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汽车复合材料应用:1min的循环节拍

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天宇 发表于 2014-1-20 20:18:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
       面对居高不下的燃油价格和日益严格的尾气排放标准,汽车制造商们正在积极行动,以将复合材料技术把握在自己的手中。    在美国,国家公路交通安全管理部门(简称“NHTSA”)和环境保护机构(简称“EPA”)正在对“公司平均燃油经济(简称 ‘CAFE’)标准”进行修订,修订后的标准将在2017~2025年间执行。CAFE标准是美国政府针对所有被售卖到美国的轿车和卡车而设立的汽车燃油效率标准。这一被提议的“2017~2025标准”,要求汽车的燃油效率要有大幅度的提升。    在欧盟国家,负责制定和颁布大多数欧盟工业管理法规的欧洲委员会目前正专注于解决“直接降低轿车和卡车排放” 的问题。目前对乘用车的CO2排放限制是130g/km,但到2020年,这一数字将降低到95g/km。而该委员会正在为2020年之后制定的法规,则作出了更多的承诺。    因此,无论哪一家汽车制造商,都在试图减少排放或提高燃油经济性。而最有效的策略之一就是减重。在汽车行业中,尽管已很少有人对“复合材料是轻量化解决方案中最好的手段”持有争议,尤其是碳纤维增强的聚合物(CFRPs)材料,其强度重量比高于任何其他金属材料或聚合物材料。但汽车制造商们却面临着三重挑战:循环时间、成本和材料的可获取性问题。那么,碳纤维复合材料结构如何才能够以适应高产量汽车生产的成本和生产速度被制造出来呢?并且,一些汽车制造商已经指出,即使碳纤维变得更加便宜,但是,汽车行业如何才能将自身托付给纤维供给如此不稳定且不可靠的碳纤维复合材料结构呢?    在经济衰退前,汽车OEMs提出了这些问题并表示会等待复合材料行业的答案。但是,经济衰退后的实际情况——石化燃料价格的持续攀升以及全球对温室气体排放问题的深刻认识,使得汽车OEMs目前正在大力倡导使用复合材料。    就碳纤维的可获取性而言,解决这一问题的一种方法是,与一家碳纤维生产商发展成为合作伙伴关系,从而为OEM自身的汽车创建一个专门设计的碳纤维供应链。2010年,汽车制造商宝马集团和碳纤维制造商西格里集团正是采取了这种做法。他们组建了西格里汽车碳纤维公司,该公司不久前在美国华盛顿州摩西湖启用了一个产能3000t的碳纤维工厂,这一产能将服务于宝马,因为这些纤维将被大量用于一些大型部件,包括乘员舱以及其他的底盘结构件,并且将被用作2013款全电动i3乘用车和2014款混合电动i8跑车的车身板,这是碳纤维复合材料首次在量产化的乘用车上被用于底盘结构件。    宝马与西格里的合作,还进一步挑战了循环周期问题。这种满足轿车或卡车高产量生产要求的生产节拍,通常被公认为是“每分钟一个部件”,这是汽车OEMs在金属冲压生产中保持了几十年的生产循环周期。理想状态下,一家汽车制造商更欢迎一种真正的“60s工艺”,而这是复合材料行业还不能够承诺的,特别是热固性复合材料,因为此类材料不可避免地要花费足够的时间来交联固化。但复合材料的支持者们总是强调说,由于用于复合材料成型的模具能够以比金属冲压模具少得多的成本被制造出来,因此“每分钟一个部件”的期望可以通过使用多副模具和多台压机且工艺流程相对较长的方式而得到满足。同时,在过去的几年里,随着创新成型工艺的不断推出,成型周期已逐渐降低。

     将于2013年发布的宝马全电动i3市郊车拥有一个采用树脂传递模塑成型技术生产的碳纤维复合材料乘员舱     宝马工艺的循环周期尚不为人知,所知的只是其采取的工艺是基于采用碳纤维织物的树脂传递模塑成型技术(简称“RTM”),这是一种比手工铺层/热压罐固化方法(在低产量的超级跑车生产中用于成型CFRP部件)更快的生产工艺。Momentive Specialty Chemicals公司(位于美国俄亥俄州Columbus)的汽车市场开发经理Cedric Ball介绍说,该公司已开发出了几种适用于高压RTM(简称“HP-RTM”)工艺的快速固化环氧树脂,该工艺的压力高达2900psi(203kg/cm2),注射速率为200g/s。Ball介绍说,宝马公司已于2009年使用了快速固化的RTM树脂,用以成型M3和M6车型的碳纤维复合材料的车顶。而奥迪汽车公司自2011年起也将该树脂用于R8车型的B柱侧面板。此外,Ball还表示,该公司有一种5min固化的环氧树脂系统已进入几款未公布车型的生产中,还有一种2min固化的环氧树脂系统正处于试验阶段。其中,5min固化的环氧树脂技术,组合使用了该公司的EPIKOTE树脂05475和EPIKURE固化剂05443。在加工方面,该公司与意大利的机器制造商康隆(Cannon)公司以及德国的克劳斯玛菲和迪芬巴赫均展开了全力合作。“我们确信,通过采用对树脂系统、工艺和模具设计组合正确的RTM工艺,实现一分钟循环周期不成问题。”Ball说,“树脂系统是一个关键要素。但Momentive Specialty Chemicals公司确信,所有的3个要素都不可或缺,它们的正确组合才能确保部件的成功生产。”


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