利用聚氨酯材料实现轻量化

作者:本网编辑 发布时间:2013-03-19
分享到


图1 结合多层复合技术和蜂窝结构技术,汽车设计师可以用聚氨酯材料开发出重量更轻的汽车结构件

聚氨酯材料被应用于仪表盘的表面、座椅和支架的泡沫材料及车架的辅助零部件等,它的轻结构减重潜力可以从巴斯夫的聚氨酯材料产品中看得清清楚楚。同时,聚氨酯材料也将在未来的汽车轻结构设计中起到非常重要的作用。

作为泡沫材料,聚氨酯有着比塑料更轻的重量,且基于聚氨酯的新材料表面质量高、重量更轻和使用性能优异。巴斯夫研发的Elastoskin就是一种新型的聚氨酯弹性体材料,其触感非常柔软,适合用作仪表盘表面、车门模块、扶手表面或者中控台表面的装饰材料。

巴斯夫欧洲业务部汽车商务主管Manfred Michl先生说道:“今天,利用Elastoskin喷涂技术制造的零部件重量比PVC材料的要轻35%,且比常规聚氨酯材料轻20%。”这样一来,这一技术就提供了比PVC Sluch表面材料、TPO和脂肪质的喷涂表面更明显的减重优点。Manfred Michl先生还表示,这一技术所使用的电镀工具能够保持80℃的恒定温度,其制成的表面有着与车辆相同的使用寿命,而且还无需其他工艺技术的升温、制冷处理。利用这一技术也能够制造复杂的表面装饰,提高表面材料颜色和结构设计的自由度,即使是非常浅的颜色也毫无问题,若结合掩膜技术甚至可以制作出更多颜色的表面。


图2 韩国现代的 i-flow展现了未来轿车的可能性——现代化技术和新材料

在制作薄膜、表皮或者人造革的衬里时,也可以使用聚氨酯材料。在设计研发过程中,巴斯夫的工程师们着重考虑了聚氨酯材料在仪表盘、车门内衬和中控台中的使用,为此专门研发了半硬的Elastoflex E泡沫材料。这种新材料有着很低的泡沫密度(只有大约120g/L)和很强的吸音效果。由于聚氨酯材料有着很好的流动性,使得Elestoflex E也可以制成横截面很小的薄层衬里。脱模时间段、附着性能强、非常柔软及舒适的压触感等,也都是这种新型聚氨酯材料的性能优势。

如果在汽车座椅中使用新型的Elastoflex W型聚氨酯材料,其重量可以减轻10%~15%。巴斯夫可以按照用户的要求为其量身定制生产,该材料能够在很大程度上减轻重量的同时,为车内乘员提供很高的舒适性和耐久寿命。这种流动性很好的聚氨酯材料Elastoflex W也可以制作形状非常复杂的零部件,在发泡材料内部或者泡沫材料载体上喷涂,有着很高的设计自由度。

轻结构设计与聚氨酯材料的结合也可以减轻重量。巴斯夫利用综合性很强的结构件,例如多层复合材料或者蜂窝结构材料与长纤维、连续纤维增强的板壳类构件,展示了聚氨酯材料喷涂和压层技术的减重应用。这里所使用的聚氨酯材料Elastoflex E有着非常好的工艺性能,与基体材料有着很好的附着性能,这样制成的轻结构零部件有着很高的刚性、坚固耐用和很大的承载能力。当要求零部件的重量非常轻时,可以采用蜂窝技术制成重量很轻的结构件,例如人造革地板、后窗台板、移动天窗或者备胎罩。


图3 柔软的触感和减轻重量:聚氨酯基材料喷涂的新技术使其成为可能

连续纤维增强的综合性聚氨酯泡沫材料结合耐热薄膜可以利用长玻璃纤维注射成型(LFI)技术制造出来,这种技术在发动机舱盖、商用车百叶窗或者车顶模块的生产中都有应用。这种聚氨酯材料技术主要用于重量轻的合成结构件生产制造,它有着很高的刚性和耐高温性能。

除了FTI技术之外,纤维合成材料零部件的生产制造中还有一种增强反应注射模塑(RRIM)技术可以利用。为这种工艺技术,巴斯夫专门开发了Elastolit R8材料,这种微蜂窝的、利用大量纤维增强的材料可以制成非常完美的、具有良好喷漆性能的外部表面结构件,而且这种结构件也非常坚固,有着很高的抗冲击性能,能够在极低的温度环境中使用。目前,这种材料在前、后挡泥板和侧裙的生产中得到了广泛的应用,该材料制成的板件厚度尺寸在2.5~3.5mm之间。在生产批量较少的情况下,聚氨酯材料制作的结构件比金属材料或者热塑性材料有着更好的减重效果。例如,在面积较大的赛车型系列产品Artega GT车架的制造中使用聚氨酯材料可以把重量减少40%左右。

在阿尔法–罗密欧8c、玛莎拉蒂 MC Stradale和法拉利 FF等车型中,许多外层结构件都是用这些新的聚氨酯材料制造而成。意大利STR公司领导人Massimo Cecchini博士说:“与注塑工艺技术相比较,聚氨酯RIM材料在模具中有着很好的流动性,为设计提供了很高的自由度。当需要完成复杂结构的设计时,这一点是非常重要的。”同时,这种聚氨酯技术也能够在比金属材料重量更轻的情况下达到A级的表面喷漆质量。


图4 STR公司利用RRIM技术把Elastolit R8材料制成了法拉利FF轿车中高性能的零部件

STR公司认为,聚氨酯材料在面积较大的汽车零部件、厚度很薄的结构件及中小批量产品生产制造中有着突出的优点:在铝合金模具中很短的脱模时间和很短的模具设计时间。Cecchini博士说:“我们生产法拉利 FF轿车零部件所需的模具只用了12周的设计和制造时间,而生产出来的零部件完全符合法拉利专业级的外观质量。”目前,STR公司正在集中精力研发生产其他外部构件和内部装饰件的聚氨酯生产工艺,其中的重点是热压成型和内衬发泡工艺技术,包括了添加材料、发泡材料和金属材料的外部构件生产制造工艺技术。在这些研发工作中,减轻重量是最重要的推动力。

汽车工业领域中,减重零部件生产的下一个飞跃将可能是在车架中使用新的塑料结构件。在这方面,巴斯夫认为:RTM树脂传递模塑技术——一种生产制作大面积、高复杂程度合成材料的技术是非常有发展前途的。巴斯夫外观/复合材料部欧洲主管Andreas Wolf先生说道:“新技术能够准确地保证纤维增强材料的性能,并能够保证复杂轻结构车架零部件的经济性生产。”在未来一代的车架中,这种工艺技术生产出来的高强度结构件会越来越多地取代金属材料结构件。

收藏
赞一下
0