聚合物材料將在汽車領(lǐng)域應(yīng)用廣泛
日期:2015-01-10
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專家預(yù)測(cè),未來10年,聚合物材料在更多的車輛結(jié)構(gòu)領(lǐng)域?qū)⑵鸬礁蟮淖饔?。但是,為了?shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),分析工具要更加穩(wěn)定、精確,避免因部件過度設(shè)計(jì)而增加成本和重量;在薄壁斷面中材料要起更大的作用;生產(chǎn)工藝速度要更快、效率要更高,尤其是對(duì)于熱固性材料。
近,許多工藝創(chuàng)新催生了一些著名的應(yīng)用進(jìn)步。更快的加工工藝有助于降低配件系統(tǒng)的成本,從而使聚合物材料相比鋼材和輕質(zhì)鋁、鎂具有更強(qiáng)的成本競(jìng)爭(zhēng)能力。SPE汽車創(chuàng)新大獎(jiǎng)賽上近的幾名獲獎(jiǎng)?wù)呔褪沁@些進(jìn)步的典范。
工藝進(jìn)步助推聚合物復(fù)合材料在更多的結(jié)構(gòu)部件中取代金屬,如新型Corvette Stingray車上的粘接發(fā)動(dòng)機(jī)罩和車頂總成(照片經(jīng)通用汽車公司許可使用)。
用于電動(dòng)車電池的無VOC復(fù)合材料
為了防止電動(dòng)車輛(EV)電池在發(fā)生重大事故時(shí)損壞,通用汽車公司的Chevrolet Spark EV采用了一種無有機(jī)揮發(fā)物的復(fù)合材料電池殼體。
由于EV電池尺寸和重量較大,一般設(shè)置在后方較低的位置,所以復(fù)雜形狀的復(fù)合材料殼體(也有大的復(fù)合材料與金屬的接合處)要滿足多種極苛刻的性能要求。其中包括30°電池偏移不損壞,側(cè)面沖擊,以及車輛后部電池碰撞試驗(yàn);沿x, y, z軸的50克脈沖沖擊波;碰撞后整套裝置完整性;耐火試驗(yàn);3米跌落試驗(yàn)(底部/端部);1米水浸泡試驗(yàn)等。
為了滿足所有這些要求,據(jù)說研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要設(shè)計(jì)新材料、生產(chǎn)工藝、模塑成型后的處理工藝,以及非破壞性測(cè)試方法。用于該場(chǎng)合的材料是玻璃布/乙烯基酯預(yù)浸料。
值得注意的是,預(yù)浸料采用了工業(yè)界個(gè)無VOC的乙烯基酯(由Continental Structural Plastics (CSP)公司配混),提供疊合、組裝成三維型坯,存放,之后模壓部件整個(gè)過程中所需的較長(zhǎng)使用期。
與短纖維相比,連續(xù)纖維/織物增強(qiáng)可賦予較高的機(jī)械性能;織物粗紋可保證良好的浸潤(rùn)/浸漬性能。特殊設(shè)計(jì)的疊合方式可保證能夠充填具有復(fù)雜設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的復(fù)雜斷面,電池殼體由CSP公司模壓制造,比過去的金屬殼體輕40%,而且其不會(huì)被腐蝕,不導(dǎo)電。
碳復(fù)合材料進(jìn)入中等批量生產(chǎn)
碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)有較大的強(qiáng)度/重量比,并具有優(yōu)異的防碰撞性能,是理想的材料。它們已經(jīng)在賽車和街道上合法使用的超級(jí)跑車中的結(jié)構(gòu)件和半結(jié)構(gòu)件中起著重要作用,不僅提高了性能,延長(zhǎng)了加油間隔時(shí)間,而且在發(fā)生碰撞事故時(shí)駕駛員具有更高的安全性。
但是,熱固性碳纖維復(fù)合材料是非常昂貴的材料,因?yàn)樵侠w維成本高,再加上生產(chǎn)工藝速度慢,一般采用真空袋/高壓釜系統(tǒng)加工預(yù)浸漬纖維(預(yù)浸料坯),或通過樹脂熔滲或樹脂傳遞成型(RTM)工藝灌注和模塑纖維型坯。因此,CFRP材料一般僅用于對(duì)性能要求極高的場(chǎng)合(高性能跑車和超級(jí)跑車)或者其高端標(biāo)志與增加的成本相匹配的場(chǎng)合。
樹脂供應(yīng)商與合作開發(fā)公司BASF進(jìn)行了大量的計(jì)算機(jī)仿真來設(shè)計(jì)部件,部件中將織物層(由聚酰胺6預(yù)浸漬的連續(xù)玻璃纖維成型)與不連續(xù)(剪斷)的玻璃纖維和PA6基體復(fù)合模塑到一起。
采用材料加工商Reinart公司開發(fā)的復(fù)合注塑工藝制造部件。先,預(yù)切、預(yù)浸漬的復(fù)合材料嵌件由機(jī)械手放置到注塑模具中。之后,彈出一個(gè)紅外(IR)加熱器對(duì)冷片材進(jìn)行預(yù)熱,確保與復(fù)合模塑的短玻璃纖維/PA6具有良好的粘合性能。后,IR加熱器返回其原始位置,模具閉合,對(duì)嵌件進(jìn)行三維成型,同時(shí)與沖擊改性短纖維PA6復(fù)合模塑,成型加強(qiáng)肋、邊緣、附屬結(jié)構(gòu)及其他連續(xù)纖維不易充填的結(jié)構(gòu)部分。
由于在脫模、修剪后,座椅底座上要安裝減振件和裝飾件,所以這種隱藏部件的外觀不重要。但是,對(duì)于一些可見應(yīng)用場(chǎng)合,如果要求有較高的表面質(zhì)量,可以采用復(fù)合模塑或聚合物薄膜。
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