结构复合材料和环氧系统

发布时间:2010-07-13
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用环氧复合材料取代传统材料可以减轻车的总重量,实现更好的燃料效率,同时,环氧复合材料的机械强度和硬度更高、碰撞效果更佳。

在过去的30年中,高速发展的汽车业对塑料材料的使用迅速增加。汽车制造商积极采用轻质材料,以满足越来越高的灵活性、设计自由度、高强度、硬度及减少车身重量方面的诸多要求。

由聚酯基质和玻璃纤维组成的热固性树脂复合材料,如称作片状模塑料(SMC)或团状模塑料(BMC)的此类材料,在汽车业得到了广泛应用。热固性树脂复合材料主要用于非结构性的外部应用,例如后备箱、后挡板、引擎罩等。最近,汽车制造商又采用了高性能的热固性树脂,如以环氧树脂为主的复合材料系统,用于零部件批量生产。该材料由包括玻璃、碳、芳族聚酸胺纤维或天然纤维在内的纤维增强的环氧树脂制成,与用于结构性应用的金属相比,具有同等或更高的热机性能和防腐性。

发挥潜能

环氧复合材料首先是在航天器制造中初显其潜能的。今天,它已成为制造赛车的首选材料,在高档车中的应用也日益广泛。具体来讲,通过用环氧复合材料取代传统材料,汽车制造商发现,既可以减轻车的总重量又能实现更好的燃料效率。复合材料的其他优势包括比重低(比如碳纤维增强复合材料的比重,要比金属小4~5倍)、机械强度和硬度高、碰撞效果更佳。

RTM工艺

使用复合材料所面临的主要挑战是缩短生产时间的能力。用于高科技一级方程式赛车的环氧复合材料制造工艺必须满足批量生产的需求。液态复合材料成型(LCM)工艺的发展从手糊成型(手工积层)到预浸料坯成型,以及各种树脂传递模塑成型(RTM)工艺等均已有相当的发展。目前,由亨斯迈先进材料专门研制改良的环氧材料配方及生产流程正适合于汽车的连续性大批量生产。

RTM工艺可以一步完成零部件生产,此技术主要用于制造结构性承重结构,如底盘、车顶及支撑架。相同的工艺同样能用于生产拥有A级表面的零部件,在这一特殊情况下,由于环氧树脂与其它热固性树脂(如聚酯、乙烯基酯)相比具有较小的收缩性,因此,它更能配合RTM的工艺, 以较能接受的生产周期连续地生产高质量的零部件。另外,该工艺为设计人员提供生产复杂形状产品所需的灵活性,生产出传统金属冲压工艺所无法实现的产品。
成功的应用

凭借所有这些优势,环氧复合材料已被成功用于大量汽车应用领域,例如,Corvette 2001汽车的前后弹簧就是采用环氧与玻璃纤维的复合材料制成的单片设计。

保时捷 Carrera GT的结构组件(如发动机机架)中使用了碳纤维增强环氧系统。此部件的功能是支撑发动机和变速箱,重45kg,比钢管制成的发动机机架重量减轻40%。

此外,以碳纤维增强环氧树脂制造的一款宝马车的车顶, 除了能达到了汽车制造商的美观要求外,其重量与钢质材料相比减少达60% , 并同时保持此产品所需的硬度要求。

长期以来一直用于制造航天器螺旋桨轴的碳纤维/环氧复合材料现在已用来制造汽车驱动轴。这种复合材料可缩短生产时间,因为这样的轴可采用单件构造,而不必像金属驱动轴那样采用多件构造,进而需要较长的时间进行组装。

另一个将碳纤维/环氧复合材料成功用于车身面板应用的例子是日产的一款汽车,其中,CFRP(碳纤维增强复合材料)也被用来制造发动机机罩盖板,从而使重量减少50%,除保持较高的硬度的特性外,还提高了耐碰撞的性能。

除结构件的应用外,环氧树脂也被用于生产内饰件,如批量生产汽车的车内面板。这些零部件正是采用亨斯迈全新专利的可膨胀型环氧系统(EES)制造。该产品采用液态、可喷涂环氧系统配合相应的发泡剂制成,在加工过程中,环氧树脂会随着反应而产生膨胀,进而产生相应的压力,其压力会迫使树脂快速均匀地浸润于强化材料中,如天然纤维毡等。同时,其相应的ContiDuoTM工艺也已取得专利, 此工艺快速有效,把树脂浸润到纤维毡中,并使浪费减至最低。

美好前景

热固性树脂复合材料在汽车业中的应用前景看好,其原因有以下几个方面:

航空业和汽车工业应用领域不断涌现出新技术及预期可实现的经济规模,使得环氧复合材料比现有的热固性树脂和热塑性塑料的解决方案更具成本效益。

从保护环境角度来说,业界十分注重低/无排放目标的实现,尤其是苯乙烯及其他溶剂和化学物质的排放。故亨斯迈目前正处于高级研发阶段的新型环氧基的SMC和BMC复合材料,将会是很好的解决方案。

此外,从技术角度来看,以净成型和可直接使用的模塑方法为后盾的解决方案,周期将可缩短。至于自动化增强纤维铺设、预成型和LCM等工艺方法, 包括量身定制含纤维方向预设等的做法,均有望进一步提高零部件的性能、产量和质量。

现在,汽车行业采用热固性环氧复合材料的未来比以往任何时候都要美好。这些高性能复合材料,尤其是在可使总体生产周期成本降低的改进工艺方法支持下,将继续带来新的机会。

 

 

公司简介

亨斯迈先进材料是全球领先的特种环氧树脂及热固性材料生产商,其产品广泛应用于纤维增强技术。亨斯迈一向致力研发轻身的生产物料,能在制造出符合强度及硬度要求部件的同时,不影响设计的自由度及弹性,以配合现今工业的选材趋势。

长期以来,亨斯迈积极开拓,为来自超过90个国家9000个以上客户提供独一无二的革新解决方案及特制材料。公司以丰富的产品体系、技术支援及客户服务见称,在各个重要市场领域处于领导地位。亨斯迈产品的服务范围涵盖涂料、汽车等工业领域。亨斯迈的知名品牌包括:Araldite 爱牢达 高性能环氧树脂及胶粘剂;RenShape 狮威 高性能快速原型、模型及模具制造物料等。

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