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复合材料在交通工具上应用实例

   日期:2023-07-28     来源:玻纤复材    作者:邱波峡    浏览:167    评论:0    
核心提示:复合材料在交通工具上的应用实例
一、复合材料成型方法

早年复合材料是由玻璃纤维增强合成树脂称为玻璃钢,后纤维种类增多改称复合材料,它具有可设计性,而且轻质高强,这些年来,车辆采用复合材料比例正在逐年提高。 

复合材料成型方法有二十余种,其中,手糊最为普遍,模压产品综合性能优,真空袋压成型;而量比较大的SMC材料,它是由低粘高强的不饱和树脂、MgO、CaO等增稠剂、引发交联剂、低收缩添加剂、填料、着色剂、短切玻纤纱等等组成的SMC片状模压料。

二、复合材料在船上应用

水面湿热,金属易腐蚀,海面上甚至更严重,复合材料的防腐性、轻质高强具有一定优势;我国在1958开始制造辑私玻璃钢艇及小型玻璃钢船,近些年市场对高速客船,游艇产业有表现出兴趣,有了一定的发展,本人曾经参加过娱乐艇、游轮船的部份工作,

1、举一个部件----游艇浆,在方型木杆外包裹炭纤维预浸料布。

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船桨杆铺层

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固化


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修补


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组装成型


2、娱乐船,铺层是个基本工序,按设计图要求进行,做到不缺层数、不搞错方向、不漏加强部位,压实刮平、避免架桥。
根据不同部位的强度要求,进行布层、铺层

三、汽车用复合材料

随着汽车保有量的不断增加,汽车消耗能源量总量也很大;运动中的物体重量与能耗量成正相关,减少重量一定会降低能量消耗(但并非线性);轻质高强复合材料显示出降低自重的一定作用。

1、汽车(小汽、中巴、大客、货车各类)采用复合材料制造部件,如内仪表板、防滑地板、导风罩、隔音板、坐椅面板、车门把手、大灯反光镜、发机罩壳、保险杠、大客车前后围结构中的外蒙皮、挡泥板,悬架零件前后保险杠、车身及车身部件车身壳体、硬壳车顶、地板、车门、行李舱盖板、遮阳罩、SMC翼子板、发动机罩、大灯反光镜、发动机盖下部件如空调器外壳、导风罩、进气管盖、风扇导片圈、加热器盖板、水箱部件、制动系统部件、以及电瓶托架,发动机隔音板等。有阻燃、耐高温等特别要求的,则选用具有相应性能的增强材料、合成树脂与助剂。

2、有的企业尝试开展碳纤维增强复材汽车上的应用,如:引擎盖(12K)、后备厢盖(3、12K)、方向盘(3K)、后视镜(3、6K)装饰条(3K)、拍档头(3K)、车门装饰条(3K)、车门庭若(6K、12K)、扰流板(3、6K)、汽车轮圈(12K)、座椅(3、6K)、车门扶手(3K)、传动轴(12K)、冷却系配置(12K)等等,因为热固性树脂的难以降价,转向了热塑性材料,如乙烯基酯树脂有着良好的耐热、动态疲劳等特性,高强度片状模塑料(HSMC)在汽车上有良好的前景;碳纤比玻纤轻,减重明显,在克莱斯勒的VIPER汽车上采用了碳纤复材,节约了汽油,国内也有企业在尝试。

3、当学生参加考试,记住最牢的是所做错题目,工作也同样,尽管二十年过去了,汽车灯玻璃钢反射罩记忆犹新;当时受一家汽车灯具制造商的邀请,前去共同商讨,厂家为了提高汽车灯照射亮度,往往采用大功率灯泡,特别是远光灯,功率一大常常引起发热量高,灯反射罩(抛物曲面)采用热塑性材料的耐温性显得不够,得采用玻璃钢BMC模压料来做灯罩(抛物曲面),提高汽车灯反射罩的耐温性,这时完全可以理解的,问题关键是该厂在现有条件下,想着力来提高产能,将起流平作用的烘干型油漆材料比拟改为光固化UV漆;众所周知, UV漆的固化速度相当快,(静电除尘+喷UN漆+光照固化仅仅几分钟时间,而采用喷普通漆+固化至少在40分钟),汽车灯反射罩(抛物曲面)的基本流程:

烘料----模压 ----去飞边----清洗----喷底漆----流平---固化---真空镀膜(铝膜)---喷面漆;粗略想想,其中仅限于底漆改为UV漆,热固化采用光固化,是桩不难的事情,事非经过不知难,别看出这小小的事,费了好大的周折,介于丹阳、长沙、台州、上海等地几次来回试验,最终还是搁浅,问题的关键在于,BMC玻璃钢表面是硬的、UV漆特点(1)双键多、化学反应快,是呈现脆性(刚性)的漆种,两者在曲面上难于实施流平与完全附着良好漆膜,(2)光固化机理,UV是不能加颜料填料的,微细缺陷无法用色料盖;试验中或多或少存在着缺陷点,而且一经真空镀膜,则原有存在的缺陷进一步被放大,在涂装时要关注所采用的工艺路线外,也要留心材料间的性能搭配。

同样的车辆,采用复合材料的比例越高,节能越明显。


四、真空袋压成型工艺

航空行飞机上有部分复合材料零部件,采用热压罐与真空袋压成型工艺,它借助弹性袋接受真空流体压力,使增强塑料均匀受压而成为制件的一种方法,也是减少复合材料制品内空隙率手段。其中抽真空及保持真空度是比较关键的一个步骤,本人从事过一商务机多个复合材料零部件的真空袋压成型工艺,并参与搞过一种快速抽真空接头装置的试验工作。举一商务机的发动机罩壳例子。

1、采用环氧玻璃纤维预浸料铺层、真空袋压固化成型工艺过程,简述如下:调节铺层车间施工环境(T/H)---模具准备(清洁、涂脱模剂、预烘)----裁剪预浸料---铺层---封装真空袋(衬入导气毡等)---预压实---热固化---冷却出炉---脱模、检查、机械加工---检测----表面涂装---质检------成品。

⑴复合材料产品质量控制环环紧扣,检查修整模具(通常是金属)上的毛刺以避免戳破真空袋漏气;领料解冻,防止预浸料结露现象发生;按图纸要求铺X层、0°/±45°/90°,接缝错开25mm,压实、在棱、角、边无架桥现象, 

2、为了防止在抽真空热固化时真空袋子漏气,首先得要保证在没入固化炉前真空袋子不能漏气;通过 抽真空校验:

(1)要求在铺完预浸料、覆盖好环氧表面膜后,借助于聚四氟乙烯等刮板刮平,沿模具棱、角压实环氧表面膜;
(2)接着围绕模具近底边缘线打3M盘胶,要保持盘胶原胶宽度,切忌为节约而拉细,因为拉细之后,宽度不足、粘接强度下降;
(3)在复盖无孔隔离膜后必须封真空袋,压实棱、角,特别是不要忘记要用刮板刮模具外沿底边线,避免架桥,同时要注意到模具边角处是否有毛刺、锐角,若有及时垫付上透气毡,以防止抽真空时真空袋被毛刺、锐角破损;
(4)加透气毡、装真空嘴、内外橡皮垫后开始抽真空,查气密性,抽真空达到-0.08Mpa后, 要求持续时间,大于15分钟,在抽真空过程中时常检查真空袋气密性;
(5)在拆卸真空嘴后能继续保持真空。

3、复合材料的层间粘接强度就决定了最终的整体强度,层间粘接是关重要;在这种情况下,一定要细心压实,避免空心鼓包;将已完成铺层的模具集中放在加热固化板上(注意,固化属于放热反应,同一批次的零部件固化时,厚度尽量一致);将热电偶置于铺层中间区域及最厚的位置;先在铺层室抽真空,抽真空达到-0.08Mpa, 要求持续时间,大于15分钟,检查真空袋气密性,并当天进固化炉固化成型;整个固化期间(真空袋内始终要保持抽真空),按树脂的固化曲线要求进行。

4、固化曲线

  固化温度-时间曲线

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特别要注意升温初期巡查,看真空度保持的状况如何?至少10分钟观察一次,此时当出现问题可及时紧急处理(一旦树脂凝胶就无法了)。待炉温降至50°C以下之后才能脱模(对于大面积的制品采用辅助气脱;再机加工,测量尺寸并进行称重。

5、附过程照:


铺层

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边抽真空边升温固化

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经脱模、修改、涂装如下:

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右边已喷底漆+左边没喷底漆


五、轨道车辆中的应用

除了轨道车辆上的零配件如:窗框、卫生间组件、座椅、茶几台面、SMC车厢壁板与SMC顶板、乘客座位,还有用制成的手糊法地铁中异形车头玻璃钢罩壳。轨道车辆行业还有许多产品同样可采用复合材料来制造,如:复合轨枕、疏散平台、绝缘底座、电缆支架、盲道板、信号灯壳、绝缘子等。举例地铁车辆异形车头玻璃钢罩壳。

由于地铁车辆运行于地下潮湿环境,普通金属是容易被锈蚀,往往用铝合金、不锈钢材料,对于异形件则用复合材料,它轻质高强并兼具防腐功能,地铁车辆车头个性化,异形车头罩壳则采用玻璃钢手糊成型,通常是用不饱和聚酯树脂作为基体,玻璃纤维作为增强材料,方便装配有预埋件。

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