轻型汽车技术2019(4-5)市场论坛47
材料领域的深度创新
启鸣编译
BMW came to IAC for a
lightweight IP solution for
its latest Mini Countryman.
宝马委托国际汽车零部件集团为其最新Mini Countryman寻求轻量化方案
随着全球汽车研发领域内的钢/铝之争越演越烈，塑料/复合材料及制造业供货商正在汽车及卡车上进行着看得见的或看不见的创新。
尽管宝马从华盛顿州摩西湖市到德国的碳纤维供应链被叫停(但从i3及i8的装配中获得宝贵的经验)，先进复合材料研发仍然持续见证了轻量化材料在金属主打的汽车界的攻城掠地。下面介绍几种汽车塑料及对碳纤维增强复合材料的展望。
♦宝马的成型发泡
仪表板支架和车身框架结构是材料创新的重点所在，各种金属和金属复合材料与新型复合材料的研发并驾齐驱。为了减轻2017版Mini Countryman仪表板的重量，宝马工程师选择了国际汽车零部件集团(I A C)的成型发泡注塑新工艺。
其结果就是，和常规的聚丙烯基滑石粉填充的注塑件相比，长玻纤增强聚丙烯轻量化塑料泡沫制成的Mini仪表板支架的重量减轻了15%，而且比刚度出。即使沿用传统工艺也可以实现4% -5%的轻量化。
国际汽车零部件集团先进材料研发部总监马克•阿耶解释说,“成型发泡工艺是先在全压下注入树脂和化学发泡剂(CFA)并充满模腔。随后开模。此时模内的泡沫会沿着开模拉伸方向形成均匀且完满的膨胀截面。”
北京 法拉利通过成型发泡塑造仪表板支架或门框等大件的初始加注厚度为1.8mm，并最终达到2.8mm的成品厚度。“就是在模具空腔中注入1.8mm树脂再膨胀到2.8mm。这就是15%-20%轻量化的由来。其余空间充斥的都是空气。”该工艺可达到的最大模具开启/膨胀幅度为4mm(0.157英寸)。
Mini仪表板支架项目是国际汽车零部件集团成型发泡工艺的首个量产应用。该公司和宝马与模具商Siebenwurst及作为化学供货商的沙特基
mini cooper车友会
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础工业公司(SABIC)就此展开了合作。
通过成型发泡可摆脱因浸入或提升而形成的膨胀比［一般为60%］的束缚。发泡剂有助于增大这一比例。
捷达新款国际汽车零部件集团及沙特基础工业公司的工程师通过计算机辅助设计确定如何在现有的注塑机中使用特定发泡剂及成型件的寿命。扩展的分析使得模具得以提前修改从而杜绝了量产中可能岀现的问题并确保了效果的完美。
成型发泡在船用仪表上的应用已有数十年历史，在建筑结构及门上同样如此。福特早在80年代就试制过成型发泡仪表板。
继在Mini仪表板项目上获得成功之后，国际汽车零部件集团继续进行成型发泡的研发并将其拓展至内饰外观件。而这就要求对发泡剂进行进一步的研发。
Mini的Coreback仪表盘底座展现出
材料的强化效果
♦用碳纤维制作货厢的Denali
业界首台碳复合材料皮卡将会是2019款的GMC Sierra Denali，它标志着轻量化材料，包括纤维强化型的，正融入主流量产车型。
通用曾率先将部分合成材料(冲压件)用于1955-58款的雪佛兰Cameo Carrier皮卡，因此Denali有着悠久的技术渊源，其祖先可追溯到1953年的Corvette□最新的碳复合材料结构由通用与大陆结构塑料公司(CSP)及其母公司Teiji集团合作研发。
Sierra主管工程师提姆•贺瑞克接受《汽车工程》采访时称，通用工程师很看好Sierra耐磕碰防锈蚀的新货厢。与标准的钢货厢比，碳纤维热塑成型(六号尼龙)轻了62磅(28kg)。
该材料使用切割而非编织纤维。其可塑性使设计师得以将货厢外缘外扩而增大了1立方英尺的载货量。在双层开始结合时使用了结构粘接剂及机械扎带以防剥落。
Sierra货厢(左右前方加强)的两部分均为100%循环再生材料制成。大陆结构塑料公司设在印第安纳亨廷顿的工厂将生产这种碳纤维货厢，随后运往通用设在韦恩堡的工厂装车。
xpioded view of the matenals mix used in creating the new carbon fiber
omposite cargo bed on the2019GMC Sierra Denali.
用于2019款GMC Sierra Denali新型碳素复合材料货
厢板的混合材料爆炸图
♦Plasan对碳纤维强化塑料进行高级分析
当2019款Sierra Denali于2018年秋驶入经销商展厅的时候，工程师们都期待着通用推出其早已公诸于世的C8Corvette o将于2019年初面世的新一代Vette会在其A级车的车身上增加碳纤维强化塑料(CFRP)的用量，就像早在2014款的车型上就已采用的由Plasan碳复合材料公司提供的罐外压力技术那样吗？奔驰230e
Plasan碳复合材料公司主管设计的副总裁丹•哈茨勒及首席工程师罗伯特•穆尔西的答复是
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无可奉告。在最近接受《汽车工程》访谈时，哈茨勒
大众速腾1.6及穆尔西表示，近期在碳纤维强化塑料上所取得 的进展及其工艺技术旨在加快工序节拍、提高产
能及大幅减少精修的工作量。
十年前该公司的技术在业界处于领先地位， 但同行们正急起直追。三年前该公司又取得了突 破性进展。其它公司如Solvay 及Toray 正在互相倾 轧，包括航天领域。而业界的水平由于该公司的技 术得以提升。其整个工艺节拍可达到不足两分钟。
哈茨勒指岀其公司的压制工装研发正在取得 进展。其节拍目标为10-12min ［现为15-17 min ］。
当务之急是突破瓶颈。目前尚不得知新工装能否 满足新节拍及新树脂的需求。他透露还有针对新
节拍的替代性成型方案正在研发。
现在主机厂终于开始了解如何能在新的领域
内运用新材料及新工艺。下一步新进展将使碳纤
维强化塑料得以运用于量产的结构件。
Plasan 碳复合材料公司并宣称其四千万的自 动化领域投资将惠及包括门柱及保险杠横梁的碳
纤维结构件的快节拍、低成本生产。
通过动态建模可完成B 柱及前底板。穆尔西 很谨慎地透露道，Plasan 得到其母公司［Plasan
Sasa ］在弹道学方面的帮助，并将其引入汽车界。因
此现在可以向主机厂提供全套方案及分析o
展望2020年代及无人车的出现，两位均认为
是对碳纤维强化塑料更大的机遇。
主机厂对新型复合材料的研发及应用方案秉 持更开放的姿态并非仅为替代钢材而是为了与相
邻件融为一体。
东风雪铁龙c2图片
Masan  Carbon  Composites  pioneered  Cl«s-A  slickness  and  quality  on  the  current  Corvette  series  (2019 ZR1 roadster  shown). Will  the  C8 otter  new  advancements?
Plasan 碳素复合材料在Con/ette 系列(2019款ZR1跑车)上领先A 级车表面光洁度及质量。
C8还会更上层楼吗？
(编译自《automotive  engineering 》
)