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炫技!车用塑料极致应用
[2016-05-09]

汽车行业实现严格的排放法规并不容易,显然需要更轻量的解决方案,这是塑料行业应当把握的机会。

跑车上的获奖方案

美国塑料工程师协会(SPE)汽车分会每年都通过汽车创新技术大奖赛表彰应用于车辆的优秀塑料技术。

在去年第45届大奖赛上,通用汽车Chevrolet Corvette 2016跑车上使用的Ultralight Class A车身板入选材料类奖项,并荣获大奖。

该产品采用Continental Structural Plastics(CSP)公司提供的TCA Ultra Lite SMC,采用模塑工艺制造。新型1.2 SG SMC在更换掉一种中密度牌号后(不需要更换模具)减掉了车身板9kg的重量。

新型复合材料适用于A类或结构组件,与中密度(1.6 SG)牌号相比,质量减轻28%,与传统(1.9 SG)SMC相比,质量减轻43%。SPE 表示,与金属相比,其具有显著优点,包括重量轻,模具成本低,设计灵活性大,耐腐蚀和抗凹痕能力强,以及优异的表面质量。

CSP董事长兼CEO Frank Macher解释说:“TCA Ultra Lite是一种经济的铝替代材料,可为工程师提供在车身设计中采用 SMC替代金属所带来的优点。如机械性能没有变差,轻量部件不必增加厚度,或者不必加入结构增强件来达到所需的性能要求。”

Ultra Lite技术使用处理玻璃珠替代一些CaCO3,使树脂能粘附到基体上,提高玻璃珠与树脂之间的界面结合强度。这是一种专利处理技术,使树脂配混料具有更高的强度,所制造的模塑件在处置过程中不易损坏,而且可以防止出现造成漆破裂,产生凹坑和气泡的微裂纹。

发动机减重有法

由于排放限制,发动机缸体越来越小。为了补偿功率损失,汽车制造商开发了涡轮增压系统。

一种含有润滑剂的帝斯曼(DSM)特殊牌号Stanyl聚酰胺(PA)46被选用于新一代涡轮增压汽油发动机正时系统中的低摩擦滑瓦。

正时系统部件由比利时Quadrant Creative Molding & Systems(QCMS)制造。系统组件由 Tsubakimoto UK公司提供。这些新型高能效涡轮增压汽油发动机采用一级方程式赛车的技术,代表着发动机小型化的最新技术,尽管功能较大,但却大幅减少了CO2排放量。

帝斯曼表示,Stanyl PA 46广泛用于发动机组件。当前行业标准是Stanyl TW341,但对于新型发动机,公司开发了摩擦性能更好的牌号Stanyl TW371。试验表明,Stanyl TW371的摩擦可减小20%,有助于提高燃油经济性。

与具有竞争性的材料PA 6和PA 66(耐磨性会高6倍)、聚邻苯二酰胺(PPA)、聚乙缩醛和PPS相比,Stanyl具有优异的性能。这些材料都有其缺点,如太脆(PPS和PPA),高温下刚度小(POM,

PPS, PA6, PA66, PPA)或磨蚀性强(PPS)。

这些新牌号有助于满足欧6标准气体(一氧化碳,烃,氧化氮)和粒子排放物目标。帝斯曼表示,轿车还符合欧盟有关二氧化碳排放量的限制。

轨道车也变轻

制造碳纤维部件存在材料成本高,工艺复杂,加工周期时间长等问题。帝人集团(Teijin)碳纤维与复合材料业务部的核心公司Toho Tenax有限公司与川崎重工(Kawasaki Heavy Industries)联合开发了一种轻量叶片弹簧,可大批量生产用于有轨车辆。该片弹簧采用碳纤维增强塑料(CFRP)制作,Toho Tenax希望这种新型大批量生产系统能使efWING在全球投放市场。

据悉,efWING是世界上首个将侧框架与独立螺旋弹簧组合到一个由CFRP制造的简化解决方案中的设计,有助于减轻有轨车辆车架的重量,大约每辆车可减轻900公斤。Toho Tenax表示,除了可减少CO2排放,降低运行成本外,还可降低车轮脱轨的风险。

先进工艺多快好省

在这期JEC世界复合材料展会及会议上,克劳斯玛菲(KraussMaffei)展出了一种由热固性和热塑性塑料基质体系制造CFRP部件的创新湿法模塑工艺。

目前的应用例子是大批量生产的新型7系列宝马和i8电动车。克劳斯玛菲介绍说,与传统的树脂传递模塑(RTM)工艺如高压RTM(HP-RTM)和压缩RTM(C-RTM)相比,湿法模塑加工工序较简单,省去了预成型型坯工序。因而该工艺是制造新型轻量部件的经济替代方法。

湿法模塑过程中,混料头将树脂(通常是环氧树脂)浇注到平放的半成品纤维连续条状产品上。之后将纤维产品送入模具,进行模塑。

新工艺有两个突出优点,其一是可以缩短成型周期时间,因为在将树脂浇注到一个部件上的同时另一个部件在模具中固化。该体系还可具有较高的反应性。不再需要在热模具中充入材料,此时在模具中还不能发生反应。这两个因素缩短了成型周期时间。

公司表示,还可以使用回收纤维。这使得湿法模塑工艺成为在RTM工艺中工业化加工回收纤维的一种具有竞争力的方法。

减重之外的新可能

除了减重之外,巴斯夫(BASF)最近的一种应用,可显示塑料对汽车行业的贡献多不胜数。

即使在低温下,塑料也能有效地替代金属。法国防织和橡胶公司Joubert Productions向市场投放了第一种完全由塑料制造的雪地链。

该雪地链采用由巴斯夫两种Elastollan热塑性聚氨酯(TPU)牌号B90A15和 B60A10WH制造,符合ÖNORM 5117标准要求(适用于欧洲),可用于各种规格的轮胎,且易于安装。

奥地利标准ÖNORM 5117是针对金属链的,金属链覆盖在整个轮胎胎面上,无轮车轮处于何种位置都必须与路面接触。

全塑料雪地链其耐磨,低温柔性好,耐破碎,耐路盐,从而保证雪地链对冰雪路面具有良好的抓着力,能更好地控制车辆。

传统金属网链由两个不同颜色的Elastollan牌号取代,在注塑工艺中,两种颜色的材料粘合到一起,不需需要装配。

黑色Elastollan B90A15硬度高,具有良好的机械性能以及低温下优异的屈挠性;红色Elastollan B60A10WH较柔软,易流动。

在小型注塑设备中,黑色链条与红色Elastollan在一个模具中复合模塑,使两种材料化学结合到一起。由于TPU与TPU的粘合性能良好,所以不需要金属网链所需的组装工序。

Joubert公司研发部门负责人Régis Kaelin说:“我们不仅能够高效地制造产品,而且雪地链还能为驾驶员提供更高的冬季安全性,使用雪地链不存在任何问题。”


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