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主要車用非織造材料 (一)

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2011-08-17   來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)   瀏覽次數(shù):241  分享到: 分享到騰訊微博
汽車用非織造材料所用的纖維包括聚酯纖維、聚丙烯纖維、玻璃纖維、碳纖維和天然纖維(如再生棉纖維、亞麻、大麻、黃麻和劍麻纖維等)。1 聚酯纖維1.1 PEN由于新型聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)纖維具有極其優(yōu)異的物理機(jī)械性能和廣泛的用途,引起了眾多化纖制造廠商的濃厚

 
        汽車用非織造材料所用的纖維包括聚酯纖維、聚丙烯纖維、玻璃纖維、碳纖維和天然纖維(如再生棉纖維、亞麻、大麻、黃麻和劍麻纖維等)。

1 聚酯纖維

1.1 PEN

由于新型聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)纖維具有極其優(yōu)異的物理機(jī)械性能和廣泛的用途,引起了眾多化纖制造廠商的濃厚興趣,紛紛投資建設(shè)PEN纖維制造廠,并進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā),如杜邦、帝人、東麗、東洋紡、伊斯曼、ICI(帝化)、赫司特等公司均處于領(lǐng)先地位。

PEN纖維比PET纖維具有更多的優(yōu)異性能,模量高,尺寸穩(wěn)定性好,不變形,彈性足,剛性好,在產(chǎn)業(yè)用紡織品方面前景十分看好,目前主要用于:⑴汽車防沖撞充氣安全袋。這種安全袋折疊后體積小、重量輕、強(qiáng)度高、阻燃性能好,由PEN纖維制織的織物可滿足此要求;⑵輪胎的骨架材料。由于PEN纖維具有較大的回彈性和剛性,能夠滿足對(duì)橡膠骨架材料的耐高溫性、抗疲勞性、抗沖擊性、粘結(jié)性和抗蠕變性的要求,因而將成為替代鋼絲、PA66、PET等的理想材料;

日本的東洋紡與帝人公司合作,采用復(fù)合紡絲工藝和技術(shù),已經(jīng)開發(fā)出PEN/PET皮芯型復(fù)合纖維,它具有性能優(yōu)異、成本低的特點(diǎn),用于骨架材料輪胎簾子線時(shí),與橡膠的粘結(jié)性非常好,也可用于制織汽車椅罩、安全保護(hù)帶等。

1.2 乙烯基酯樹脂

乙烯基酯樹脂是采用環(huán)氧樹脂與不飽和酸反應(yīng)制成的,使其具有類似于環(huán)氧樹脂的力學(xué)特性的同時(shí),更具有不飽和樹脂的工藝特性。由于環(huán)氧乙烯基酯樹脂以其具有的足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度、耐熱循環(huán)、耐腐蝕的獨(dú)特性能,更好地滿足了高品質(zhì)FRP產(chǎn)品的要求。

美國(guó)福特四輪驅(qū)動(dòng)Aerostar橫梁是采用FRP部件設(shè)計(jì)制造的。多功能車的前橫梁/橫向彈簧,這一體化構(gòu)件雖小但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且可承受高載荷,只需用螺栓將其固定在車上。由于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、耐久性和懸掛等性能要求,所以采用的材料主要是玻璃纖維增強(qiáng)材料和乙烯基酯樹脂,制造工藝為RTM。在六個(gè)裝附件處和緩沖塊安裝處,由鋼嵌入件增強(qiáng)以承受很高的壓縮載荷。結(jié)構(gòu)本身由聚氨酯泡沫芯材和變厚度的復(fù)合材料蒙皮組成。其他裝附件處如低位懸臂梁處則采用玻璃纖維織物增強(qiáng)。除了轉(zhuǎn)向架,減震器、低位控制臂和緩沖塊外,橫梁還在兩個(gè)裝附件處支撐橫向片簧,此設(shè)計(jì)是基于路面坑洼沖擊(3g)、急轉(zhuǎn)彎(1g)、最大前輪加速和制動(dòng)1g的組合作用。剛度和耐久性要求的依據(jù)是原有鋼結(jié)構(gòu)件。該構(gòu)件重27kg,而同樣的鋼構(gòu)件重33kg。

目前,國(guó)內(nèi)幾家主要的汽車FRP部件生產(chǎn)商將我們的模具乙烯基酯樹脂應(yīng)用到FRP汽車部件的模具制作和制品上,有手糊模具、RTM模具、真空吸塑模具、聚氨酯發(fā)泡模具,他們的產(chǎn)品主要應(yīng)用于亞奔、大眾、依維柯、大宇、凱斯鮑爾等車型上。

1.3 芳綸

芳綸是一種高科技特種纖維,它具有優(yōu)良的力學(xué)性能,穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和理想的機(jī)械性質(zhì)。它的全稱為“芳香族聚酰胺纖維”。芳綸在汽車上的應(yīng)用量年增長(zhǎng)率接近10%。摩擦材料是全球最大的芳綸市場(chǎng),大多用在汽車的制動(dòng)系統(tǒng)上。2002年摩擦材料消耗了芳綸總銷售3.1萬(wàn)t中接近35%的份額。工業(yè)化國(guó)家中摩擦材料中使用芳綸的量占有很大的比率,而發(fā)展中國(guó)家在摩擦密封材料領(lǐng)域里應(yīng)用芳綸還剛剛起步,但這些國(guó)家的汽車市場(chǎng)發(fā)展迅猛,同時(shí)又面臨環(huán)境保護(hù),要求開發(fā)無(wú)石棉摩擦材料。因此,從全球來(lái)看,芳綸的消費(fèi)量將會(huì)有較大的增長(zhǎng)。在這個(gè)過(guò)程中,充分利用芳綸邊角料,既不浪費(fèi)資源,又不污染環(huán)境,是一種具有良好發(fā)展前途的方法。

2. 聚丙烯纖維

在汽車塑料件所用塑料材料中,聚丙烯是用量最大、發(fā)展最快的塑料品種,其原因不僅是由于聚丙烯材料本身具有密度小、成本低、產(chǎn)量大、性價(jià)比高、化學(xué)穩(wěn)定性好、易于加工成型和可回收利用等突出特點(diǎn),而且還因?yàn)樵摲N材料可通過(guò)共聚、共混、填充增強(qiáng)等方法得到改性,因而可適合不同的汽車零件的使用性能要求。目前可用于汽車零部件的聚丙烯材料已有多個(gè)牌號(hào)的品種,可分別作為汽車保險(xiǎn)杠、儀表板、方向盤、車門護(hù)板、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇以及車身暖風(fēng)組件等多種零部件的材料。

自增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料(Self-Reinforced Polypropylene Composite,簡(jiǎn)稱SR-PP)是一種由高定向性的聚丙烯纖維和各向同性的聚丙烯基材組成的100%聚丙烯片材。SR-PP是繼GMT之后國(guó)外最新開發(fā)應(yīng)用的一種熱塑性復(fù)合材料,它由英國(guó)Leads大學(xué)研制成功。2002年初,Amoco纖維有限公司在德國(guó)Gronau建立了第一條生產(chǎn)5000t SR-PP的生產(chǎn)線,其生產(chǎn)的產(chǎn)品目前主要用作車底遮護(hù)板。SR-PP片材及用其制作的車底遮護(hù)板除了具有重量輕和良好的抗沖擊性能外,還具有優(yōu)異的抗石擊耐磨性。這就使得SR-PP特別適用于車底部件的生產(chǎn),它使車底部件采用更薄的材料成為可能,從而在減重方面具有更大的潛力。

2.1 玻璃纖維

目前用于高性能復(fù)合材料的玻璃纖維主要有高強(qiáng)度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。由于高強(qiáng)度玻璃纖維性價(jià)比較高,因此增長(zhǎng)率也比較快,年增長(zhǎng)率達(dá)到10%以上。

目前,最好的漆面保護(hù)方式是玻璃纖維素鍍膜。玻璃素纖維具有高密度的化學(xué)特性,使保護(hù)膜具備了如盔甲般的高強(qiáng)度及卓越的伸縮性,可有效防護(hù)灰塵、酸雨、鳥糞等各類含酸堿物質(zhì)對(duì)車漆的侵蝕,有效提高漆面光潔度、硬度,具有高防護(hù)性,超持久性。一次施工可有效護(hù)理漆面達(dá)2年以上。除了漆面以外,玻璃滑水膜也是雨季必備的護(hù)車措施。玻璃滑水膜采用全純氟素環(huán)保材料制造,利用氟的排水性,使雨水在接觸玻璃的瞬間變成水珠飛濺滑出,使視線更加清晰,其滑水功效可達(dá)半年。

以玻璃纖維增強(qiáng)的聚丙烯具有較低的密度、低廉的價(jià)格以及可以循環(huán)使用等特點(diǎn),目前正逐步取代工程塑料與金屬在汽車儀表板、汽車車身和底盤零件中的應(yīng)用。在車用玻璃纖維增強(qiáng)塑料中,長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯(Long Glass Fiber Reinforced Polypropylene,簡(jiǎn)稱LGFPP)是倍受人們關(guān)注的新品種之一。作為汽車模塊載體材料,該材料不僅能有效地提高制品的剛性、抗沖擊強(qiáng)度、抗蠕變性能和尺寸穩(wěn)定性,而且可以做出復(fù)雜的汽車模塊制品。

寶馬2002款Mini Platform車的前端支架采用Stamax LLC公司的30%長(zhǎng)玻纖聚丙烯注塑成型的。聚丙烯支架把散熱器、喇叭、冷凝器、托架這樣一些前端部件都整合“懸掛”成為一個(gè)零件,從而降低了成本,并且比GMT車的零件重量減輕了大約30%。Dow Automotive公司推出一種將長(zhǎng)玻纖聚丙烯與鋼結(jié)合在一起的塑料/鋼混合系統(tǒng),它不采用外覆成型,而是采用DOW公司開發(fā)的結(jié)構(gòu)膠黏劑系統(tǒng)。一種叫作低能表面膠黏劑(LESA)的雙組份丙烯酸一環(huán)氧樹脂膠黏劑將聚丙烯黏接在金屬上,無(wú)需火焰加熱或者電暈處理,也不用刷底層膠。

長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯可作為汽車模塊載體材料。最近,新福特Fiesta車型前門模塊也相繼由Owens Coring汽車公司開發(fā)成功,該車門模塊集成了多種功能元件,諸如門鎖、車門玻璃升降器、揚(yáng)聲器、防盜裝置等,采用的載體材料是DSM公司的牌號(hào)為StaMax P30YM240長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料。長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料即使經(jīng)受100℃的高溫也不會(huì)產(chǎn)生明顯的蠕變,且比短玻纖增強(qiáng)聚丙烯有著更好的抗蠕變性能。

2.2碳纖維

碳纖維具有強(qiáng)度高、模量高、耐高溫、導(dǎo)電等一系列性能。在加裝汽車座椅加熱裝置方面德國(guó)諾頓NOLDEN汽車新概念公司將最新碳纖維加熱元技術(shù)應(yīng)用上了,任何一款汽車都可以加裝含有這種技術(shù)的汽車座椅加熱系統(tǒng),從而使汽車駕駛更加舒適和提高汽車檔次。與傳統(tǒng)的熱電阻絲座椅加熱技術(shù)相比,碳纖維加熱元技術(shù)顯示出了更多的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的座椅加熱產(chǎn)品由一根以S形或正弦型,由上而下或由左至右波浪般布置在加熱墊上的熱電阻絲組成。如果這根電阻絲在加熱墊的使用過(guò)程中任何一處損壞或斷掉,例如由過(guò)熱或機(jī)械損傷引起,結(jié)果是加熱墊大面積不能工作,直至整個(gè)加熱系統(tǒng)完全失效。

相反,而在碳纖維加熱元技術(shù)上,應(yīng)用了網(wǎng)聯(lián)技術(shù)。人們?cè)诩訜釅|的整個(gè)加熱區(qū)域上并、串聯(lián)布滿了許多微小的碳纖維網(wǎng)。如果有一根碳纖維在某處損壞,則結(jié)果只是在受損區(qū)域上有局部熱損失,而加熱墊其它部分仍然能夠正常工作。這就使得加熱墊可根據(jù)所需尺寸的大小進(jìn)行裁剪,密布或折疊。諾頓碳纖維加熱墊熱載荷明顯小于傳統(tǒng)的電阻絲加熱墊。安裝了此加熱系統(tǒng)的座椅表面平整,能感到座椅的溫暖和舒適,但感不到碳纖維的集中加熱源。相反,由于電阻絲熱載荷大,電阻布線分布稀疏,在加熱墊的整個(gè)加熱區(qū)域上電阻絲附近溫度高,電阻絲之間溫度低的現(xiàn)象,導(dǎo)致加熱墊溫度分布不均勻的缺陷。

長(zhǎng)期使用傳統(tǒng)的加熱座椅,熱阻絲紋路在整個(gè)座椅上變得清晰可見。與其相比,安裝碳纖維加熱墊的座椅則非常平整光滑,長(zhǎng)期使用座椅表面無(wú)紋路痕跡。碳纖維加熱墊熱量在整個(gè)座椅加熱區(qū)域上均勻釋放,溫度分布均勻,并且舒適感強(qiáng)。特別是對(duì)皮革座椅面料,這種均勻溫度分布與傳統(tǒng)加熱墊的溫度分布相比較,避免了熱阻絲加熱技術(shù)的缺陷,表現(xiàn)出了其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn);熱阻絲加熱技術(shù)對(duì)座椅表面進(jìn)行不同的加熱,它將會(huì)使皮革座椅表面靠近熱阻絲之處變干,進(jìn)而褪色。

美國(guó)Rennworx公司是一家進(jìn)口多種高級(jí)輪圈和零件的公司,已經(jīng)與Dymag公司達(dá)成協(xié)議定制進(jìn)口一整系列Dymag碳纖維滾軸。他們的產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用在很多頂級(jí)汽車輪罩拱(wheel arch)上,包括Ascari跑車、Mosler和Koenigsegg。這種新的輪胎與傳統(tǒng)的相比,還能提供很多的動(dòng)力學(xué)好處,比如提高加速度,改善制動(dòng)效果和操縱感受,允許更好減震設(shè)置以及更好的散熱效果等等。

 

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