“大批量且价格合理” – 对于纤维增强复合材料零件来讲这种目标通常是矛盾的。赢创公司与Secar公司合作开发的拉压工艺(PulPress),通过使用新颖的连续生产加工工艺,实现了可大批量生产、同时价格合理的三明治结构复合材料零件的制造生产。
许多加工技术可用于生产复杂的纤维增强复合材料零件,但它们都有一个共同点:成本效益不一定满足期望。最好的例子就是生产复合材料零件的最古老方法-手糊工艺。虽然手糊工艺可以用于生产具有复杂几何形状的零件,但由于不能自动化,不能作为大批量生产的经济选择。
近来受到广泛关注的树脂传递模塑工艺(RTM)可以实现很大程度的自动化。宝马i3和i8电动车的车身由碳纤维复合材料制成,就采用了RTM工艺。然而,目前的零件生产周期仍然偏长,比当前汽车生产中白车身(BIW)的实际生产周期要长得多。一种可解决的方法是通过拉挤成型工艺(Pultrusion)来制造纤维增强复合材料零件。不过一直以来,只能使用该工艺来生产截面一致的直型材。
为了解决这种问题,赢创公司开发了一种新的,高度自动化的连续加工工艺,用于生产具有复杂几何形状的纤维增强复合材料部件。该项目的开发伙伴是Secar Technologie GmbH,该公司位于维也纳附近,专门从事各种纤维增强复合材料部件的生产。
不同复合材料制造工艺比较
这种新工艺被称为拉压工艺(PulPress),是拉挤工艺(Pultrusion)和成型工艺(molding)的创新结合。在使用的材料方面,PulPress基于赢创的ROHACELL®,一种闭孔高性能结构泡沫,通常作为三明治复合材料零件的芯材。聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫可用于生产重量非常轻但却异常坚固的三明治结构复合材料,广泛应用于赛车,航空和运动器材(曲棍球棒,滑雪板等)。
除了其低比重,ROHACELL®还可热成型和高耐压,玻璃化转变温度为180°C。这些属性使得其完美适用于PulPress方法。在PulPress工艺中,结构泡沫作为芯材,纤维基于其进行编织。然后引入树脂进行纤维浸渍。一旦以这种方式准备好,材料被送入压机系统,该压机系统在高温和高压下处理连续材料以生产具有规定尺寸的3D轮廓。目前可以连续生产长达1.20米的三明治结构复合材料零件。
拉压工艺(PulPress)的基本原理
在这些零件中,ROHACELL®用作芯材; 另外还可以使用金属件或塑料件作为嵌件。赢创和Secar共同组建了生产线,能够每小时全自动生产30个零件,即每两分钟一个零件。生产速率可以进一步增加,例如通过使用更快固化的树脂体系。
三明治结构复合材料零件的结构泡沫芯材确保了部件能够承受所需的能量和力。对使用PulPress方法制造的保险杠部件的测试显示,部件强度与使用常规方法制造的铝部件的强度类似,但是复合材料制成的部件几乎轻三倍。除了保险杠部件外,其它的汽车部件如防撞梁、引擎仓拉杆、行李架、顶板梁、底盘刚性连杆等也可以采用三明治结构复合材料,通过PulPress工艺高效生产。
与目前的传统工艺不同,PulPress工艺几乎不会有泡沫芯材或纤维的浪费。这种新的加工工艺将使得汽车行业,航空业,运动器材行业以及其他工业大批量生产低成本的三明治结构复合材料成为可能。
不同轻量化材料与工艺的比较
利用新的PulPress加工工艺,可以生产复杂的三明治结构复合材料型材,与RTM工艺比,成本可降低高达60%。所得到的部件比钢制部件轻75%。
具有成本优势且能实现高度自动化,适合于高度复杂的部件:拉压工艺(PulPress)新工艺使得大批量生产三明治结构复合材料零件变成可能。