一個(gè)合作性的歐洲項(xiàng)目希望通過(guò)改進(jìn)拉擠成型工藝實(shí)現(xiàn) 復(fù)合材料在汽車行業(yè)中的更多應(yīng)用。西班牙塑料技術(shù)中心AIMPLAS 的Nora Lardiés Miazza 介紹了這一項(xiàng)目的具體目標(biāo)。 　　圖1. 汽車行業(yè)需要新的生產(chǎn)工藝， 以使 復(fù)合材料發(fā)揮出最大作用。 　　生產(chǎn)輕型汽車所要面臨的挑戰(zhàn)眾所周知，輕型汽車具有低油耗優(yōu)勢(shì)，可以直接減少溫室氣體的排放。此外，汽車制造商已經(jīng)投入了大量的時(shí)間和金錢研發(fā)混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車，減少排放到空氣中的污染物。這種新的電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)將需要更輕的材料和新的生產(chǎn)工藝，工藝必須更簡(jiǎn)單、更靈活。 　　引導(dǎo)這種變化并代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬材料的最佳材料是復(fù)合材料（混合有 玻璃纖維或 碳纖維的熱固性樹脂）。復(fù)合材料具有良好的機(jī)械性能和高耐腐蝕性，而且重量輕。實(shí)際上，用復(fù)合材料代替鋼質(zhì)部件大約可以減少40% 的重量。雖然玻纖增強(qiáng)塑料（GFRP）在運(yùn)輸行業(yè)的消耗量大約為350 噸/ 年，被用于不同的車輛部件，但復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)部件中的應(yīng)用仍然是很少的，因?yàn)樗鼈冎槐挥糜谠蛙嚒?fù)合材料結(jié)構(gòu)的廣泛使用將確保這些車輛比目前的汽車重量輕。 　　自動(dòng)化需求 　　復(fù)合材料汽車部件大批量生產(chǎn)的主要障礙是缺乏復(fù)合材料的自動(dòng)化加工技術(shù)，這就增加了它們的制造成本。在所有的復(fù)合材料生產(chǎn)工藝中，自動(dòng)化程度最高、最高效和最具競(jìng)爭(zhēng)力的工藝就是可以得到恒定截面的拉擠成型工藝（見(jiàn)圖2）。 　　目前，拉擠成型工藝主要是將浸漬的纖維在 模具中成型（浸漬是在開放的槽或通過(guò)注射完成的）。模具的加熱系統(tǒng)（通常是熱電阻）控制著樹脂的固化。復(fù)合材料被拉擠成型之后再切割成所需長(zhǎng)度。 　　圖2. 傳統(tǒng)的拉擠成型工藝。 　　然而，與傳統(tǒng)材料相比較而言，拉擠型材的幾個(gè)缺點(diǎn)削弱了它本身的競(jìng)爭(zhēng)力，這些問(wèn)題還有待解決。一方面，該工藝受限于樹脂在模內(nèi)所需的聚合時(shí)間，這就導(dǎo)致拉擠工藝的加工速度較慢。另一方面，如果型材表面需要涂層來(lái)提高表面質(zhì)量，必須增加額外的工藝步驟對(duì)型材的表面做精心的準(zhǔn)備：打磨和上漆是非常耗費(fèi)金錢和人工且污染嚴(yán)重的工藝過(guò)程。 　　為了解決這個(gè)問(wèn)題，COALINE 項(xiàng)目于2013 年9 月啟動(dòng)。COALINE 項(xiàng)目（為拉擠成型復(fù)合材料的在線涂裝開發(fā)一種創(chuàng)新的生產(chǎn)工藝）的主要目標(biāo)是得到一種清潔的一步式在線工藝，無(wú)VOC和小顆粒物排放，采用傳感技術(shù)、先進(jìn)的模具設(shè)計(jì)和微波輔助固化技術(shù)來(lái)生產(chǎn)正確涂裝的拉擠成型復(fù)合材料型材，提高復(fù)合材料/ 涂層的附著力，同時(shí)降低勞動(dòng)力成本和加工成本（見(jiàn)圖3）。此外，COALINE 工藝制成的型材將通過(guò)底漆式涂裝方式加入其他材料，同時(shí)將在線涂裝和按需粘接性能結(jié)合起來(lái)。 　　圖3. 傳統(tǒng)拉擠成型工藝與COALINE 拉擠成型工藝的對(duì)比。 　　COALINE 項(xiàng)目的主要目標(biāo)行業(yè)是建筑和汽車（ 電動(dòng)汽車配件）。COALINE 項(xiàng)目所開發(fā)的工藝過(guò)程將能夠大大減少所需要的工藝步驟以及污染物排放量，從而生產(chǎn)出帶有涂層的高質(zhì)量復(fù)合材料部件，其中成型、涂層和拋光過(guò)程被集成在一個(gè)步驟中。因此，就得到了能夠取代傳統(tǒng)金屬汽車結(jié)構(gòu)件的低成本熱固性復(fù)合材料，這將減輕汽車的重量，降低燃油消耗和碳排放。此外，高性能涂層型材生產(chǎn)時(shí)間的縮短將提高汽車行業(yè)的產(chǎn)量，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。COALINE 項(xiàng)目旨在解決高價(jià)值涂層拉擠型材的生產(chǎn)難題，大幅降低生產(chǎn)成本（最高達(dá)35%），減少處理步驟的數(shù)量，顯著提高產(chǎn)量，提升它們的質(zhì)量（與最先進(jìn)的涂層拉擠型材相比）。這些創(chuàng)新方法包括： 　　◆ 新的多級(jí)模具設(shè)計(jì)，樹脂及涂料的聚合在多腔結(jié)構(gòu)中分別進(jìn)行。 　　◆模具內(nèi)部的微波加熱系統(tǒng)能夠縮短聚合反應(yīng)的時(shí)間，減少?gòu)?fù)合材料生產(chǎn)中所需的能耗。MW 系統(tǒng)的使用不依賴于復(fù)合材料生產(chǎn)中所使用的纖維類型（玻璃纖維或 碳纖維）。 　　◆新型改性樹脂和膠衣以及MW 基座共同改善輻射吸收，實(shí)現(xiàn)快速固化。 　　◆控制系統(tǒng)通過(guò)控制每一個(gè)工藝步驟中的固化程度，實(shí)現(xiàn)涂層和復(fù)合材料的粘附。 　　◆將樹脂和涂層直接注入模具內(nèi)部，最大限度地減少揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的排放，從而改善工人的工作條件，也避免了復(fù)合材料表面的后續(xù)處理。 　　◆快速固化的底漆使得復(fù)合材料和金屬部件之間可以相互粘附，也使得拉擠成型結(jié)構(gòu)的回收和維護(hù)更加容易。 　　結(jié)論 　　這一項(xiàng)目在提高車輛性能方面又向前邁進(jìn)了一步。首先，重量的減輕意味著車輛行駛過(guò)程中需要更少的能耗；車架上的壓力更小了，車架靈活性提高了，因此載荷能力提高了。其次，該項(xiàng)目將制定出更高的涂層規(guī)范，從而為腐蝕性/ 惡劣環(huán)境中的操作帶來(lái)福音。 更多信息請(qǐng)關(guān)注中國(guó)復(fù)合材料信息網(wǎng) www.cnfrp.com