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轻量化高峰论坛会通新材料闫溥化学微发泡技

发布时间:2019-12-05 06:36:24

【轻量化高峰论坛】会通新材料闫溥:化学微发泡技术在汽车轻量化中的应用

7月12日-13日,“2018中国汽车轻量化产业高峰论坛”在上海隆重举行,论坛以“新技术、新材料、新工艺“为主题,旨在降低汽车自身重量同时提高输出功率、降低噪声、提升操控性和安全性,并对汽车轻量化政策趋势发展、整车轻量化平台化设计方案、关键零部件轻量化技术开发及汽车轻量化多材料应用及成本控制分析等问题展开探讨。

会通新材料股份有限公司研发经理闫溥

会通新材料股份有限公司研发经理闫溥就化学微发泡技术在汽车轻量化中的应用展开分析,以下是演讲实录(有部分删减):

各位领导、朋友:大家下午好!我是来自合肥会通的闫溥,主要介绍我们公司开发的两款轻质化材料,共分为三个部分:一个是轻量化方案介绍;第二块就是低密度TD05材料介绍;第三块是低密度TD10材料介绍。

汽车进行轻量化的意义上午的嘉宾都讲的很清楚了,轻量化肯定是汽车发展必由之路,轻量化主要途径归纳起来,主要集中在四大块,我们的工作主要是做轻质材料的开发。

轻质化材料也有很多种类:以塑代钢的材料,如我们公司开发的改性PPS、PEEK、PBT、特殊PA等材料;纤维增强材料:如长短玻纤增强、植物纤维增强,特别是近几年比较火的碳纤维增强材料,以及玄武岩纤维增强材料,产品耐蠕变、刚性也比较好;薄壁化材料:兴起的早,各改性厂家都有研究,满足2.0mm壁厚的材料,我们也有许多保险杠和门板的项目量产;近两年火的就是微发泡材料和低密度材料了。

聚丙烯原材料收缩率在1..8%,模量低,只有MPa,因此,需要增强改性。添加很少的填充,既能降低聚丙烯材料的收缩率,又能提升材料刚性,是轻量化材料研究的重点。我们知道常规的5份填充改性聚丙烯,很难满足应用的要求。因此,我们就选择纳米片层结构粉体,对聚丙烯进行增强改性。

从电镜图上可以看到:填充是片层结构,且径厚比大。通过添加5份填充,收缩率可以从1..8%,下降到0..15%。添加10份,可降低到0..85%。

对比市面上国内外的竞品,我们TD05材料有三个特点,个特点是收缩率比较低,市面上5份填充

,收缩率大概在1..3%,我们的收缩率在1.0%。第二特点是流动性比较高,熔融指数在20g/10min以上。第三刚韧平衡性也比较好,弯曲模量在1400MPa,冲击韧性在30kJ/m2。

填充减少尺寸稳定如何,是大家关注的重点,为此,我们也做了线性膨胀系数的测试,在-30~85℃范围之内,我们TD05材料线性膨胀系数,流动方向均值在84,这个膨胀系数相当于%滑石粉填充的状况,能够满足内饰件对尺寸稳定性要求。

对于TD05材料的尺寸稳定性,我们自己也做了摸底的实验。我们知道汽车车内温度,大概是100℃度左右,我们做了一个样板,这个样板在室温下放置48小时,测试一个初始的收缩率。模拟车内温度100℃条件,放置24h。测试个高温条件的收缩率,如此,经过三个高温条件,放置到室温25℃,24h后测试终的收缩率,我们可以看到,TD05材料经过三个高温条件,我们产品的收缩率变化从初的0.976%变化到0.983%,差异0.007%,几乎无变化。

我们对TD05材料做了大量的基础物性测试,包括不同温度、不同速率下的应力应变曲线,弹性模量,泊松比等,以及在Autodesk数据库里面UDB文件,可满足材料在产品设计阶段所做的整个评估工作。

我们知道这几年主机厂对VOC和气味的要求越来越苛刻。经过几年的探索,我们开发出超低气味雾化萃取工艺,生产的产品较常规工艺,气味改善一个等级,VOC、总碳、雾化下降90%以上。而注塑温度、注塑压力、注塑速度对VOC和气味的影响比较大,针对TD05材料我们也做了不同的成型条件对VOC的影响。从成型温度与VOC数据上,可以看到注塑温度从220℃上升到240℃,乙醛和TVOC变化了2倍。根据主机厂对乙醛和TVOC限制要求,建议成型温度不高于240℃,此时,2Kg样板,2000L袋子测试乙醛≤46.1mg/m3,TVOC≤4741 mg/m3;

针对内饰产品的应用要求,我们对TD05材料做了五个周期的光照老化、10个周期的发粘测试、高低温刚度测试、低温落球测试、耐刮擦测试等等,来评估材料是否满足应用要求。其实T05材料开发过程中,我们也遇到一些问题,比如地图袋的刚性测试和喇叭口的落球测试,做了很多的刚韧平衡调整。

我们的产品也在上汽、一汽、吉利、东风、江铃等主机厂做了很多的认可工作,目前会通TD05材料,在上汽大众已完成2年曝晒实验、一汽大众今年9月份完成2年曝晒实验,走在国内同行的前列。在整个汽车内饰中,如门板、立柱、后背门等产品,我们的TD05都有批量应用的实例。

但TD05材料也有缺点,个缺点就是模量相对较低;第二个是线性膨胀系数相对较大;第三个是热变形温度低,主要应用在汽车内饰产品上。

针对这些不足,我们设计很多方案,做个很多的改进。为了进一步拓宽低密度材料的应用价值,我们开发了TD10材料,材料的刚性更高,收缩率和线性膨胀系数更小。同时为了让这个产品更好的在外饰件上应用,我们也引入表面基因剂,表面极性可达到48达因,完全满足喷涂或免火焰的要求。在减重这一块,T10材料优异的刚性,可以结合薄壁技术和微发泡技术进行大幅度降低产品重量。

微发泡材料一直是我们公司的拳头产品,我们在国内率先成立了开发团队,做了大量的研究工作,根据发泡工艺不同,有两套路径供客户选择,套是二次开膜发泡工艺,产品在注塑结束后,模具型腔后退,预留发泡空间,形成中间是发泡层,两边是皮层的三明治结构,泡孔细腻而均匀,对材料力学影响小,减重比例大,约在20%-30%,这是T10材料二次开模发泡的截面图,可以看到泡孔直径在80um,减重比例达到30%。

第二套工艺是闭模发泡工艺,仅在常规注塑机台上增加一个自锁喷嘴就可实现,对设备、工艺要求低,减重比例大概在5%-8%,这是T10材料闭模发泡的截面图,我们可以看到发泡主要集中在中间层,而泡孔直径在中间层的比较大,越往两边越小,减重比例大概10%。

目前T10材料主要应用在汽车的侧裙(边杠、外门槛板)、保险杠、饰条、门板等,对刚度和尺寸要求高,又可以结合薄壁技术和微发泡技术进行减重设计。

概述:

通过对市面上TD05材料物性对比,总结了会通TD05材料三个方面的优势,1、收缩率低,在0..15%;2、刚韧平衡性好,弯曲模量在1400MPa,冲击韧性在30kJ/m2;3、材料流动性高,熔融指数在20g/10min以上。针对近年来气味、VOC要求越来越苛刻,介绍了会通超低气味雾化萃取工艺取得的成果。分享成型条件,如注塑温度、注塑压力、注塑速度对VOC影响,特别讲解了注塑温度从220℃到240℃,乙醛和TVOC变化。根据主机厂对乙醛和TVOC限制要求,建议成型温度不高于240℃,此时,2Kg样板,2000L袋子测试乙醛≤46.1mg/m3,TVOC≤4741 mg/m3;并介绍会通近年来在TD05材料上的研究成果,针对材料基本特性如光照老化、发粘测试、耐划伤、耐划痕测试和产品应用特性如高温刚度测试、低温落球测试、应力应变测试、UDB数据等等做了大量的研究积累,并在汽车内饰应用上取得突破性进展,如门板、立柱、后背门已具有大量的应用实例。,介绍了会通TD05材料在大众、吉利、东风、江铃等主机厂认证状况,目前会通TD05材料,在上汽大众已完成2年曝晒实验、一汽大众今年9月份完成2年曝晒实验,走在国内同行的前列。

针对汽车外饰件上轻量化需求,会通推出TD10材料,产品具有刚性优异,韧性高,收缩率和线性膨胀系数小,表面极性大,油漆附着力高等特点。TD10材料的优异刚性很容易应用薄壁技术和微发泡技术实现汽车侧裙(边杠、外门槛板)、保险杠、以及门板的轻量化。

微发泡材料一直是我们公司的拳头产品,我们在国内率先成立了开发团队,做了大量的研究工作,根据发泡工艺不同,有两套路径供客户选择,着重介绍会通TD10材料结合微发泡工艺,在闭模发泡和开模二次发泡的研究成果。

会通经过几年发展,成为行业冉冉兴起的“新星”,欢迎各位朋友做客。

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