新型热塑性玻纤增强复合材料 使汽车更安全

发布时间:2020-04-23  栏目:新葡萄京官网  评论:0 Comments

摘要:碳纤维制造商日本帝人公司发布了2015年综合报告,如大多数年报一样,全是有关金融和战略方面的数据,旨在让股东了解公司现状。
报告中指出,公司正在推动Sereebo进程,与位于底特律的通用汽车公司共同研制碳纤维增强热塑性汽车结构件。帝人首次宣布这一技术是在2011年三月,其中只提到它是以热塑性塑料为主,一次生产循环所用的时间不到1
min。并使用压机成型工艺。这一突破解决了该领域最大的挑战传统,碳纤维增强塑料采用热固性树脂作为碳纤维复合材料基体,其优点在于耐热性和抗压形变特性较高,但机械性能较差,难以加工。热固性树脂碳纤维材料的零部件成型时间超过5分钟,而通常汽车大规模生产需要材料能够及时供应,因而热固性树脂碳纤维材料不能适应一分钟内快速成型的大批量生产需求。而热塑性树脂分子结构为线型,与前者相反,受热软化,冷却硬化,具有较高的机械加工性能,但耐热抗压性能较低。据报道,看过整个过程的复材专业人士认为,帝人的快速成型过程显然是合理的。帝人集团扩大碳纤维增强塑料合作领域在刚发布的年报里,帝人说道:“在碳纤维方面,我们的目标是将我们的热塑性碳纤维复合材料Sereebo应用到量产车的零部件。我们与通用汽车公司的共同开发工作正进入商业化准备的最后阶段,此外,帝人还强调已经开始在美国设立新厂。”关于Sereebo,报告里还提到:“除了成型时间要比传统的碳纤维快10倍,另外Sereebo还有助于减少汽车二氧化碳排放量。关键在与汽车市场以及整个社会,都通过减少车身重量来突显出这种创新材料的价值。未来,我们将继续推进Sereebo结构件在汽车中的应用,我们认为这是一个重要的潜在市场。目前,我们正在推动多个项目,针对特定的汽车零部件建立大规模量产体制。”此次报告有两件事值得注意,首先是帝人在美国建立的新工厂是碳纤维生产厂还是一个专门制造汽车零部件的工厂。这不论是对公司还是汽车业来说,这将是一个重大的战略扩张。另一个是公司提到的Sereebo的周期时间要比传统的碳纤维复合材料生产过程快10倍,这个模糊的说法让人不解,你们认为的传统过程又是怎样的?宝马i3用的亨斯曼环氧树脂成型所需时间周期为5分钟,宝马只会说少于10分钟,那么,Sereebo所谓的比传统过程快10倍是指比5分钟周期还是10分钟周期快10倍呢?不管怎么说,令人兴奋的是Sereebo正在从研发过程向生产过程迈进。这将是复合材料进军汽车结构件的重要阶段。
(来自:中国塑料机械网)

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不可避免的车祸,确实使人们面临生死考验。因此,研究人员的主要任务就是考虑如何使得车祸发生时,如何使车辆能最大程度的吸收碰撞能量。好消息是,最近研发人员发现应用一种新型材料可以大幅度提高车辆安全性能,这款材料就是我们所熟悉的热塑性复合材料。专家表示,这款材料同时可以适应大幅度量产的汽车。

帝人株式会社宣布,其Sereebo碳纤维增强热塑性塑料已被通用汽车公司选中,用于有选择的皮卡车厢。这是世界上第一次将碳纤维增强热塑性塑料用于大批量生产的汽车的结构部件。

我们所看到的传统车辆通常采用钢材制成。然而,这种原材料一直面临来自其它材料的激烈竞争。现代汽车在制造中通常会在车辆中同时采用钢质、铝质和纤维增强复合材料零部件。车身的高强度承载结构和防撞组件,就是为了在车祸发生时对车内的驾驶员和乘客提供足够的保护。汽车制造商曾经使用热固性树脂基体制造这部分零部件。但这种方法有一些弊端:大规模生产难以有效实施,另一个潜在危险是,热固性复合材料部件在车辆发生碰撞的时候,受损的边缘会变得异常锋利。最后一个难以解决的问题,大家可能早已了解,就是热固性复合材料回收困难。来自位于普芬茨塔尔的FraunhoferInstituteforChemicalTechnology的专家们最近发现了一项新方法,能够解决这些问题,为批量生产的汽车研发出一种新材料:热塑性纤维增强复合材料。一旦这款材料制成的汽车部件达到了使用期限以后,可以进行粉碎回收,溶解后,重新用于高质量部件的生产中。不仅如此,热塑性增强复合材料汽车部件在车辆发生意外时也能表现出众:热塑性复合材料部件能够在车祸发生时吸收碰撞产生的巨大冲击力。

新葡萄京官网,Sereebo将被用于生产由帝人和通用为GMC Sierra Denali 1500和GMC Sierra AT4
1500而联合开发的可选配的CarbonPro皮卡车厢。具体而言,该皮卡车厢的内层头板、侧板和底板将由Sereebo制成。

曾经,制造人员头疼于开发出针对高性能纤维增强增强热塑性复合材料部件适合的加工技术,但是,来自ICT的工程师们现在却开发出了一种适合的加工技术,可以适应大规模批量生产的汽车。ICT的项目经理DieterGittel表示,我们的方法提供相当短的产品制造时间。制造热塑性复合材料部件的生产周期仅为五分钟左右。与热固性复合材料部件相比,后者需要至少20分钟的生产周期。

在今年6月初投产后,用于两款汽车的GMC Sierra
CarbonPro版本将于今年夏季出现在美国选定的GMC经销商处。CarbonPro板将在大陆结构塑料位于美国印第安纳州亨廷顿的工厂中生产。

Fraunhofer研究所的专家们将他们的新技术命名为RTM。这项技术的灵感来自传统的RTM热固性复合材料生产技术。首选的增强材料通常为碳纤维或玻璃纤维。

用于生产CarbonPro板的Sereebo,是含有随机取向的各向同性碳纤维的聚酰胺基热塑性复合材料。采用用于碳纤维增强热塑性塑料的大批量生产技术,使得Sereebo的成型时间大约只有1min.,比传统的碳纤维增强热固性塑料的成型时间更短。

试验零件证实了材料这新的类的好处:为PorscheCarrera打造的新型车体比原先的铝质部件减重50%。为了提高车辆在碰撞中的整体性能,ICT的工程师们同时会计算出计算出最佳纤维铺放方法。T-RTM技术的另外一个优势就是,热塑性复合材料的生产成本以及制造部件的加工成本要比相同热固性复合材料部件成本低50%左右。未来几年,专家估计,这类热塑性复合材料零部件将会用于汽车业和娱乐产业中。

与钢相比,CarbonPro减轻了40%的重量,却提供了10倍的抗冲击强度,而且耐腐蚀性更好、更易于回收利用。

曾经,大多数汽车制造商采用钢材制造汽车,但是,今天的制造商将减低车身重量和节约制造成本放在首要位置。在材料的选择上也更加广泛,如钢材,铝材和纤维增强塑料。采用复合材料制造的高强度承载结构和防撞组件都是用来增加车身的坚固程度,在撞击发生时,更好的保护车内人员。科研人员研发出的这款新型复合材料确实不但能够满足批量生产的要求,还能在车祸发生时,部件边缘不会因变的锋利,而伤害车内人员。

由于其材料特性,Sereebo还提供了更大的设计灵活性和自由度,允许通用的工程师们为CarbonPro车厢成型出许多独特的特征。

安全耐用是优势

今年7月初,宝马公司公布了其酝酿已久的电动汽车发展计划,计划在2013年推出插入式电动汽车Megacity。新的车型并非由现有车型改装而来,而是宝马公司的工程师们卧薪尝胆的一次全新尝试。这款性能优异的“无铁”四座城市用车将会更加轻便,其由两部分组成:包含了传动系统和电池的铝制底盘以及安装在底盘上的碳纤维汽车“骨架”。

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碳纤维比铝轻30%,比铁轻50%。而且,由于碳纤维具有很强的抗撕裂性,当它被织成格状结构,再融入树脂后,其强度要超过铁。但由于这道工序需要耗费大量劳力且效率很低,因此,大规模生产碳纤维的可能性不高。不过,宝马公司正在试图改变这一现状。

自2008年成立帝人复合材料创新中心以来,帝人一直在开发领先的复合材料产品技术和应用。2011年,该公司开发了一种用于碳纤维增强热塑性塑料的量产技术,实现了仅1min.的生产间隔时间。

早在今年4月份,宝马首席财务官就曾表示:“减轻车重对电动车而言非常重要。宝马汽车将在电动车的生产中使用碳纤维,以替代钢和铝。”

之后,帝人在美国建立了一个技术设施,并在日本建成了一个完全集成生产碳纤维增强热塑性塑料的试验工厂。

宝马公司首先将聚合物加工成纤维状,然后在高温下通过几道工序将纤维碳化,得到厚度仅为7微米的碳纤维,5万根这样的碳纤维拧在一起成为细纱。细纱可以制成纤维织物,再利用模具在高温与高压将纤维织物打造成型,最后将树脂注入模具中让纤维黏合在一起,整个流程可以由机器人在几分钟内完成。

自2012年将其碳纤维增强热塑性塑料产品命名为“Sereebo”以来,帝人与国内外的合作伙伴一道,开发了大批量的生产方法。

在这个过程中获得的碳纤维可以做成汽车的“身体”。该公司表示,除了更轻盈之外,这种汽车的抗挤压能力也令人惊叹。在对车头车尾进行的抗冲击测试中发现,铝制底盘受到挤压会变形,也会吸收部分能量,然而,由坚硬的碳纤维制造的乘客区却安然无恙,甚至侧面来的强力冲击也能让车厢内的假人模型和电池毫发无伤。即便汽车受到猛烈的撞击,车体有所损伤也不用担心,切掉碳纤维受损的部分再黏上新部件,完全可以让汽车恢复原状。

2017年,帝人收购了汽车轻量化复合材料技术的全球领先者大陆结构塑料,在北美建立了一个涉及复合材料生产、销售和评估的组织框架。

碳纤维复合材料的能量吸收能力比金属材料高4倍到5倍左右。数年来,F1车队一直采用碳纤维复合材料制造其赛车的碰撞缓冲构件,从而显著减少了赛事中的重伤事故。

此次通用汽车公司将Sereebo用于
CarbonPro,代表了碳纤维增强热塑性塑料在大批量生产的汽车中得到应用而向前迈出的重要一步。

其实,早在1992年,美国通用汽车公司就介绍了超轻概念车,该车的车身采用碳纤维复合材料,由手工碳纤维预浸料工艺制造,整体车身的质量为191公斤。用碳纤维取代钢材制造车身和底盘构件,可减轻质量68%,从而节约汽油消耗40%。

从材料到部件设计,帝人正在扩大其产品组合及其全球供应链,以帮助汽车制造商减轻汽车重量。

帝人还致力于通过扩大碳纤维和玻璃纤维材料的供应范围而成为一家汽车解决方案的提供者,为此,该公司正在积极地与其他材料生产商展开合作。

帝人集团汽车复合材料产品业务的目标是,到2030年实现20亿美元的年销售额。

*PT现代塑料 编译、归纳整理,转载请注明出处

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