淺談車用樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的研究

李惠生

隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展,汽車復(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)合材料用量增長迅速。歐美等國汽車工業(yè)已成為復(fù)合材料最大用戶。我國的復(fù)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(yīng)用發(fā)展歷程來看,樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件必將在我國車用領(lǐng)域得到前所未有的發(fā)展,對樹脂基復(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)了國家863計劃“車用樹脂基復(fù)合材料異型結(jié)構(gòu)件”的研發(fā)和制造技術(shù)。

一、車用復(fù)合材料的優(yōu)點

復(fù)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(fù)合材料還具有可設(shè)計性、一次性整體成型等工藝特點。復(fù)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(fù)合材料大型結(jié)構(gòu)件的低成本先進制造技術(shù)。

在國家863計劃資助下,針對車用復(fù)合材料的市場需求,雙興公司以復(fù)合材料構(gòu)件低成本制造技術(shù)為研究對象,進行了“車用樹脂基復(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;解決了車用復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計、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產(chǎn)權(quán)的成套技術(shù)。

二、車用復(fù)合材料研究內(nèi)容

解決重型卡車、列車、大型客車、轎車用異型結(jié)構(gòu)件規(guī)模制造技術(shù),實現(xiàn)復(fù)合材料在車用領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)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(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;解決車用復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計、工藝與工業(yè)化生產(chǎn)的相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù),形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的成套技術(shù)。其應(yīng)用目標(biāo)是開發(fā)重型卡車、電動汽車、高速列車、轎車用樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)構(gòu)件領(lǐng)域并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

2.技術(shù)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(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的低成本先進制造技術(shù)。其基本工藝原理是:反應(yīng)性的熱固性液態(tài)樹脂在較低壓力下注入含有干纖維預(yù)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(jié)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(shù)創(chuàng)新點:

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

(2)可設(shè)計性強,能實現(xiàn)局部增強、夾芯結(jié)構(gòu),設(shè)計增強材料的類型、鋪層結(jié)構(gòu);可實現(xiàn)多種零部件一體化,降低制造成本,縮短新產(chǎn)品開發(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(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)符合重汽汽車零件檢測標(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

樹脂基復(fù)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(fù)合材料。環(huán)氧樹脂的特點是具有優(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械強度,廣泛應(yīng)用于化工、機械、汽車、電子、水利、交通、家電和宇航等各個領(lǐng)域。

四、應(yīng)用和推廣

雙興公司在主要原材料國產(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展,還進行了制品表面涂裝技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的研究探素,實現(xiàn)了部件的批量化生產(chǎn),在車用樹脂基復(fù)合材料工藝研究方面積累了豐富的經(jīng)驗。解決車用大型復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計、工藝與工業(yè)化生產(chǎn)的相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù),形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的成套技術(shù),其應(yīng)用目標(biāo)是開發(fā)重型卡車、大型客車、高速列車用樹脂基復(fù)合材料大型構(gòu)件。

采用樹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,對模具制造工藝技術(shù)的研究層次,拓寬了企業(yè)在樹脂基多合材料技術(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件(如儀表盤、裝飾件、方向盤等)和其他領(lǐng)域逐步推廣應(yīng)用。

(編輯/劉佳)