淺談車用樹脂基復合材料結構件的研究

李惠生

隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展,汽車復合材料用量逐年增加,尤其是制造大型結構件的復合材料用量增長迅速。歐美等國汽車工業(yè)已成為復合材料最大用戶。我國的復合材料發(fā)展還很落后,汽車工業(yè)將面臨新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇,從國外的應用發(fā)展歷程來看,樹脂基復合材料結構件必將在我國車用領域得到前所未有的發(fā)展,對樹脂基復合材料的工業(yè)化制造技術需求極為迫切,因此牡丹江雙興化工有限公司承擔了國家863計劃“車用樹脂基復合材料異型結構件”的研發(fā)和制造技術。

一、車用復合材料的優(yōu)點

復合材料汽車部件,與金屬材料和其他無機材料相比,具有許多得天獨厚的優(yōu)勢,如重量輕、強度高、耐腐蝕、耐瞬間高溫、傳熱慢、隔音、防水、易著色、能透光電磁波等;同時,復合材料還具有可設計性、一次性整體成型等工藝特點。復合材料是一種在中低溫、低壓條件下采用對模制造車用樹脂基復合材料大型結構件的低成本先進制造技術。

在國家863計劃資助下,針對車用復合材料的市場需求,雙興公司以復合材料構件低成本制造技術為研究對象,進行了“車用樹脂基復合材料結構件制造關鍵技術”的研究。攻克了復合材料液體模塑成型工藝的共性關鍵技術,搭建了高性能低成本復合材料集成制造系統(tǒng)的技術平臺;解決了車用復合材料構件的設計、工藝與工業(yè)化生產的相關基礎技術,并形成了具有自主知識產權的成套技術。

二、車用復合材料研究內容

解決重型卡車、列車、大型客車、轎車用異型結構件規(guī)模制造技術,實現復合材料在車用領域的產業(yè)化應用,符合汽車行業(yè)輕便、高速、安全節(jié)能、舒適、降低環(huán)境污染以及多功能低成本的發(fā)展方向,符合國家產業(yè)政策。

1.研究目標。主要是攻克復合材料液體模塑成型工藝的共性關鍵技術,搭建高性能低成本復合材料集成制造系統(tǒng)的技術平臺;解決車用復合材料構件的設計、工藝與工業(yè)化生產的相關基礎技術,形成具有自主知識產權的成套技術。其應用目標是開發(fā)重型卡車、電動汽車、高速列車、轎車用樹脂基復合材料結構構件領域并實現產業(yè)化。

2.技術特點。是一種在中低溫、低壓條件下采用對模制造車用樹脂基復合材料結構件的低成本先進制造技術。其基本工藝原理是:反應性的熱固性液態(tài)樹脂在較低壓力下注入含有干纖維預成型體的模腔中,樹脂將模腔中的空氣排出,同時浸潤纖維。模腔充滿后,注射過程結束,樹脂開始固化,樹脂固化達到一定強度后開模,取出制品。

3.其技術創(chuàng)新點:

(1)工藝類型和設備變化靈活,總體投資較低,制品產量在1 000~20 000件時,即可獲得可觀的經濟效益。

(2)可設計性強,能實現局部增強、夾芯結構,設計增強材料的類型、鋪層結構;可實現多種零部件一體化,降低制造成本,縮短新產品開發(fā)周期。

(3)制造具有良好表面質量、高尺寸精度的復雜構件,在大型構件的制造方面優(yōu)勢更為明顯。

(4)模操作工藝,工作環(huán)境清潔,成型過程苯乙烯排放量小,有利于環(huán)保。

(5)壓模注射,可采用復合材料模具(包括環(huán)氧模具、復合材料表面鑄鎳模具等),鋁模具等,模具設計自由度高,模具成本較低。

4.工藝流程

生產工藝流程如下圖所示:

5.主要技術指標。產品技術指標符合重汽汽車零件檢測標準QZZ11154-1996要求,典型構件技術指標如下:

三、主要原材料

樹脂基復合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體,以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等為增強材料制成的復合材料。環(huán)氧樹脂的特點是具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機械強度,廣泛應用于化工、機械、汽車、電子、水利、交通、家電和宇航等各個領域。

四、應用和推廣

雙興公司在主要原材料國產化、制造工藝技術等共性和關鍵技術研究方面取得了突破性進展,還進行了制品表面涂裝技術等相關技術的研究探素,實現了部件的批量化生產,在車用樹脂基復合材料工藝研究方面積累了豐富的經驗。解決車用大型復合材料構件的設計、工藝與工業(yè)化生產的相關基礎技術,形成具有自主知識產權的成套技術,其應用目標是開發(fā)重型卡車、大型客車、高速列車用樹脂基復合材料大型構件。

采用樹脂基多合材料大型結構件制造技術成果的應用和推廣,提升了企業(yè)在低溫低壓,對模具制造工藝技術的研究層次,拓寬了企業(yè)在樹脂基多合材料技術應用的視野,結合水轉印披覆膜產品技術,日前采用樹脂基復合材料技術已成功應用于哈飛賽豹、一汽解放、奇瑞旗云、山東重汽的部分構件上,公司已在中小型汽車件(如儀表盤、裝飾件、方向盤等)和其他領域逐步推廣應用。

(編輯/劉佳)