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2020年我的雪佛兰gydF4y2Ba巡洋舰gydF4y2Ba来自通用汽车有限公司的跑车(GM,底特律,MICH。,U.S)体育了许多复合材料。最值得注意的是RADIUS拉挤工艺的第一个汽车用途,以产生后保险杠梁,其在输出模型上剃除了先前的MIG焊接铝保险杠梁的2.2千克重量。来源|通用汽车公司gydF4y2Ba

拉挤复合汽车后保险杠梁gydF4y2Ba

该半径拉挤工艺使通用汽车的设计团队能够减少这款中置发动机汽车后部的质量,同时满足造型要求,并在紧凑的包装空间中最大限度地提高后行李箱的存储。来源| SPE汽车事业部。gydF4y2Ba

世界上第一个弯曲拉挤汽车部件-后保险杠(图右)在2020年雪佛兰gydF4y2Ba巡洋舰gydF4y2Ba由通用汽车公司生产的跑车(如上图)由通用汽车公司(GM,底特律,MICH。,U.)制作 - 由一个名为RADIUS Pultusion的创新过程成为可能,由德国机械OEM和Pultruded Part Maker开发gydF4y2BaThomas GmbH + Co. Technik + Innovation KggydF4y2Ba该产品由一级供应商Shape Corp. (Grand Haven,密歇根州)为通用汽车生产。(美国)阅读gydF4y2Ba完整的故事gydF4y2Ba巡洋舰gydF4y2Ba后保险杠梁gydF4y2Ba从2020年5月号开始)。gydF4y2Ba

然而,创新并不仅仅与过程相关;碳纤维织物和混合树脂系统的有趣组合在汽车上并不常见,这也是该应用成功的关键,使其重量从基准金属惰性气体(MIG)焊接铝型材挤出上一代的重量降低了2.2公斤gydF4y2Ba克拉特,gydF4y2Ba虽然仍然通过所有必需的设计,性能和美元的价格。gydF4y2Ba

正确的建筑适合正确的结构gydF4y2Ba

“从一开始,我们在塑料和复合材料师塑料塑料工程经理博览会上进行了广泛的结构。“我们很快发现一些织物类型工作,有些在半径拉挤成型过程中不起作用。我们用UD [单向碳纤维]丝束微调我们的结构。“gydF4y2Ba

使用工程织物供应商gydF4y2BaVIRTAMPLE CORP.gydF4y2Ba(凤凰城,阿拉巴马州。来自通用汽车和Shape的团队评估了许多碳纤维无卷曲织物(NCF)产品。Jacobson说:“我们采用NCFs是因为这种针状纱线赋予了这些织物悬垂性和柔韧性,这是在半径拉挤中实现弯曲结构的关键。”gydF4y2Ba

Vectorply复合材料工程副总裁Trevor Gundberg补充说:“我们在传统拉挤工艺中做了很多生意,发现NCFs提供了许多机织织物无法提供的优势。”“例如,对于机织织物,你不能得到±45度的纤维取向,因为当你给它施加张力时,它就不稳定,所以剪刀纤维会移动并失去它们的方向。有了缝纫纤维,缝纫纱线本身的设计是为了在拉力方向承担负荷,这就是为什么得到正确的缝纫和纱线模式很重要。”gydF4y2Ba

四种织物被选为保险杠梁,并用于创建一个七层层压板。gydF4y2Ba

向量报告达到更高的刚度和强度,特别是在干燥状态下,具有NCF,而不是可比较的面积重量的编织,这转化为能够使用纤维的最终强度和刚度的较高部分。“我们通常会看到标称强度的25%增加,NCF的模量增加了10%至15%,而相当于同等的面积重量,”GundberggydF4y2Ba补充道。“此外,你还可以获得更高的fvf(纤维体积分数),所以在相同重量的情况下,你的部件性能更好,或者你有机会将部件变得更薄、更轻。”gydF4y2Ba

当通用汽车和Shape的团队开始评估不同的织物结构时,他们使用了通用汽车工程已经为保险杠开发的初步设计,他们使用了一种名为VectorLam的专有层压分析代码,该代码由Vectorply开发,用于评估不同织物层压计划的性能。基于云的、多平台的代码,基于经典层压板理论,帮助团队更快地审查不同层压板配置的多种类型和方向的织物,以了解它们对通用汽车的刚度、强度、质量和成本目标的贡献。随着织物评估工作的进行,从有限元分析(FEA)结果来看,材料看起来很有前途,然后由Vectorply to Shape提供测试和验证。最后,保险杠梁选择了四种织物,并用于创建一个七层层压板,包括:gydF4y2Ba

  • 一个double-bias NCF,gydF4y2Ba
  • 一种由两根碳纤维丝混合而成的翘曲三轴gydF4y2Ba
  • 两条碳纤维拖带中的两个翘曲单向NCF。gydF4y2Ba

Gundberg回忆道:“从我们的角度来看,我们真的不需要为这个项目开发任何定制面料。“我们最关心的是创造具有正确宽度、正确重叠的产品,并将其正确地放置在模具中,所有材料都可以通过模具拉动,而不会撕裂或产生富含树脂的区域。”gydF4y2Ba

最终织物架构的另一个有趣方面gydF4y2Ba巡洋舰gydF4y2Ba保险杠梁,并且形状已经提交了几种专利申请,是在每个独特织物的边缘上使用荧光针纱作为示踪纱线,用于生产梁。当施加黑光时,梁可以是质量控制测试,以确保正确的面积重量的右侧织物位于层压堆叠中的右位置。gydF4y2Ba

Blister-proofinggydF4y2Ba

与面料评估并行,该团队还研究了几种聚氨酯树脂系统,以了解它们将如何在保险杠梁中执行。在理论上,拉挤型可以理解使用任何热固性树脂,甚至已经适于运行一些预聚合的热塑性塑料,它通常与聚氨酯系统一起使用,这往往提供良好的性能平衡并允许快速加工。gydF4y2Ba

在加工性、性能、加工率、成本和质量方面提供最佳组合的树脂是由Scott Bader有限公司开发的聚氨酯-丙烯酸酯混合树脂。gydF4y2Ba

该团队知道,该项目的关键挑战之一是找到一种树脂系统,以在通用汽车的ELPO电泳防锈涂装过程中生存下来,因为已经决定将保险杠横梁安装在车身车间,也就是白车身(BIW)。在与白车身的其他部分一起浸入化学浴后,光束需要在238°C的烘烤循环中不变形。所有测试的聚氨酯树脂都没有通过ELPO,形成的水泡会推向接近全尺寸的保险杠横梁的边缘,从而导致纤维位移和分层。这导致团队重新开始评估其他树脂系统,包括环氧树脂、乙烯基酯和来自不同供应商的几种混合系统。在加工性能、加工效率、成本和质量方面提供最佳组合的树脂是由聚氨酯-丙烯酸酯复合树脂gydF4y2Ba斯科特糟糕有限公司gydF4y2Ba(Wellingborough,U.K.)并提供gydF4y2BaScott Bader北美gydF4y2Ba(托管,俄亥俄州,美国)。gydF4y2Ba

该树脂是一种名为Crestapol 1250的单组分过氧化物固化体系。Scott Bader的聚氨酯/丙烯酸酯市场业务发展经理Jeff Starcher解释说:“通常情况下,我们将多元醇和异氰酸酯预混合,形成完全反应的预聚体,然后用丙烯酸酯结束。”“因为它不是冷混合或嫁接,它不会相分离。该体系是苯乙烯化的,有助于混合和粘度控制以及交联。在客户处加入过氧化物催化剂,完成丙烯酸酯的最终交联。”该公司已将多种玻璃转变温度(TgydF4y2BaggydF4y2Ba)的温度范围从105°到300°C,并表示它可以定制独特的等级与TgydF4y2BaggydF4y2Ba在这两者之间的任何地方,据报道,这个等级用于gydF4y2Ba巡洋舰gydF4y2Ba保险杠是一个现成的配方。gydF4y2Ba

该树脂技术的先行者是由斯科特·普通的皇家海军开发的,于20世纪70年代中期,作为复合矿山清扫船的粘合剂。粘合剂的衍生物仍然在海洋工业中的大量中使用,因为该材料具有良好的骨折韧性,良好的耐化学性,它与碳和玻璃纤维相结合,具有良好的防潮性,可以容易地应用于凝胶涂层材料并且可以配制高紫外线稳定性。gydF4y2Ba

在20世纪90年代后期,有趣的物业组合在斯科特·哥特考虑了粘合剂中使用的基础树脂可以重新重整为一个科学家gydF4y2Ba成型gydF4y2Ba树脂。他们试着这么做,并生产了许多配方,但都受到稳定性问题的困扰,导致这项技术被搁置到2005年。当时,另一位化学家尝试了一下,找到了一种方法,让这种化学物质可以作为成型树脂使用。2013年,第一等级的树脂商业化了。gydF4y2Ba

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