熱塑性樹脂開啟復合材料綠色之旅

　　――Chinaplas 2012擷芳  熱塑性復合材料，正對汽車的設計和制造帶來巨大改變。因其具有韌性高、抗沖擊性好、成型周期短、可回收利用等優點，而且漸在市場上獲得推廣和青睞。熱塑性復合材料技術的發展一直伴隨著熱塑性樹脂的發展而向前推進，目前針對性的研究和開發正在不斷地深入。在新一屆Chinaplas期間，一些知名的原材料供應商帶來了它們新的技術研發和創新應用。
　　塑料復合材料，包括樹脂、玻璃纖維以及碳纖維已經對的各個行業帶來影響，其中它們對汽車制造業所帶來改變正在迅速擴大。使用復合材料，能使汽車更輕，獲得更高的耐熱性和抗沖擊性，并能提高燃油效率。
　　咨詢公司Markets and Markets的研究報告稱，幾乎所有的汽車制造商都通過采用塑料復合材料來進行金屬的替代。這種趨勢在高端汽車的生產中尤其明顯，并且已經對中低端汽車的設計制造帶來越來越多的影響。該公司預測，未來四年汽車用塑料市場規模預計將以13.7％的復合年增長率繼續增長，從消費量來看，汽車塑料的需求預計將從2011年的670萬噸增加至2016年的1020萬噸，其中，纖維增強塑料將占11％。
　　熱塑性增強塑料因韌性高、抗沖擊性好、成型周期短、可回收利用等等優點，逐漸在市場上獲得推廣和青睞。而這種材料的發展一直都伴隨著熱塑性塑料的發展而向前推進。在新一屆Chinaplas期間，一些知名的原材料供應商帶來了它們新的技術研發和創新應用。
　　■從高端定制到量化生產
　　汽車的設計如何能夠更富吸引力、更環保、更高效、更安全?贏創在Chinaplas 2012上作出了回答。
　　今年，蓮花Exige輕量化跑車(圖1)次在亮相，引來不計其數的觀眾駐足。這款跑車總重僅861kg，采用了包括三明治結構復合材料、高性能聚合物以及PMMA在內的多種輕量化解決方案。

　　在本屆展會上，贏刨充分展出了這一系列輕量化設計，其中也包括采用了VESTAMID HTplus高性能聚合物的產品解決方案――在蓮花Exige的渦輪增壓系統中，一個鑄鋁部件被30％玻纖增強的PPA材料VESTAMID HTplus M1033替代。通過采用VESTAMID HTplus方案，可以使產品在保證同等性能的情況下減重50％。
　　現在，VESTAMID HTplus已經成功應用于量產變速桿(圖2)，它使產品重量更輕，比過去的解決方案更加經濟，并且有助于用戶實現生產速度的提升。

　　在這個已經成功量產的項目中，歐洲一家知名整車廠選用了50％玻璃纖維增強的VESTAMID HTplus來制造變速桿。而在其他的合作項目中，該公司還選用了以VESTAMID HTplus M1000為基體樹脂，30％到50％玻纖增強的復合材料。
　　■混合技術新應用
　　朗盛化學將2012年定為“綠色機動化年”，在其“綠色機動化”的實現進程中，朗盛的輕質化解決方案扮演著重要角色。
　　朗盛是塑料／金屬混合技術的發明者，通過這項技術，朗盛不斷突破瓶頸，實現新的應用。2010年，用朗盛玻纖增強Durethan PA6有機板材與鋁板復合而成的新奧迪A8的前端部件，在當年德國杜塞爾多夫舉辦的SPE Central Europe Awards評選中獲得大獎。目前，這項技術可用于發動機軸承、車門結構、踏板、汽車前端和座椅軌道系統等。
　　據朗盛化學亞太區半結晶產品業務部負責人柯思遠博士介紹，新開發的由PA6復合板材混合技術生產的剎車踏板(圖3)能比傳統鋼制踏板減重50％，卻能保持同樣的機械強度。這款重量僅355g的剎車踏板是款由連續玻纖增強聚酰胺材料制成的剎車踏板。朗盛表示，這款全新開發的踏板不僅適用于傳統乘用車，同樣也是對車身重量有著嚴格要求的電動車的理想選擇。這款剎車踏板使用了Bond―Laminates公司的Tepex  dynalite系列板材，2mm厚的復合板材采用了47％的連續玻纖增強PA6材料。

　　使用聚酰胺復合材料混合技術，朗盛還成功開發了一款塑料安全氣囊殼體(圖4)。這款產品比采用PA6注射成型的產品減輕了30％的重量。至今為止，這類部件主要都是由鋼材或鋁材制成，或是采用熱塑性材料注塑成型而成。通過使用其混合技術，殼體側壁厚度從3―4mm降低為0.5―1mm，因而產生巨大的成本效益。更重要的是，盡管壁厚變薄，但當發生沖擊時，產品仍能承受突然產生的巨大壓力。這是因為聚酰胺復合板(47％連續玻纖增強PA6)具有的高強度和高剛度。

　　■長纖維增強復合材料解決方案
　　?新能源汽車
　　通過結合蘇威特種聚合物的電池產品與羅地亞工程塑料的汽車輕量化解決方案，蘇威-羅地亞正在幫助推動新能源汽車的發展。
　　羅地亞的拳頭產品Technyl 系列聚酰胺材料適用于金屬替代和汽車輕量化。在半結構件中采用羅地亞的高增強材料(如Technyl SI和TechnylStar AFX)，能夠實現部件的輕量化與功能性。而新推出的Evolite 連續纖維增強熱塑性復合材料(圖5)可作為預浸漬織物或加固金屬板，適用于多種高要求應用?？蓮V泛應用于座椅、汽車保險杠緩沖梁與前端結構、汽車底盤、白車身等場合，不僅可以顯著降低整車重量，還可以提高純電動車和插電式混合動力車的可行駛里程。

　　羅地亞工程塑料分公司總裁Fran ois Hirlcker透露，該材料的一項新應用采用了高達70％的增強材料。據悉，這是一項羅地亞與一家亞洲0EM工廠正在進行的研發項目，即采用70％玻纖增強的Evolite 材料生產汽車保險杠和橫梁。據介紹，在此之前，在寶馬M3及奧迪A8中已有類似的應用，該應用在德國完成。
　　?smait forvision概念車
　　由巴斯夫和戴姆勒公司聯合研發的概念車smart forvision(圖6)在本屆展會上的亮相十分出彩。在其輕質結構中，塑料復合材料取代了沉重的金屬零部件，而功能性和穩定性卻毫不失色。
　　其中，這款車的底盤等支撐結構采用了基于Baxxodur  環氧樹脂系統的纖維增強聚合物，大幅減輕了重量。除Tridion車身結構外，車門等零部件也采用了高性能復合材料――碳纖維增強環氧樹脂制成，與鋼鐵和鋁相比，重量可分別減輕50％和30％。

　　尤其吸引觀眾注意的是，smart forvision概念車的輪胎所采用的是款適于量產的全塑輪轂(圖7)。巴斯夫的這款全塑輪轂采用長纖維增強Ultramid  Structure制成，每只輪轂的重量較鋁合金輪轂減輕了3kg。直觀地計算，這輛車僅在輪胎上的減重就達到了12kg。此外，考慮重量的減輕對能耗的影響，實際情況下能夠實現的減重效果更高。這種長纖維增強Ultramid    Stnmture材料可廣泛用于替代金屬生產那些對能量吸收具有較高要求的部件，如減震器、座椅結構件、電池架、發動機架，以及其他結構件。
　　巴斯夫表示，這種全塑輪轂在理論上已經可以量化生產。未來，聚合物輪轂將不只屬于概念車，也將是大型車輛的應用趨勢。

　　■復合材料天然氣氣瓶
　　GASTANK AB瑞典公司專門生產和銷售應用于汽車行業的復合材料壓縮天然氣和壓縮生物氣體儲罐和系統。近，該公司采用3B公司的HiPer―TEX高性能玻璃纖維增強環氧樹脂，制造了一種性能獨特的氣瓶內膽(圖8)。

　　在這個復合材料解決方案中值得一提的是帝斯曼的AkLdon    Fud Lock，帝斯曼工程塑料業務部亞太區研發技術經理游若恩博士介紹了這項應用。該材料被用作瓶體內襯材料，其滲透系數比HDPE至少減低了150倍，而且其可耐受溫度也比該材料高50℃，因而顯著限制了因氣瓶頸部的高溫而導致的材料蠕變行為。此外，AklJlon Fuel Lock的耐高溫性能也能使復合材料縮短其固化時間。
　　這種復合材料解決方案實現了氣瓶的零滲透，并經過Powertech Labs Inc．公司的檢測，證實該CNG氣瓶GastankTM 32沒有任何氣體滲透損失。產品完全符合ECE(聯合國歐洲經濟委員會)R110法規有關機動車輛使用IV型高壓CNG氣瓶的嚴格規定。
　　帝斯曼的Akulon Fuel Lock產品主要用于油箱的生產，這種新材料有助于大幅降低油料的污染排放，比過去使用的聚乙烯材料有更高的性能。
　　■生物基材料獨當一面
　　生物基材料再次顯示了其愈發寬廣的未來前景。從本屆展會可以發現，生物基樹脂已經成為獨當一面的亮點產品。
　　為了進一步滿足生物基聚合物需求量的不斷增長，贏創在展會期間宣布于今年年初進一步提高生物基VESTAMID Terra的產量，包括在上海新建一座復合生產廠，并將在今年第三季度投入運營。
　　VESTAMID Terra系列聚合物已被獨立機構證明為“生物基”產品。部分或全部基于可再生原料的VESTAMID Terra聚合物采用蓖麻子及其油衍生物為原材料。這些物質合成了構成VESTAMID Terra產品系列基礎的單體結構。目前，贏創供應
三種等級的VESTAMID Terra產品：VESTAMID
　　Terra HS基于聚酰胺610，含63％生物成分；VESTAMID Terra DS基于聚酰胺1010，含100％生物成分；VESTAMID Terra DD基于聚酰胺，含45％生物成分的聚合物。由于該產品卓越的化學性、地吸水性以及優異的尺寸穩定性，VESTAMID　rerra能夠提供豐富的解決方案，及廣泛的生產工藝。
　　提供生物基材料的企業如今不在少數，羅地亞聚酰胺在早前推出了同樣基于蓖麻油的尼龍6／10 Technyl eXten。植物基的Technyl eXten具備較高的性能，比如高熔點(215℃)，相比于尼龍12更卓越的耐化學性，高氣體阻隔性能，以及低吸濕性――在性能上介于尼龍6和尼龍12之間。
　　帝斯曼向來重視生物基材料的開發，其EcoPaXX樹脂原料的70％源自蓖麻油。該產品的玻纖增強級材料在汽車冷卻回路、結構件、引擎蓋等部件的生產中獲得了創新應用。其后，公司又推出了Arnitel Eco生物聚合物，據悉，該產品在體育休閑領域，以及汽車行業都有著廣泛的應用。目前，帝斯曼已擁有EcoPaxx、Palapreg Eco及Arnitel Eco生物基材料，可為汽車市場提供愈加豐富的可再生綠色解決方案。(榮格)