淺談車(chē)用樹(shù)脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的研究

李惠生

隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展,汽車(chē)復(fù)合材料用量逐年增加,尤其是制造大型結(jié)構(gòu)件的復(fù)合材料用量增長(zhǎng)迅速。歐美等國(guó)汽車(chē)工業(yè)已成為復(fù)合材料最大用戶(hù)。我國(guó)的復(fù)合材料發(fā)展還很落后,汽車(chē)工業(yè)將面臨新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇,從國(guó)外的應(yīng)用發(fā)展歷程來(lái)看,樹(shù)脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件必將在我國(guó)車(chē)用領(lǐng)域得到前所未有的發(fā)展,對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料的工業(yè)化制造技術(shù)需求極為迫切,因此牡丹江雙興化工有限公司承擔(dān)了國(guó)家863計(jì)劃“車(chē)用樹(shù)脂基復(fù)合材料異型結(jié)構(gòu)件”的研發(fā)和制造技術(shù)。

一、車(chē)用復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)

復(fù)合材料汽車(chē)部件,與金屬材料和其他無(wú)機(jī)材料相比,具有許多得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),如重量輕、強(qiáng)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(shí),復(fù)合材料還具有可設(shè)計(jì)性、一次性整體成型等工藝特點(diǎn)。復(fù)合材料是一種在中低溫、低壓條件下采用對(duì)模制造車(chē)用樹(shù)脂基復(fù)合材料大型結(jié)構(gòu)件的低成本先進(jìn)制造技術(shù)。

在國(guó)家863計(jì)劃資助下,針對(duì)車(chē)用復(fù)合材料的市場(chǎng)需求,雙興公司以復(fù)合材料構(gòu)件低成本制造技術(shù)為研究對(duì)象,進(jìn)行了“車(chē)用樹(shù)脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件制造關(guān)鍵技術(shù)”的研究。攻克了復(fù)合材料液體模塑成型工藝的共性關(guān)鍵技術(shù),搭建了高性能低成本復(fù)合材料集成制造系統(tǒng)的技術(shù)平臺(tái);解決了車(chē)用復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計(jì)、工藝與工業(yè)化生產(chǎn)的相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù),并形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套技術(shù)。

二、車(chē)用復(fù)合材料研究?jī)?nèi)容

解決重型卡車(chē)、列車(chē)、大型客車(chē)、轎車(chē)用異型結(jié)構(gòu)件規(guī)模制造技術(shù),實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料在車(chē)用領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,符合汽車(chē)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(guó)家產(chǎn)業(yè)政策。

1.研究目標(biāo)。主要是攻克復(fù)合材料液體模塑成型工藝的共性關(guān)鍵技術(shù),搭建高性能低成本復(fù)合材料集成制造系統(tǒng)的技術(shù)平臺(tái);解決車(chē)用復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計(jì)、工藝與工業(yè)化生產(chǎn)的相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù),形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套技術(shù)。其應(yīng)用目標(biāo)是開(kāi)發(fā)重型卡車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、高速列車(chē)、轎車(chē)用樹(shù)脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)構(gòu)件領(lǐng)域并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

2.技術(shù)特點(diǎn)。是一種在中低溫、低壓條件下采用對(duì)模制造車(chē)用樹(shù)脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的低成本先進(jìn)制造技術(shù)。其基本工藝原理是:反應(yīng)性的熱固性液態(tài)樹(shù)脂在較低壓力下注入含有干纖維預(yù)成型體的模腔中,樹(shù)脂將模腔中的空氣排出,同時(shí)浸潤(rùn)纖維。模腔充滿(mǎn)后,注射過(guò)程結(jié)束,樹(shù)脂開(kāi)始固化,樹(shù)脂固化達(dá)到一定強(qiáng)度后開(kāi)模,取出制品。

3.其技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn):

(1)工藝類(lèi)型和設(shè)備變化靈活,總體投資較低,制品產(chǎn)量在1 000~20 000件時(shí),即可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)可設(shè)計(jì)性強(qiáng),能實(shí)現(xiàn)局部增強(qiáng)、夾芯結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)增強(qiáng)材料的類(lèi)型、鋪層結(jié)構(gòu);可實(shí)現(xiàn)多種零部件一體化,降低制造成本,縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。

(3)制造具有良好表面質(zhì)量、高尺寸精度的復(fù)雜構(gòu)件,在大型構(gòu)件的制造方面優(yōu)勢(shì)更為明顯。

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

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

4.工藝流程

生產(chǎn)工藝流程如下圖所示:

5.主要技術(shù)指標(biāo)。產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)符合重汽汽車(chē)零件檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)QZZ11154-1996要求,典型構(gòu)件技術(shù)指標(biāo)如下:

三、主要原材料

樹(shù)脂基復(fù)合材料是指以熱固性樹(shù)脂如不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、乙烯基酯樹(shù)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(qiáng)材料制成的復(fù)合材料。環(huán)氧樹(shù)脂的特點(diǎn)是具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機(jī)械強(qiáng)度,廣泛應(yīng)用于化工、機(jī)械、汽車(chē)、電子、水利、交通、家電和宇航等各個(gè)領(lǐng)域。

四、應(yīng)用和推廣

雙興公司在主要原材料國(guó)產(chǎn)化、制造工藝技術(shù)等共性和關(guān)鍵技術(shù)研究方面取得了突破性進(jìn)展,還進(jìn)行了制品表面涂裝技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的研究探素,實(shí)現(xiàn)了部件的批量化生產(chǎn),在車(chē)用樹(shù)脂基復(fù)合材料工藝研究方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。解決車(chē)用大型復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計(jì)、工藝與工業(yè)化生產(chǎn)的相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù),形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套技術(shù),其應(yīng)用目標(biāo)是開(kāi)發(fā)重型卡車(chē)、大型客車(chē)、高速列車(chē)用樹(shù)脂基復(fù)合材料大型構(gòu)件。

采用樹(shù)脂基多合材料大型結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)成果的應(yīng)用和推廣,提升了企業(yè)在低溫低壓,對(duì)模具制造工藝技術(shù)的研究層次,拓寬了企業(yè)在樹(shù)脂基多合材料技術(shù)應(yīng)用的視野,結(jié)合水轉(zhuǎn)印披覆膜產(chǎn)品技術(shù),日前采用樹(shù)脂基復(fù)合材料技術(shù)已成功應(yīng)用于哈飛賽豹、一汽解放、奇瑞旗云、山東重汽的部分構(gòu)件上,公司已在中小型汽車(chē)件(如儀表盤(pán)、裝飾件、方向盤(pán)等)和其他領(lǐng)域逐步推廣應(yīng)用。

(編輯/劉佳)