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复合材料/胶粘剂 |
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汽车制造：拉挤工艺提升产量 |
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作者：AIMPLAS |
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一个合作性的欧洲项目希望通过改进拉挤成型工艺实现复合材料在汽车行业中的更多应用。西班牙塑料技术中心AIMPLAS 的Nora Lardiés Miazza 介绍了这一项目的具体目标。
生产轻型汽车所要面临的挑战众所周知，轻型汽车具有低油耗优势，可以直接减少温室气体的排放。此外，汽车制造商已经投入了大量的时间和金钱研发混合动力汽车和电动汽车，减少排放到空气中的污染物。这种新的电动汽车结构将需要更轻的材料和新的生产工艺，工艺必须更简单、更灵活。
引导这种变化并代替传统金属材料的最佳材料是复合材料（混合有玻璃纤维或碳纤维的热固性树脂）。复合材料具有良好的机械性能和高耐腐蚀性，而且重量轻。实际上，用复合材料代替钢质部件大约可以减少40% 的重量。虽然玻纤增强塑料（GFRP）在运输行业的消耗量大约为350 吨/ 年，被用于不同的车辆部件，但复合材料在结构部件中的应用仍然是很少的，因为它们只被用于原型车。复合材料结构的广泛使用将确保这些车辆比目前的汽车重量轻。 
自动化需求
复合材料汽车部件大批量生产的主要障碍是缺乏复合材料的自动化加工技术，这就增加了它们的制造成本。在所有的复合材料生产工艺中，自动化程度最高、最高效和最具竞争力的工艺就是可以得到恒定截面的拉挤成型工艺（见图2）。
目前，拉挤成型工艺主要是将浸渍的纤维在模具中成型（浸渍是在开放的槽或通过注射完成的）。模具的加热系统（通常是热电阻）控制着树脂的固化。复合材料被拉挤成型之后再切割成所需长度。
然而，与传统材料相比较而言，拉挤型材的几个缺点削弱了它本身的竞争力，这些问题还有待解决。一方面，该工艺受限于树脂在模内所需的聚合时间，这就导致拉挤工艺的加工速度较慢。
另一方面，如果型材表面需要涂层来提高表面质量，必须增加额外的工艺步骤对型材的表面做精心的准备：打磨和上漆是非常耗费金钱和人工且污染严重的工艺过程。
为了解决这个问题，COALINE 项目于2013 年9 月启动。COALINE 项目（为拉挤成型复合材料的在线涂装开发一种创新的生产工艺）的主要目标是得到一种清洁的一步式在线工艺，无VOC和小颗粒物排放，采用传感技术、先进的模具设计和微波辅助固化技术来生产正确涂装的拉挤成型复合材料型材，提高复合材料/ 涂层的附着力，同时降低劳动力成本和加工成本（见图3）。此外，COALINE 工艺制成的型材将通过底漆式涂装方式加入其他材料，同时将在线涂装和按需粘接性能结合起来。
图3. 传统拉挤成型工艺与COALINE 拉挤成型工艺的对比
COALINE 项目的主要目标行业是建筑和汽车（ 电动汽车配件）。COALINE 项目所开发的工艺过程将能够大大减少所需要的工艺步骤以及污染物排放量，从而生产出带有涂层的高质量复合材料部件，其中成型、涂层和抛光过程被整合在一个步骤中。因此，就得到了能够取代传统金属汽车结构件的低成本热固性复合材料，这将减轻汽车的重量，降低燃油消耗和碳排放。此外，高性能涂层型材生产时间的缩短将提高汽车行业的产量，并实现连续生产。
COALINE 项目旨在解决高价值涂层拉挤型材的生产难题，大幅降低生产成本（最高达35%），减少处理步骤的数量，显著提高产量，提升它们的质量（与最先进的涂层拉挤型材相比）。这些创新方法包括：
◆ 新的多级模具设计，树脂及涂料的聚合在多腔结构中分别进行。
◆模具内部的微波加热系统能够缩短聚合反应的时间，减少复合材料生产中所需的能耗。MW 系统的使用不依赖于复合材料生产中所使用的纤维类型（玻璃纤维或碳纤维）。
◆新型改性树脂和胶衣以及MW 基座共同改善辐射吸收，实现快速固化。
◆控制系统通过控制每一个工艺步骤中的固化程度，实现涂层和复合材料的粘附。
◆将树脂和涂层直接注入模具内部，最大限度地减少挥发性有机化合物（VOC）的排放，从而改善工人的工作条件，也避免了复合材料表面的后续处理。
◆快速固化的底漆使得复合材料和金属部件之间可以相互粘附，也使得拉挤成型结构的回收和维护更加容易。
结论
这一项目在提高车辆性能方面又向前迈进了一步。首先，重量的减轻意味着车辆行驶过程中需要更少的能耗；车架上的压力更小了，车架灵活性提高了，因此载荷能力提高了。其次，该项目将制定出更高的涂层规范，从而为腐蚀性恶劣环境中的操作带来福音。
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(3/26/2015) |
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