多材料的碳纤维复合材料发动机支架

赫氏公司(美国康涅狄格州斯坦福)在10多年前开发的HexMC,是一种高性能的模塑材料,它包括由短切、随机取向的高强度碳纤维预浸料“切片”组成的一种毡状材料。

这种商品名为“HexMC-i 2000”的工业化产品,是在用于模压成型的2000gsm的毡料上使用快速固化的HexPly M77树脂制成。

据该公司介绍,HexMC-i 2000能够生产复杂的三维形状和拥有不同厚度的部件,用于填补低成本的片状模塑料(SMC)与较昂贵的高性能热压罐预浸料之间的性价比空缺。

赫氏汽车业务单元销售及市场总监Achim Fischereder介绍说,赫氏希望找到一个项目来证明HexMC-i 2000的性能。

基于此前与奥迪合作的历史,赫氏汽车业务单元带着“将该材料鉴定为进入到生产准备就绪的制造过程中”的目的,于2016年初接触了这家汽车OEM的复合材料开发团队。

当时,奥迪已经在评估碳纤维SMC材料,并决定同时评估HexMC-i 2000。

对于该项目,奥迪选择了R8发动机支架,这是一种十字形的部件,支撑着R8的中置V10发动机,它为增强驱动动力而提供了扭转刚度。

该项目的目标是,生产现有铝部件的一种更轻质的复合材料版本,使其拥有更美观的造型。

专业的碳纤维公司Secar Technologie GmbH(奥地利Hönigsberg)参与了该项目,其名为“PulWinding”的工艺能够有效地组合拉挤与纤维缠绕,以生产出高扭转强度、泡沫芯材的碳纤维型材,其中的芯材是赢创工业集团(德国Darmstadt)的Rohacell PMI泡沫。

针对R8的发动机支架,Secar Technologie GmbH生产了具有一定形状的泡沫填充的碳纤维/环氧管子,然后将该管子布置成X形,并用HexMC-i 2000进行模压成型,以形成该部件中心的“节点”部分。

管子的两端也得到了二次成型,通过在生产过程中包覆金属嵌件,创建了与汽车连接的附着点。

最严峻的挑战之一是:确保在HexMC-i 2000与薄壁(壁厚不到1mm)的碳纤维管之间能实现良好的粘接,同时不会让管子受到挤压。

最终,HexPly M77树脂系统的粘接强度确保了在不过渡挤压管子的情况下产生了良好的附着力,在管子与二次成型的配混料之间,也不需要使用胶膜或额外的粘接材料。

据介绍,这种复合材料的支架比相应的铝部件减轻了15%的重量,而纤维随机分布的预浸料切片则创造了一个更有吸引力的表面,这是奥迪的开发工程师们提出的一个重要要求。

随着Secar Technologie GmbH生产出第一个原型部件,奥迪对该部件进行了室温下及湿热条件下的静态和动态载荷测试,所有的测试要求都得到了满足。

“我们发现,很多应用都可以将HexMC-i材料令人印象深刻的特性与我们创新的高性能Pulwinding和Pulbraiding技术组合在一起,这是一种独特的组合,能够很好地响应汽车市场提出的‘提高性能’的要求。”Secar Technologie GmbH的销售及市场总监Werner Stoeger表示。

赫氏公司是复合材料生产的全球领先者,美国最大的碳素纤维生产商,同时是首屈一指的复合材料(如蜂窝,预浸料,粘合剂和夹心板片)生产商,也是复合材料部件的领先制造商。这些产品被广泛应用于日常生活,涉及风能、航空航天、运动器材等多个领域,如飞机部件(机翼部件)、高速列车、渡轮、喷气式雪橇、滑雪板、网球拍、高尔夫球杆等等。

六十年以前,赫氏生产出蜂窝结构复合材料,使飞机变得更轻、更安全、更坚固成为可能,从而改变了航空航天业。

赫氏涉足体育和娱乐市场始于1971年,所有顶尖品牌的滑雪器材几乎都使用了赫氏的复材。赫氏的领先技术和先进的结构材料在体育和娱乐设备改进方面发挥了关键作用。