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智能化轻结构的“代名词”纤维增强的塑料材料

2017-5-31 08:40| 发布者: admin| 查看: 237| 评论: 0

摘要: 目前,纤维增强的塑料材料已经成为了智能化轻结构的“代名词”,利用这种材料可以制造出非常轻且有很高强度的零部件。 在汽车圈,纤维增强材料始终是一个热门话题,尤其是当提及必须减轻汽车零部件的重量时候。纤 ...
目前,纤维增强的塑料材料已经成为了智能化轻结构的“代名词”,利用这种材料可以制造出非常轻且有很高强度的零部件。
在汽车圈,纤维增强材料始终是一个热门话题,尤其是当提及必须减轻汽车零部件的重量时候。纤维材料允许将轻结构零部件制造得更加轻巧,经典的纤维增强材料是玻璃纤维以及价格昂贵的碳纤维
早在1941年,Henry Ford先生就展示了一辆利用天然纤维树脂浸渍工艺制造了汽车车架的轿车。在德国东部,这种车架制造工艺技术是经典Tranbant轿车车身板材的主要技术。
然而目前来说,研发人员关注的则是:天然纤维轻量化零部件加工制造的新工艺、新技术和新应用。相关数据显示,欧洲的汽车生产厂家每年使用的这类合成材料都高达10万t。与此相对应的是:每年使用的玻璃纤维增强材料(CFK)也能达到约100万t。德国汽车市场行业协会的调查结果显示:汽车行业每年消耗的高价格碳纤维材料大约为5 t。
概念车中的天然纤维
联邦德国食品和农业部以及汉诺威大学生物塑料和生物复合材料研究所可以告诉人们:天然纤维增强的复合材料到底都可以做些什么。在一个合作项目中,他们研发生产制造了一辆赛车用的生物技术概念车。制造它的零部件中,生物材料的比例在30%~70%之间,而且所有的生物复合材料都是合作伙伴自己生产的。汉诺威大学研究所的工程师们按照赛车的世界标准和要求对这辆生物概念车进行了测试,测试了生物复合材料的承载性能。
天然纤维复合材料的许多生产制造工艺技术与人们长期以来在碳纤维增强材料生产制造中使用的工艺技术非常相似。但最重要区别是:利用这类生产制造工艺技术时所需的温度要低许多,因为天然纤维对碳纤维材料对温度更加敏感。在生产制造之前要对天然纤维进行干燥处理,因为它们具有吸湿特性,能够从周围环境中吸取水分。因此使用增附剂是非常必要的。
德国慕尼黑的设备生产厂Krauss Maffei公司提供了相应的生产制造技术装备。天然纤维轻量化零部件生产制造时,首先对连续纤维纺织成的织物进行加热,然后送入喷塑模具之中。随后向喷塑模具中喷射一种合成树脂。另外,还可以通过加强筋来提高天然纤维零部件的强度,附带提供其他的有用功能。这样就可以生产制造出座椅骨架、座椅扶手、仪表盘、罩壳类零件、侧面碰撞保护用附件、底盘部件、发动机舱内的零部件以及半结构件等。
汽车零部件供应厂商佛吉亚早在5年前就开始进行天然麻纤维增强聚丙烯零件的生产试验了。这种材料的最大优点就是:可以使用传统的注塑设备,也能够利用相同的塑料粒料。一辆质量为1 300 kg的中档轿车中就有大约5 kg的原材料是利用可再生原材料制造的。大众汽车公司负责环境控制的Klaus Mayr-Rauch先生也证实了这一点。
但这些并不是什么新鲜事物。德国土灵根纺织和塑料研究所的Renate Lützkendorf博士说道:“从20世纪90年代开始,我们就已经在大力研究天然纤维的应用技术了。”当然,他们所研究的天然纤维材料也主要是应用于汽车领域。它们作为热塑性材料取代聚丙烯,是最经济的原材料,而且对温度不敏感。
不同的纤维含量
热固性聚合物材料由树脂系统浸渍的天然纤维经压力加工工艺技术压制而成,从而不再熔化。Isowood公司和Polyvlies公司生产网状的天然纤维材料。
在其他的天然纤维加工工艺技术中,天然纤维在喷注塑料的工艺过程中被“包裹”在塑料材料中。此时,天然纤维要预制成颗粒状。在喷注塑料的工艺技术中,大多数情况下喷注的都是聚丙烯。配料人员第一步是将天然纤维制成颗粒,然后将这些颗粒放入注塑机中。
这一工艺技术在天然纤维含量多少方面也有区别。天然纤维含量最高的热固性材料中天然纤维的含量高达50%~60%;在热固性压制工艺技术中,天然纤维材料的含量在40%~50%之间;在注塑工艺技术中天然纤维的含量最高为30%。
天然纤维材料面对的巨大挑战就是质量均匀性的要求。在均匀质量方面,大自然也扮演着重要的角色,例如天气影响着它们的固化成形过程等。
不管怎样,毫无疑问,许多汽车企业对天然纤维材料的巨大潜力是非常感兴趣的,都在大力研究中。    

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