新型热塑性玻纤增强复合材料使汽车更安全

newmaker    来源：复材在线

欢迎访问e展厅 展厅 4 汽车与公路设备展厅 乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ... 不可避免的车祸，确实使人们面临生死考验。因此，研究人员的主要任务就是考虑如何使得车祸发生时，如何使车辆能最大程度的吸收碰撞能量。好消息是，最近研发人员发现应用一种新型材料可以大幅度提高车辆安全性能，这款材料就是我们所熟悉的热塑性复合材料。专家表示，这款材料同时可以适应大幅度量产的汽车。 我们所看到的传统车辆通常采用钢材制成。然而，这种原材料一直面临来自其它材料的激烈竞争。现代汽车在制造中通常会在车辆中同时采用钢质、铝质和纤维增强复合材料零部件。车身的高强度承载结构和防撞组件，就是为了在车祸发生时对车内的驾驶员和乘客提供足够的保护。汽车制造商曾经使用热固性树脂基体制造这部分零部件。但这种方法有一些弊端：大规模生产难以有效实施，另一个潜在危险是，热固性复合材料部件在车辆发生碰撞的时候，受损的边缘会变得异常锋利。最后一个难以解决的问题，大家可能早已了解，就是热固性复合材料回收困难。来自位于普芬茨塔尔（Pfinztal）的Fraunhofer Institute for Chemical Technology（弗劳恩霍夫化学技术研究所 简称 ICT）的专家们最近发现了一项新方法，能够解决这些问题，为批量生产的汽车研发出一种新材料：热塑性纤维增强复合材料。一旦这款材料制成的汽车部件达到了使用期限以后，可以进行粉碎回收，溶解后，重新用于高质量部件的生产中。不仅如此，热塑性增强复合材料汽车部件在车辆发生意外时也能表现出众：热塑性复合材料部件能够在车祸发生时吸收碰撞产生的巨大冲击力。 曾经，制造人员头疼于开发出针对高性能纤维增强增强热塑性复合材料部件适合的加工技术，但是，来自ICT的工程师们现在却开发出了一种适合的加工技术，可以适应大规模批量生产的汽车（每年可满足十万辆的生产）。ICT的项目经理Dieter Gittel表示，我们的方法提供相当短的产品制造时间。制造热塑性复合材料部件的生产周期仅为五分钟左右。与热固性复合材料部件相比，后者需要至少20分钟的生产周期。 Fraunhofer研究所的专家们将他们的新技术命名为RTM（T-RTM）。这项技术的灵感来自传统的RTM（Resin Transfer Molding）热固性复合材料生产技术。首选的增强材料通常为碳纤维或玻璃纤维。 试验零件证实了材料这新的类的好处：为Porsche Carrera（保时捷卡宴）打造的新型车体比原先的铝质部件减重50%。为了提高车辆在碰撞中的整体性能，ICT的工程师们同时会计算出计算出最佳纤维铺放方法。T-RTM技术的另外一个优势就是，热塑性复合材料的生产成本以及制造部件的加工成本要比相同热固性复合材料部件成本低50%左右。未来几年，专家估计，这类热塑性复合材料零部件将会用于汽车业和娱乐产业中。 曾经，大多数汽车制造商采用钢材制造汽车，但是，今天的制造商将减低车身重量和节约制造成本放在首要位置。在材料的选择上也更加广泛，如钢材，铝材和纤维增强塑料（玻璃钢）。采用复合材料制造的高强度承载结构和防撞组件都是用来增加车身的坚固程度，在撞击发生时，更好的保护车内人员。科研人员研发出的这款新型复合材料确实不但能够满足批量生产的要求，还能在车祸发生时，部件边缘不会因变的锋利，而伤害车内人员。 安全耐用是优势 今年7月初，宝马公司公布了其酝酿已久的电动汽车发展计划，计划在2013年推出插入式电动汽车Megacity。新的车型并非由现有车型改装而来，而是宝马公司的工程师们卧薪尝胆的一次全新尝试。这款性能优异的“无铁”四座城市用车将会更加轻便，其由两部分组成：包含了传动系统和电池的铝制底盘以及安装在底盘上的碳纤维汽车“骨架”。 碳纤维比铝轻30%，比铁轻50%。而且，由于碳纤维具有很强的抗撕裂性，当它被织成格状结构，再融入树脂后，其强度要超过铁。但由于这道工序需要耗费大量劳力且效率很低，因此，大规模生产碳纤维的可能性不高。不过，宝马公司正在试图改变这一现状。 早在今年4月份，宝马首席财务官就曾表示：“减轻车重对电动车而言非常重要。宝马汽车将在电动车的生产中使用碳纤维，以替代钢和铝。” 宝马公司首先将聚合物加工成纤维状，然后在高温下通过几道工序将纤维碳化，得到厚度仅为7微米的碳纤维，5万根这样的碳纤维拧在一起成为细纱。细纱可以制成纤维织物，再利用模具在高温与高压将纤维织物打造成型，最后将树脂注入模具中让纤维黏合在一起，整个流程可以由机器人在几分钟内完成。 在这个过程中获得的碳纤维可以做成汽车的“身体”。该公司表示，除了更轻盈之外，这种汽车的抗挤压能力也令人惊叹。在对车头车尾进行的抗冲击测试中发现，铝制底盘受到挤压会变形，也会吸收部分能量，然而，由坚硬的碳纤维制造的乘客区却安然无恙，甚至侧面来的强力冲击也能让车厢内的假人模型和电池毫发无伤（当然，当安全气囊装置启动时，电池会自动断电）。即便汽车受到猛烈的撞击，车体有所损伤也不用担心，切掉碳纤维受损的部分再黏上新部件，完全可以让汽车恢复原状。 碳纤维复合材料的能量吸收能力比金属材料高4倍到5倍左右。数年来，F1车队一直采用碳纤维复合材料制造其赛车的碰撞缓冲构件，从而显著减少了赛事中的重伤事故。 其实，早在1992年，美国通用汽车公司就介绍了超轻概念车，该车的车身采用碳纤维复合材料，由手工碳纤维预浸料工艺制造，整体车身的质量为191公斤。用碳纤维取代钢材制造车身和底盘构件，可减轻质量68%，从而节约汽油消耗40%。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (8/31/2010)