利基生產量和30000至75000臺的中等生產量之間的差距。要達到這一生產力水平， 你必須有30秒的固化期。目前，行業仍在努力了解實現這些速度需要什么樣的投資。”他指出，亨斯曼對中批量和大批量車型節省的成本/重量進行了全面分析。盡管他承認在這項研究中做出了一些假設，但他也表示，即使產量超過100000份/年，先進的復合材料零件成本也與增強聚酰胺的成本在相同的范圍內。波格補充道：“有了這些數字，我們得到了已經對結構熱塑性塑料有所了解的人的極大興趣。” 波格指的是那些熟悉注射二次成型的人。“最重要的是， 我們為他們提供了一個符合汽車文化規范的流程，因為 我們沒有要求他們對預成型件進行閉模注射。”

新的樹脂系統與纖維無關，與細絲束或重絲束纖維 和重織物同樣適用，提供傳統環氧樹脂的一年以上保質期，并適用于傳統環氧樹脂加工設備。也就是說，它絕 對是為連續而非不連續的纖維系統設計的，比如SMC。該技術并不比RTM更容易出現放熱問題，典型的零件 厚度高達2毫米。它能處理油漆和面漆的溫度嗎？亨斯曼技術服務經理卡爾·霍爾特表示：“這取決于零件（例如白車身）的支撐方式。” 。“我們現在正在對此進行研究，但我們在設計該系統時 的重點是使其快速治愈，價格合理，而不是Tg過高。要實現這些變化，你必須開始在某個地方放棄一些東西。”該技術正在進行商業試驗，據報道，客戶對結果感到滿意。

亨斯曼表示，它為客戶提供的一個優勢是使用PAM-RTM等商 業代碼進行流動反應建模的內部專業知識?；魻柼匮a充道：“當我們開始進行試驗時，我們在樹脂反應建模方面的專業知識就會發揮作用。” 。“我們不需要花幾天時間來計算壓力、溫度和注射速度，而是將客戶的零件設計加載到軟件中，并提前完成所有工作。然后，在試用當天，我們進去撥號碼，在一到兩次試用內，我們始終如一地生產出高質量的零件。”

快速固化的后來者

蘇威復合材料公司（Solvay-美國佐治亞州 Alparetta） 于 2017年初推出SolvaLite 730，進入速固化樹脂市場， 該產品專為大批量汽車應用而開發。SolvaLite 730是一種熱固性預浸料，包括該公司所說的新穎化學成分（即， 不基于現有樹脂基質）。據報道，SolvaLite 730專為大容 量應用而設計，具有低粘性、150°C下3分鐘固化、 170°C 下1分鐘固化以及室溫下長達6個月的儲存穩 定性。該公司的目標是用這種材料進行壓縮成型。該樹脂還具有低焓、130°C的Tg、170°C的可脫模性，并且由于工具壽命更長、易于儲存和廢品率降低而降低了 總擁有成本。最初提供的碳纖維形式是150或300克2的UD 織物，由高強度5K碳纖維制成。索爾維還提供380克2×2的斜紋布，由高強度12K碳纖維制成。

陶氏汽車公司（Dow-美國密歇根州奧本山）也在2017年推出了Vorafuse環氧樹脂P6300，這是一種與碳纖維供應商DowAksa（美國喬治亞州瑪麗埃塔）聯合提供的預浸料。它也適用于汽車壓縮成型，可提供2分鐘的固化時間，在室溫下可穩定長達30天。這種材料最初是為福特GT（Ford Motor Co，Dearborn MI，US）開發的，也應用于Faurecia（Nanterre，France）通過RTM使用陶氏(Dow)Voraforce 5300環氧樹脂和短切碳纖維氈制造的阿斯頓馬丁汽車行李箱框架結構中。陶氏(Dow) 官員表示，該零件的注射后固化時間為90秒。

接下來是什么？

這些新系統有助于定位先進的復合材料，以與鋼和鋁競爭。有可能從反應化學中擠出更多的時間嗎？兩家公司都表示，是的，但請注意，必須首先克服其他障礙。波格打趣道：“我們知道需要拉動什么杠桿才能走得更快，但你會放棄一些東西來做到這一點，我們沒有聽到任何人說30秒的固化太慢。”他補充道， “這不會像降低碳纖維成本那樣影響碳纖維布零件的成本。” 西格里德·海德補充道：“雖然工業界正在尋找使先進復合材料技術更具成本競爭力的方法，而不是推動更快的固化時間，但隨著碳纖維的更高效使用，轉向回收材料或通過減少廢料，成本將得到更大的降低。” 。“事實上，最好的性能可以通過技術的混合來實現。”

注：原文見，《 Fast and Faster: Rapid-cure resins drive down cycle times 》 2018.3.22