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        汽車復合材料應用:1min的循環節拍

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        天宇 發表于 2014-1-20 20:18:12 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
               面對居高不下的燃油價格和日益嚴格的尾氣排放標準,汽車制造商們正在積極行動,以將復合材料技術把握在自己的手中。    在美國,國家公路交通安全管理部門(簡稱“NHTSA”)和環境保護機構(簡稱“EPA”)正在對“公司平均燃油經濟(簡稱 ‘CAFE’)標準”進行修訂,修訂后的標準將在2017~2025年間執行。CAFE標準是美國政府針對所有被售賣到美國的轎車和卡車而設立的汽車燃油效率標準。這一被提議的“2017~2025標準”,要求汽車的燃油效率要有大幅度的提升。    在歐盟國家,負責制定和頒布大多數歐盟工業管理法規的歐洲委員會目前正專注于解決“直接降低轎車和卡車排放” 的問題。目前對乘用車的CO2排放限制是130g/km,但到2020年,這一數字將降低到95g/km。而該委員會正在為2020年之后制定的法規,則作出了更多的承諾。    因此,無論哪一家汽車制造商,都在試圖減少排放或提高燃油經濟性。而最有效的策略之一就是減重。在汽車行業中,盡管已很少有人對“復合材料是輕量化解決方案中最好的手段”持有爭議,尤其是碳纖維增強的聚合物(CFRPs)材料,其強度重量比高于任何其他金屬材料或聚合物材料。但汽車制造商們卻面臨著三重挑戰:循環時間、成本和材料的可獲取性問題。那么,碳纖維復合材料結構如何才能夠以適應高產量汽車生產的成本和生產速度被制造出來呢?并且,一些汽車制造商已經指出,即使碳纖維變得更加便宜,但是,汽車行業如何才能將自身托付給纖維供給如此不穩定且不可靠的碳纖維復合材料結構呢?    在經濟衰退前,汽車OEMs提出了這些問題并表示會等待復合材料行業的答案。但是,經濟衰退后的實際情況——石化燃料價格的持續攀升以及全球對溫室氣體排放問題的深刻認識,使得汽車OEMs目前正在大力倡導使用復合材料。    就碳纖維的可獲取性而言,解決這一問題的一種方法是,與一家碳纖維生產商發展成為合作伙伴關系,從而為OEM自身的汽車創建一個專門設計的碳纖維供應鏈。2010年,汽車制造商寶馬集團和碳纖維制造商西格里集團正是采取了這種做法。他們組建了西格里汽車碳纖維公司,該公司不久前在美國華盛頓州摩西湖啟用了一個產能3000t的碳纖維工廠,這一產能將服務于寶馬,因為這些纖維將被大量用于一些大型部件,包括乘員艙以及其他的底盤結構件,并且將被用作2013款全電動i3乘用車和2014款混合電動i8跑車的車身板,這是碳纖維復合材料首次在量產化的乘用車上被用于底盤結構件。    寶馬與西格里的合作,還進一步挑戰了循環周期問題。這種滿足轎車或卡車高產量生產要求的生產節拍,通常被公認為是“每分鐘一個部件”,這是汽車OEMs在金屬沖壓生產中保持了幾十年的生產循環周期。理想狀態下,一家汽車制造商更歡迎一種真正的“60s工藝”,而這是復合材料行業還不能夠承諾的,特別是熱固性復合材料,因為此類材料不可避免地要花費足夠的時間來交聯固化。但復合材料的支持者們總是強調說,由于用于復合材料成型的模具能夠以比金屬沖壓模具少得多的成本被制造出來,因此“每分鐘一個部件”的期望可以通過使用多副模具和多臺壓機且工藝流程相對較長的方式而得到滿足。同時,在過去的幾年里,隨著創新成型工藝的不斷推出,成型周期已逐漸降低。

             將于2013年發布的寶馬全電動i3市郊車擁有一個采用樹脂傳遞模塑成型技術生產的碳纖維復合材料乘員艙     寶馬工藝的循環周期尚不為人知,所知的只是其采取的工藝是基于采用碳纖維織物的樹脂傳遞模塑成型技術(簡稱“RTM”),這是一種比手工鋪層/熱壓罐固化方法(在低產量的超級跑車生產中用于成型CFRP部件)更快的生產工藝。Momentive Specialty Chemicals公司(位于美國俄亥俄州Columbus)的汽車市場開發經理Cedric Ball介紹說,該公司已開發出了幾種適用于高壓RTM(簡稱“HP-RTM”)工藝的快速固化環氧樹脂,該工藝的壓力高達2900psi(203kg/cm2),注射速率為200g/s。Ball介紹說,寶馬公司已于2009年使用了快速固化的RTM樹脂,用以成型M3和M6車型的碳纖維復合材料的車頂。而奧迪汽車公司自2011年起也將該樹脂用于R8車型的B柱側面板。此外,Ball還表示,該公司有一種5min固化的環氧樹脂系統已進入幾款未公布車型的生產中,還有一種2min固化的環氧樹脂系統正處于試驗階段。其中,5min固化的環氧樹脂技術,組合使用了該公司的EPIKOTE樹脂05475和EPIKURE固化劑05443。在加工方面,該公司與意大利的機器制造商康隆(Cannon)公司以及德國的克勞斯瑪菲和迪芬巴赫均展開了全力合作。“我們確信,通過采用對樹脂系統、工藝和模具設計組合正確的RTM工藝,實現一分鐘循環周期不成問題。”Ball說,“樹脂系統是一個關鍵要素。但Momentive Specialty Chemicals公司確信,所有的3個要素都不可或缺,它們的正確組合才能確保部件的成功生產。”


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