索尔维在2019第二十五届中国国际复合材料工业技术展览会上,展出了一些采用快速模压工艺成型的汽车样件,包括碳纤维复合材料的引擎盖和B柱结构。

汽车,始终是复合材料追求大批量应用的一个终极目标!但多年的探索告诉我们,要实现这一目标,的确很不容易,其中一个主要障碍,是复合材料价格高。在于近期举行的2019第二十五届中国国际复合材料工业技术展览会上,本刊记者围绕这一话题采访了索尔维公司,听取了他们的见解。

在包括热固性和热塑性复合材料以及功能性结构胶膜在内的材料科学领域,索尔维居于领先地位,其在一级方程式赛车、其他运动赛车、高端超级跑车和主营量产汽车等应用领域,积累了数十年的丰富经验和应用知识,针对汽车OEMs及其供应链的各种需求,不断地开发出多样而又独特的材料和工艺技术,包括热模压成型、双膜成型与二次注塑等新一代的量产技术。

在2019第二十五届中国国际复合材料工业技术展览会上,索尔维复合材料亚太地区总裁、执行副总裁杜志仲博士,索尔维复合材料全球事业部亚太区技术服务总监白嘉模先生,以及索尔维复合材料事业部工业应用全球技术服务总监Mark Steele先生共同接受了采访。

索尔维:最大程度地提高复合材料的应用价值,化解材料价格难题-复合材料网
左起:索尔维复合材料全球事业部亚太区技术服务总监白嘉模先生,索尔维复合材料亚太地区总裁、执行副总裁杜志仲博士,索尔维复合材料事业部工业应用全球技术服务总监Mark Steele先生

Mark Steele先生认为,复合材料在汽车行业的大范围使用,一是时机问题,二是汽车行业对复合材料技术的掌握程度。就时机性而言,虽然汽车OEMs都知道减重的重要性,但目前他们的工作重心,是急于要拿出替代传统燃油的可靠方案,比如锂离子电池或氢燃料电池等。随着这项任务的完成,他们才会将关注的重点真正落到汽车减重上。而就复合材料应用的成熟性而言,目前,大多数的OEM厂商和零部件供应商尚处在对复合材料技术的掌握和使用不熟悉的阶段,迫切需要一个学习和深入领会的过程,这其中,解决好复合材料的成本问题是关键。

杜志仲博士则表示,汽车行业的大趋势是轻量化、电气化和环保化,所有这些,都与复合材料的应用息息相关,现在之所以没有应用起来,这与复合材料的成本高有关,因此,需要花费时间来解决这个问题。

如何解决呢?

白嘉模先生给出的建议是,汽车行业不应只将眼光放在复合材料的价格上,而应从全局考虑,看到使用复合材料带来的总体价值。他说:“在最终部件的总成本中,材料成本所占比重不大,工艺成本才是大头,因此,我们需要看到的是‘Total Product\'s Cost’,基于此,我们提出了‘Design for Manufacture’、‘Design for cost’的理念,这也是我们的强项。”

Mark Steele先生对此解释道,针对汽车行业追求高产量的特点,索尔维不只是向客户推荐材料,还提供与之配套的工艺和技术,比如索尔维全球专利的双膜成型法(DDF-Double Diaphragm Forming)。这样,就可以通过含材料和工艺在内的整体解决方案,来提高复合材料汽车部件的生产效率,增加产量,并降低次品率,以此,可以降低工艺成本,抵消复合材料的高价格,最终提高使用复合材料的整体经济效益,获得高性价比的汽车部件。

作为一种高度自动化的模压成型工艺,DDF与金属冲压极为相似,它使得“平板毛坯件在一步法工艺中直接被加工成形状复杂的三维汽车复合材料部件”成为可能。具体过程是:

1. 将预浸料切割成部件的平面形状,铺层以制备平板毛坯件;

2. 组装隔膜架,将平板毛坯件夹持在两层隔膜之间;

3. 预热,然后送入压机的模具中,加压固化,最终模压成型出三维的复合材料部件。

整个生产过程完全自动化,两层隔膜起到了保护模具型腔不受污染以及定位精准的双重作用,这意味着仅需一副模具,就可以实现连续不间断(无需清洁模具)的生产。结合索尔维1~5min固化的树脂材料,这项工艺可以实现汽车部件的高效、低成本生产。

索尔维:最大程度地提高复合材料的应用价值,化解材料价格难题-复合材料网
索尔维全球专利的双膜成型法(DDF-Double Diaphragm Forming)工艺流程图

目前,在位于英国Heanor的索尔维工程应用中心,该公司即将完工一条采用DDF专利技术的自动化生产线,包含从预浸料的切割、铺放和覆膜,到送入压机、加热加压、快速成型及部件取出的全套DDF生产流程。通过这条技术示范生产线,索尔维将证明,除在超级跑车项目上得到了成功应用之外,DDF这项专为降低复合材料应用成本而开发的技术,也适用于更大批量生产的车型。

Mark Steele先生强调说,在汽车减重方面,复合材料毫无疑问是一个优选方案,随着时机的成熟,必将为汽车行业所采纳。就热固性复合材料而言,目前,其在汽车上的应用大多数还是外饰件,但要想真正发挥出这种材料在减重、设计自由度和力学性能等方面的固有优势,结构件才是其应用的终极目标,也是未来利用复合材料实现量产汽车轻量化的必然趋势和最佳结果。就热塑性复合材料而言,

未来,随着汽车行业日益追求更短的生产节拍和绿色技术(回收),它将获得广阔的用武之地。

毫无疑问,无论是在热固性复合材料方面还是在热塑性复合材料方面,索尔维复合材料事业部都具备很强的技术实力。作为索尔维复合材料事业部的前身,美国氰特工业公司(Cytec)在复合材料行业领域颇有建树,并入索尔维后,引入了其快速固化热固性复合材料产品线,从而加强了索尔维在热固性复合材料方面的竞争优势。而索尔维公司本身,则以热塑性材料见长,尤其在特种聚合物方面,拥有极为丰富的产品线。通过双方的强强联合,索尔维复合材料事业部巩固了自身在复合材料行业中的市场地位,成为包括航空航天、汽车和工业在内的各复合材料终端应用市场首选的供应商之一。

索尔维在2019第二十五届中国国际复合材料工业技术展览会上,展出了一些采用快速模压工艺成型的汽车样件,包括碳纤维复合材料的引擎盖和B柱结构。其中,作为外观部件的引擎盖拥有漂亮的碳纤维纹理表面,整个部件重约7kg,比替代的钢制部件减轻了大约40%的重量,被用于保时捷的某款车型上。

索尔维:最大程度地提高复合材料的应用价值,化解材料价格难题-复合材料网
采用索尔维快速模压工艺成型的碳纤维复合材料引擎盖在2019第二十五届中国国际复合材料工业技术展览会上得到了展示,作为外观件,其表面呈现出了漂亮的碳纤维纹理

索尔维:最大程度地提高复合材料的应用价值,化解材料价格难题-复合材料网
采用索维尔快速模压工艺成型的碳纤维复合材料B柱在2019第二十五届中国国际复合材料工业技术展览会上得到了展示