浅谈车用树脂基复合材料结构件的研究

李惠生

随着汽车工业的迅速发展,汽车复合材料用量逐年增加,尤其是制造大型结构件的复合材料用量增长迅速。欧美等国汽车工业已成为复合材料最大用户。我国的复合材料发展还很落后,汽车工业将面临新的挑战和发展机遇,从国外的应用发展历程来看,树脂基复合材料结构件必将在我国车用领域得到前所未有的发展,对树脂基复合材料的工业化制造技术需求极为迫切,因此牡丹江双兴化工有限公司承担了国家863计划“车用树脂基复合材料异型结构件”的研发和制造技术。

一、车用复合材料的优点

复合材料汽车部件,与金属材料和其他无机材料相比,具有许多得天独厚的优势,如重量轻、强度高、耐腐蚀、耐瞬间高温、传热慢、隔音、防水、易着色、能透光电磁波等;同时,复合材料还具有可设计性、一次性整体成型等工艺特点。复合材料是一种在中低温、低压条件下采用对模制造车用树脂基复合材料大型结构件的低成本先进制造技术。

在国家863计划资助下,针对车用复合材料的市场需求,双兴公司以复合材料构件低成本制造技术为研究对象,进行了“车用树脂基复合材料结构件制造关键技术”的研究。攻克了复合材料液体模塑成型工艺的共性关键技术,搭建了高性能低成本复合材料集成制造系统的技术平台;解决了车用复合材料构件的设计、工艺与工业化生产的相关基础技术,并形成了具有自主知识产权的成套技术。

二、车用复合材料研究内容

解决重型卡车、列车、大型客车、轿车用异型结构件规模制造技术,实现复合材料在车用领域的产业化应用,符合汽车行业轻便、高速、安全节能、舒适、降低环境污染以及多功能低成本的发展方向,符合国家产业政策。

1.研究目标。主要是攻克复合材料液体模塑成型工艺的共性关键技术,搭建高性能低成本复合材料集成制造系统的技术平台;解决车用复合材料构件的设计、工艺与工业化生产的相关基础技术,形成具有自主知识产权的成套技术。其应用目标是开发重型卡车、电动汽车、高速列车、轿车用树脂基复合材料结构构件领域并实现产业化。

2.技术特点。是一种在中低温、低压条件下采用对模制造车用树脂基复合材料结构件的低成本先进制造技术。其基本工艺原理是:反应性的热固性液态树脂在较低压力下注入含有干纤维预成型体的模腔中,树脂将模腔中的空气排出,同时浸润纤维。模腔充满后,注射过程结束,树脂开始固化,树脂固化达到一定强度后开模,取出制品。

3.其技术创新点:

(1)工艺类型和设备变化灵活,总体投资较低,制品产量在1 000~20 000件时,即可获得可观的经济效益。

(2)可设计性强,能实现局部增强、夹芯结构,设计增强材料的类型、铺层结构;可实现多种零部件一体化,降低制造成本,缩短新产品开发周期。

(3)制造具有良好表面质量、高尺寸精度的复杂构件,在大型构件的制造方面优势更为明显。

(4)模操作工艺,工作环境清洁,成型过程苯乙烯排放量小,有利于环保。

(5)压模注射,可采用复合材料模具(包括环氧模具、复合材料表面铸镍模具等),铝模具等,模具设计自由度高,模具成本较低。

4.工艺流程

生产工艺流程如下图所示:

5.主要技术指标。产品技术指标符合重汽汽车零件检测标准QZZ11154-1996要求,典型构件技术指标如下:

三、主要原材料

树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体,以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度,广泛应用于化工、机械、汽车、电子、水利、交通、家电和宇航等各个领域。

四、应用和推广

双兴公司在主要原材料国产化、制造工艺技术等共性和关键技术研究方面取得了突破性进展,还进行了制品表面涂装技术等相关技术的研究探素,实现了部件的批量化生产,在车用树脂基复合材料工艺研究方面积累了丰富的经验。解决车用大型复合材料构件的设计、工艺与工业化生产的相关基础技术,形成具有自主知识产权的成套技术,其应用目标是开发重型卡车、大型客车、高速列车用树脂基复合材料大型构件。

采用树脂基多合材料大型结构件制造技术成果的应用和推广,提升了企业在低温低压,对模具制造工艺技术的研究层次,拓宽了企业在树脂基多合材料技术应用的视野,结合水转印披覆膜产品技术,日前采用树脂基复合材料技术已成功应用于哈飞赛豹、一汽解放、奇瑞旗云、山东重汽的部分构件上,公司已在中小型汽车件(如仪表盘、装饰件、方向盘等)和其他领域逐步推广应用。

(编辑/刘佳)