成本优化轻质复合材料的连续性热塑蜂窝夹层材料

寂静天花板 · 发表于 2016-9-6 19:34:40

涉及到夹层板的生产和应用，EconCore公司正在令热塑性复合材料结合轻质热塑性蜂窝芯与各种成分的热塑性复合材料蒙皮的生产，具有更好的成本效率。相对于热固性复合材料，热塑性复合夹芯板的生产利用EconCore公司的ThermHex高速连续加工工艺，该工艺周期较短且能够节省成本，此外还增强了其性能。
这项成功的创举并不是某个人独立完成的，而是由顶尖的复合材料制造商以及复合材料零件制造商合作共同完成的。与朗盛（Lanxess）、东丽（Toray）以及其它顶尖公司一道，EconCore致力于直面成本竞争力的挑战，通过将顶尖材料与高速持续性的加工过程相结合，使得所有成分直到最终复合夹芯部分可以实现完全集成的在一条生产线上完成。
在夹层板中使用顶级加工工艺
EconCore公司的专利科技ThermHex可以称得上是一项尖端科技，它使得热固性塑料复合材料夹层板成为了一种价格划算的产品。这项尖端科技也是生产热固性塑料蜂窝芯材不可缺少的步骤之一。热塑性树脂挤出利用原位或预挤出膜，通过真空成形为半六边形网并折叠成一个蜂窝芯。连续真空成型以及芯材的转换步骤，发生在一个高速的系列生产线上，提供了极佳的成本优势。

连续层压表层的步骤整合额外的整理措施，能够根据需要进一步提高成本效益。对于热塑性复合材料表层来说，基质材料是与热塑性夹芯相兼容的。从表层到芯材的结合可以通过热塑性焊接以及消除额外的粘合层来完成。对于混合表层以及芯材材料的组合（例如钢和热塑性塑料）来说，添加粘合剂层是最直接也是最先进的技术。线速度达到10米/分钟时，以上过程就能真正达到此技术使用者提高成本效益的要求。
如今，全球几家著名的公司授权EconCore ThermHex技术生产由各种材料构成的夹层板。其涉及的应用从包装、标牌、汽车，再到运输业建筑业等等，EconCore公司为他们生产价格相对低廉创新力却很强的产品，而蜂窝夹层板芯材能同时满足这两项需求。
性能高、重量小的聚丙烯蜂窝芯
ThermHex Waben GmbH公司坐落于德国哈勒（Halle/Salle）市，2010年，在引进EconCore公司的ThermHex技术并生产出PP 蜂窝芯后，此公司渐渐崛起成为蜂窝芯材市场的领头羊。这些蜂窝芯材被分配到较为松散的复合材料市场中去，在这些市场上，转换器层叠的热固性树脂以及玻璃纤维会作为表层生产部件来生产载重车厢、拖车壁顶、游艇甲板以及外壁、泳池等等。
图2. 适用在更厚、更长材料中的ThermHex Waben PP 蜂窝芯材。
高性能且重量轻——其优势显而易见。如今一些厂商出于经济原因考虑不再使用传统技术造出的热塑性蜂窝——从这点我们可以看出ThermHex 蜂窝的经济潜力不仅比传统方式制作的PP蜂窝大，同时比泡沫等其它更弱的蜂窝芯材解决方案更能盈利。
如今复合材料应用已面向多种领域
交通运输业：应用于拖挂车和空气动力原件
多年以来，交通运输业已经有能力建立各种速度快但却相对较重的运输工具。随着时间的推移，此行业越来越倾向于价格低廉且重量较轻的交通工具，这也就意味着交通运输业的关键人物正在寻找一些能达到轻重且有竞争力价格的创新解决方案。
就轻量化性能来说，热固性塑料复合材料（有机片材）蜂窝板在这一领域表现出众。对于挂车来讲，重量减轻10%就能使燃料效率提高6%-8%。如今，随着技术的加强，这种面板的生产变得越来越简单，生产成本也能维持在较低的水平。长纤维增强热固性塑料复合物表层的抗压性非常好，同时低密度（且重量轻）的热固性塑料蜂窝芯的稳定性能也非常好。这种加工技术能使产品的价格相当有竞争力。小型蜂窝芯中静止的空气能够降低对流，并且提高热绝缘性。此连续性的过程也能够适用于更宽的产品，生产商能够生产大约45英尺长、10英尺宽，相当于典型挂车壁尺寸的单片复合挂车面板。

考虑到船队经理最主要的需求是将燃油效率提高至最高点，提高空气动力的解决方案就显得迫在眉睫了。对于生产热固性塑料复合蜂窝夹层板的厂商来讲，提高性能的方法是增加轻型空气动力元素，例如在板的两侧安装空气导流板，在混合物中加入可折叠尾翼。ThermHex 流程的易变性意味着能在相同一条生产线上生产类似的元素，只是与拖车壁相比更薄、更轻。拖车壁以及空气动力元素的特性包含：轻重量、坚固以及价格低廉。上述情况使得投资回报能更快。
轻运货车车厢
由于热塑性夹层材料有很高的刚性，加之热塑性复合表层有较高的抗压性，人们发明了轻运货车车厢，热成型性使得其设计更为自由，这种车厢也越来越受到零件设计者的青睐。
钢的热塑性混合物
利用最佳的混合材料进行组合，最近使用ThermHex技术的创新产品，是钢材表皮热塑性蜂窝夹芯材料。塔塔（Tata）钢铁集团是世界上最大的钢产公司之一，在2015年11月德国斯图加特市的工业贸易展——国际金属板材加工展览会上引进Coretinium®。Coretinium®这条生产线采用EconCore公司的专利蜂窝芯材生产技术制造而成。此技术在一个连续的工艺中将Tata公司的钢铁与聚合物蜂窝材料复合在一起。这项新的组合物，即钢表皮与热塑性蜂窝夹芯材料组合在一起，在建筑行业建立了一种新标准，而目前建筑行业铝复合材料板才是被广泛应用的。Coretinium®与铝以及蜂窝芯结构的热绝缘相比拥有更好的刚度重量，是在交通运输业中（包括卡车、拖车、公共汽车以及铁路车辆）替代重型材料的绝佳选择。世界各地，越来越多的复合材料制造领军企业将ThermHex技术应用到热塑性复合蒙皮板中，这是该技术得到应用的体现。例如，欧洲领先的木聚合物复合材料制造商Renolit GOR使用EconCore公司的ThermHex技术生产品牌名称为GORCELL 的复合夹层产品。该产品结合了PP蜂窝芯材和由木质纤维或短玻璃纤维材质通过层压合成的PP膜，由此产生的轻质产品比单片复合材料的刚性水平更高，节约材料、降低能耗。通过加热生产立体零件，这些产品被应用于汽车行业的方方面面，比如卡车车厢，座椅靠背和厢式送货车的内部包层等，在此不做赘述。
不同的应用要求，不同的材料选择
通过热塑材料生产蜂窝芯的过程能够满足使用ThermHex技术用户的不同需求——EconCore公司和朗盛（Lanxess）公司在连续性玻璃纤维的基础上合作，用热塑性复合表层生产的夹层板就是个有力的例证。Bond-Laminates GmbH公司是Lanxess的子公司，致力于生产Tepex一类的复合物。EconCore公司和Lanxess公司制作夹层板时，将Tepex表层和PP或者PA基质材料以及ThermHex 技术下生产的PP、PA蜂窝芯结合起来。无论是PP 板还是PA 板，都有其特定适用的应用，当然，PA相关的板更适用于在高温下能保持稳定的应用。但无论是PP 还是PA，其特点都是质地强硬且重量轻。而这些特点也是ThermHex 技术下蜂窝夹层材料的固有特点。使用这项技术，能够使有机板材进一步渗透至整体热塑性材料以及其它材料（例如钢铁）中去。

EconCore长期以来开发利用夹层复合材料潜能，以降低重量和节省能量并环保。最近通过对三夹层复合材料混合体表层以及聚丙烯矩形和聚丙烯蜂核的玻璃热丝进行测试，发现这些材料有望超越现今聚丙烯、玻璃纤维和纸蜂窝技术。传统上，这类热固性塑料因重量和成本占得优势。其缺点就是不可循环、处理复杂，且对湿度敏感。对热塑料复合夹层材料的细节评估体现了对材料的要求，即硬度更大、更轻，可循环使用，短期热成型处理能力以及吸音功能。

汽车内部应用设计师很欣赏该材料吸音功能。包含自然纤维的热固塑料复合材料，得益于其透气性，能够很好地吸音，并有望成为可持续性材料。一个好的例子，即汽动内置门，由EconCore 与一级制造（Tier 1）汽动供应商合作，并得到制造和热成型专家的支持，如R+S Technik GmbH。基于聚丙烯蜂窝核和自然聚丙烯纤维混合物表层，这些夹层复合材料表面轻，但达到了规定硬度，并且由于其热固塑料混合性，通过传统热成型方法，形成复杂形状。相比传统聚丙烯或者ABS注塑模型以及整体自然纤维合成材料，夹层复合材料零部件在全球移动通信系统700-900 范围之内，能够节省多达50%的重量。

航空业向来重视轻量级性能。蜂窝夹芯材料广泛应用于飞机上。对于飞机来说，性能是关键驱动因素，为防止产生可能的影响，更高成本也是可以接受的。将连续高速工艺生产的创新型折叠热塑性蜂窝材料融入到复合材料蒙皮内嵌层压中，为蜂窝夹芯材料打开了大门，使之能在一贯认为蜂窝芯材解决方案成本太高而不愿加以考虑的行业和应用中进行竞争。ThermHex技术的关键是，它能生产蜂窝芯材，而这些材料传统上由于需要大量的应用，因而对生产成本和速度不太敏感。此外，还可以利用夹芯效应，增加较低和连续重量蒙皮之间低密度芯材的厚度，使硬度性能更好，同时也不会增加重量或者造成成本损失。其设计也更自由。
EconCore正在和化学、高分子工业领跑者以及飞机内部原始设备制造商一起朝着高性能高分子蜂窝芯材溶剂而努力。也许最激动人心的领域是适合向使用ThermHex technology 的蜂窝夹芯转变的火烟毒气（FST）顺应热塑性材料的创新（图9）。聚碳酸酯FST 很有前景，已被证实具有可转换性，而且按照初期测试来看，与酚树脂和芳纶纸组成的蜂窝溶剂相比具有性能竞争性。“这项满足航空业需要的技术进一步发展无疑非常有趣，但是EconCore 的真正兴趣是覆盖包括地铁在内的更广泛的公共交通应用。在地铁方面，虽然高生产量更加契合高自动化、高速生产工艺，但也存在包括相似的FST 需求。”EconCore技术经理托马斯• 恰尔内茨基（Tomasz Czarnecki）表示，“ThermHex 技术就特性来讲是通用的：各种蒙皮材料类型也许可以应用于由任何基本热塑性树脂制成的蜂窝夹芯。”这使其可以应用于许多不同的细分市场，这些细分市场普遍需求是降低成本、减轻重量。
图9 “轨道交通——由于限制严格，只能应用FST 质量夹层板”。
另一项有意思的发展是EconCore公司与东丽（Toray）工业公司共同合作完成的。EconCore 公司通过运用Toray公司生产的特殊材料聚酰胺，解决了蜂窝夹芯的难题。NANOALLOY是一种热塑性系统，其中聚合物机体中纳米级弹性体的分散能够使性能更加完美——尤其使冲击保护能力更强。诸如此类的蜂窝结构能显示。因为拥有自承重的特性，因此诸如蜂窝结构之类的结构能够表现出一般良好的耐冲击性。如今，将材料系统融入Toray公司的聚酰胺中，其性能得到进一步优化，并且对于复合材料产品来说，价格相对低廉。

淡然 · 发表于 2016-9-6 22:11:35

谢谢分享！

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