提供全球复合材料市场GydF4y2Ba
套装GydF4y2Ba
低流量与高流量成型。GydF4y2Ba

A key element of Mitsubishi’s new forged molding compound (FMC) carbon fiber-reinforced SMC is the use of low-flow (but not low-pressure) compression molding, which helps preserve isotropic fiber orientation/distribution in the material to yield parts with high complexity and high mechanical properties for use in structural applications (upper image; cross-flow direction). Using FMC in conventional high-flow compression molding (lower image; cross-flow direction) destroys the isotropic properties and can lead to property loss. Photo credit, all images: Mitsubishi Chemical Corp.

片状成型化合物(SMC)是一种锻炼复合材料 - 以坚韧,热固性,B阶段,压缩成型板形成型化合物的形式 - 自20世纪60年代初以来商业化。然而,随着复合者将技术延伸至更多的新果树脂,增强类型和格式,SMC正在重新发明。With new kinds of SMC come new application opportunities, as with a new product developed by Mitsubishi Chemical Corp. (Tokyo, Japan) with engineering support from Gemini Composites LLC (Seattle, Wash., U.S.), which Mitsubishi acquired in 2017. Called forged molding compound (FMC), the material is an advanced SMC reinforced with chopped carbon fiber and developed for结构的GydF4y2Ba使用压缩成型变体具有相当复杂的设计的应用。GydF4y2Ba

高度成型,各向同性GydF4y2Ba和GydF4y2Ba更好的表演GydF4y2Ba

FMC边缘更接近预浸料表演,同时保留更多SMC的可加工性和可负担性。它将工业级碳纤维丝束结合在切碎和分成较小的束中,然后用乙烯基酯(VE)或环氧基质浸渍。通过将较大的丝束分成更精细的捆绑,可以以低成本实现具有更好更均匀的机械性能的材料,而不是与航空航天级丝束开始。固化在130-150°C时在40-120秒内发生。GydF4y2Ba

“虽然有许多不同的连续碳纤维复合材料,但应用有限,”柯尼奇·艾山,总统,双子座复合材料和FMC开发商之一。“我们想要创造的是一种高性能,切碎的碳纤维材料,可用于更广泛的应用,并在常用的设备上形成。FMC技术真的由三个因素组成。它涉及先进的材料,优化的模塑过程和专用设计。在一起,这些因素使FMC能够以显着较低的体重替换结构应用中的轻质金属。“GydF4y2Ba

基础研究GydF4y2Ba

有趣的是,将证明FMC开发的关键的技术从2015年左右开始作为单独的研究项目。最初,该团队的重点是提高三菱自己的3K和15K切碎的碳纤维SMC(CF-SMC)的表现而不是开发新材料。目标是在复杂的形状中生产具有切碎的纤维的真正各向同性复合材料,其提供更接近预浸料的机械性能。GydF4y2Ba

“没有任何东西可以以复杂的几何形式在结构应用中找到使用切碎的碳纤维复合材料的方法,以实惠的成本,”没有什么是容易的。“又回忆起艾基山。“但是,我们相信,如果我们能找到物质,过程和设计的合适组合,那么以前是什么GydF4y2Ba不可能的GydF4y2Ba会成为GydF4y2Ba可能的GydF4y2Ba。“GydF4y2Ba

机械性能O60%纤维含量乙烯基酯材料。GydF4y2Ba

FMC利用复合材料行业的良好现象,较小/更精细的碳纤维拖各次屈服材料具有更好的纤维湿润/粘合和与传统SMC相比具有更好性能的零件。尽管FMC从工业级碳拖截面开始,通过分裂然后将它们切成精细牵引束,但FMC实现了更好的性能,而不是模压件中的3K CF-SMC。GydF4y2Ba

一种重点是在配制高性能环氧树脂和施胶系统中,以支持高容量,成本敏感的最终市场所必需的鲁棒机械性能和短的模塑循环。另一个目标是开发一种经济展开小牵引碳纤维的方法。GydF4y2Ba

“这在行业中成立了更小/更精细的碳纤维束产生更高的性能,但由于制造挑战和所得产量,这种纤维是昂贵的,”Akiyama解释道。“导致我们开始分裂GydF4y2Ba较大GydF4y2Ba截串。有趣的是,测试表明我们已经达到了比3K CF-SMC的FMC更高的模塑性质。“GydF4y2Ba

通过开发紧密控制的复合过程来实现X和Y轴之间的各向同性纤维分布,该方法消除了所有切碎的光纤SMC的固有机器方向偏置特性。该偏置导致机械性能的更高系数(COV) - 通过常规的高流量压缩成型加剧的特征。GydF4y2Ba

“为了在模塑部件中实现各向同性纤维分布,起始材料必须具有各向同性纤维分布,”Akiyama解释说。“我们有明确的愿景,即在所需的材料中的理想形状,大小和分布是什么。大挑战是如何实现这一目标。“GydF4y2Ba

到2017年,该团队开发了分体式牵引碳纤维和高性能环氧树脂系统。接下来,他们在特殊的斩波单元上完成工作,这不仅可以快速可靠地产生精细纤维束(<3K次次),而且在SMC复合期间在整个纸张上分布/分发这些捆绑。GydF4y2Ba

“分裂牵引碳纤维在斩波过程中脱落成较小的捆绑,但这些捆绑的束不足以提供我们寻求的性质增强水平,”秋山继续。“我们开发了专有的设备和进一步捆绑捆绑的过程,实现了我们相信的光纤分布类型将为我们提供优异的性能和良好的成型性。”因为FMC不依赖于工具中的流动以帮助混合材料,必须仔细控制浸渍和复合步骤以确保机械性能的非常低的变化。GydF4y2Ba

低流量,而不是低压GydF4y2Ba

由于在主要身体结构中使用FMC的机会,发展很快就加速了。如上所述,主要挑战是如何在不失那些各向同性特性的情况下塑造它。进一步的测试表明,如果在压缩成型期间允许FMC流动,如传统的SMC,它不仅会失去各向同性纤维对准,而且流动过度流动会产生缺陷和性能损失。幸运的是,Gemini复合材料一直开发用于结构CF-SMC的低流量模塑,证明了FMC的完美拟合。它还使Gemini成为三菱的理想收购目标。从那时起,Gemini引领了FMC设计和过程开发,以确保在加工过程中不会丢失各向同性。GydF4y2Ba

FMC肋骨。GydF4y2Ba

尽管FMC能够深入地渗透到高肋骨中,但它可以在比15K或3K CF-SMC保持底座和尖端之间保持拉伸强度的更好工作。GydF4y2Ba

使用FMC,工具中的材料流量必须限制,这需要不同的模具设计方法,部分设计和加工。例如,通过直线壁,难以充电足够的材料在该特征上。利用传统的SMC,这种壁通常通过从部分的另一个区域流动的材料,由于更大的纤维运动而无意地使材料(和所得部分)更加各向异性。为了用FMC填充垂直墙壁,Akiyama表示,需要填补几何形状,但也需要弥补不可避免的物质流动导致的负面影响 - 更复杂的方法。GydF4y2Ba

自动悬架部分。GydF4y2Ba

早期的FMC示范器是汽车悬架组分〜362×63×70mm和3-13毫米厚。GydF4y2Ba

“如果部分有可接受的空间,我们可以使用一些角度设计,”Akiyama解释道。“如果这对设计至关重要,我们甚至可以使用直墙。然而,我们将修改部分的几何形状,以最小化垂直墙的流量。我们还可以使用幻灯片等特殊模具功能,或者将部分分开以充电足够的材料以填充墙壁。因此,这对部件设计师,工具制造者和双子座团队非常重要,因此部分和模具都是低流量友好的。“GydF4y2Ba

澄清,虽然材料不应流动,但上篮设计,旨在覆盖80-95%的工具,然后按下关闭,以故意留下小房间,以限制流动 - 该过程是GydF4y2Ba既不流,也不是低压GydF4y2Ba成型。这与具有传统SMC的平均工具覆盖率相比,依赖于零件复杂性,表面光洁度等,通常范围为50-60%,可以广泛为30-70%。另外,5-12MPa的通常SMC模塑压力也用于FMC。满足一个程序目标,正确设计的部件可以像肋骨一样填充复杂的几何形状。据报道,FMC分别保留了85%和66%的额定拉伸强度,深肋骨顶部和底部。Akiyama表示,它填充了比3K CF-SMC更好的复杂几何形状。GydF4y2Ba

使用金属设计和高流量模塑首先将基准铸铝部分直接转换为15K CF-SMC(REV 0)。这种降低的质量为47%与基准,但在较低的压缩性能下。接下来,用低流量模塑(Rev I),在FMC中微量化改性金属设计。这种设计实现了47%的质量减少,但在稍微较高的压缩性能下。最后,该部件专门重新设计,以利用FMC材料和低流量模塑(Rev II)。这次,质量较低41%,但压缩性能远高于基准。GydF4y2Ba

鉴于FMC的电荷的大模覆盖率,在常规预浸料坯或SMC等预制件夹具中叠加近净形电荷是有用的。这有助于平衡充电模式的形状和重量,并速度手动或机器人加载的压力。GydF4y2Ba

新的机会GydF4y2Ba

“通过这项技术,我们创造了一种更均匀的结构,提供了优异的机械性能和尺寸稳定性,在较低的COV与传统的SMC中,”Akiyama继续。“用3K CF-SMC看到的材料厚度相同的纤维层比3k CF-SMC相同,而且由于我们实现的优秀湿湿,还有更少的树脂富有区域。这使我们能够更经济地提供更好的性质。“GydF4y2Ba

他指出,FMC技术实际上使仿真工作更容易,比传统SMC更准确,模压部件通常具有低于预测的性质,在材料流动和纤维方向发生变化之后。该流程也可能导致缺陷,这导致较低负载失效。“通过FMC技术,我们可以消除通常需要开发结构应用所需的大部分试验和错误,”Akiyama增加。GydF4y2Ba

虽然FMC的原材料价格可能比铝,短的成型循环,轻质零件和近净形状设计更高,但近净形状减少了材料使用和二次精加工,这应该有助于使FMC部件大致与铝部件相媲美。“更换加工的金属部件是FMC的绝佳应用,”Akiyama补充道。“由于我们可以为加工少量金属部件的成本进行模具,如果需要多于少量的零件,我们将是竞争力的。”GydF4y2Ba

尚未准备好用于商业生产,即今年晚些时候开始,三菱是对福利的客户采样的ve-和环氧树脂系统,而双子座提供工程支持。与常规环氧树脂预浸料不同,环氧制剂允许室温储存长达两周,这需要冷库。第一个商业应用可能几年。虽然公司理论上可以将其分体式丝束剪切到任何长度,但它们最初将以标准的13,25和50毫米提供,纤维体积分数为40-65%。具有更好的火焰/烟雾/毒性(FST)性能和更高玻璃过渡温度等级(TGydF4y2BaGGydF4y2Ba)据说是在发展中。有针对性的汽车应用包括大型体型,悬架,动力总成,碰撞盒和EV电池外壳的组件。考虑FMC的其他行业包括航空航天/国防和工业。GydF4y2Ba

相关内容GydF4y2Ba