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东丽实现RTM的高速化

        东丽为了降低成型成本,在RTM工艺的高速成型方面作出了不懈努力。以LFA为例,本来成型时间为45分钟,东丽将其缩短到了7分钟,最终目标是5分钟。如果通过提高速度来降低成型成本,便有望将单位重量的成本降至原来的1/5~1/7。

  东丽与英国Gordon Murray Design公司合作,制造出了CFRP概念车“TEEWAVE AR1”(图17),采用RTM工艺制造了驾驶室。驾驶室仅由3个部件构成,重量为45kg,比铁制驾驶室减轻了53%,但仍确保了12,000Nm/°的扭曲刚性,这一数值与普通车相当。


 

 

17 东丽的CFRP试制车“TEEWAVE AR1”
a)车身尺寸为长3975×宽1766×高1154mm,车身重量为846kg。其中锂离子充电电池重220kg。
(b)驾驶室由三个RTM部件(地板、仪表板、后部面板)构成,重量为45kg。

  东丽长期致力于RTM的高速成型,以前实现10分钟的成型时间时,预成型坯配置为1分钟,树脂注入为3分钟,树脂固化为5分钟,脱模为1分钟。为了将耗时最多的固化缩短至5分钟,该公司改进了固化剂。没有使用原来的胺类固化剂,而是开发出了注入之初缓慢凝固、随着不断固化而呈指数函数聚合的阴离子聚合类固化剂。

  以上介绍的是生产效率高于预浸料工艺的RTM工艺应用范围不断扩大的情况,而三菱丽阳则采用了与其他公司不同的方法。该公司开发出了通过改进传统预浸料实现高速成型的技术“PCM(Prepreg Compression Molding)”。这是一种对预浸料进行热冲压成型的技术,成型时间只有5~10分钟,估计可实现与RTM工艺同等的成本。目前已开始向汽车厂商提供样品,最早将在两年左右以后实用化。

  PCM技术首先加热预浸料,并进行接近最终形状的预成型。然后,再将其投入正式模具中,进行热冲压成型。改进点是开发出了固化时间较短的树脂。

  三菱丽阳试制的行李舱盖采用PCM技术制成了外侧,以预浸料热压罐成型技术制成了内侧,重量比相同形状的铝合金行李舱盖轻40%(图18)。厚度仅为1.1mm,重叠了5层UD预浸料。能够大幅实现薄型化的原因是,UD的强度比织物出色,而且优化了纤维的层叠方向。

 

18 三菱丽阳的热冲压成型品
 对热塑性UD预浸料进行预成型之后进行热冲压。重量为2.4kg,比铝合金行李舱盖轻40%。内侧骨架以热压罐成型并粘合在一起。

  据三菱丽阳介绍,PCM工艺的成型压力为3~10MPa,高于RTM的0.5~5MPa,成型品表面的平滑性也高于RTM工艺,而且压力达到2MPa以上时,表面不容易产生空隙等,可减少涂装的前处理等。

  PCM工艺适合比较简单的形状,很难实现有凸条花纹或深冲压的形状。实现复杂形状时,三菱丽阳打算将其与采用碳纤维的SMC工艺相结合。该公司还在开发在模具内与SMC一体成型以及形成中空部的技术(图19)。


 


19 内侧骨架采用SMC的实例
外侧采用预浸料工艺,内侧采用SMC工艺,在模具内同时成型为一体的前发动机罩。SMC工艺的形状自由度很高,适合复杂形状。