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新的TFP技術實現碳纖維預成型件的低成本高效率生產
發布日期:2019-05-08  來源:汽車新材料  瀏覽次數:279
 
  新的TFP技術是一種可擴展的、靈活的且低成本的技術,它為碳纖復合材料帶來了很多新的應用機遇。
 
  通過使用一種創新的生產技術,Elemental Motor公司的設計師們擴大了碳纖維復合材料在其以軌道為核心的道路跑車RP1上的應用。訂制化的纖維鋪放創造了一種高強、堅韌的低成本解決方案,使得碳纖維能夠被用在以前因其成本高和脆弱而不能被應用的地方。
 
 

Elemental Motor公司在其RP1跑車上增加了碳纖維復合材料的應用
 
  現在,德國訂制化的纖維鋪放(簡稱“TFP”)機器制造商ZSK公司最新開發的技術,令TFP生產過程得以改善,這意味著碳纖維復合材料能夠在許多領域得到應用。
 
  “該TFP技術完全改變了我們對‘碳纖維復合材料如何有助于減重降本’的認知。” Elemental Motor公司的復合材料經理PETer Kent說,“我們發現,它很快就創造出了預成型件,成本低廉且非常耐用,這使得用在Elemental RP1汽車上的后車身結構足夠堅韌,能夠承受諸如各種石擊帶來的沖擊,同時還擁有復雜的三維曲線形狀。”
 
  目前,ShaPE集團已采用ZSK公司的技術開發了其自己的TFP設備,ZSK公司開發的諸多創新允許實現大批量的生產。以用于紡織行業的技術為基礎,Shape集團的TFP設備可以將碳纖維絲線或粗紗鋪放到一個基體上,以制成一個“凈形狀”的二維預成型件。與依靠手工操作逐步構建碳纖維氈層的傳統方法相比,該設備減少了浪費、操作步驟和復雜性。TFP設備的另一個優點是,在制作預成型件時,通過巧妙的纖維鋪放和縫合,允許在模具中呈現出復雜的三維形狀。
 
 

RP1車身部件及其TFP預成型件
 
  Shape集團專注于碳纖維復合材料的加工,并擁有一個專門設計和制造TFP部件的部門。該公司董事總經理Peter McCool介紹說,在他本人作為一級方程式賽車首席設計師的時代,該公司就有了使用TFP的動力。
 
  “傳統的方法可能非常有限,這不僅體現在設計和成本方面,還體現在材料性能上——它易碎,不能承受沖擊和磨損。我確信,一定會有更好的方法。” McCool發現,ZSK公司的TFP解決方案是完全適合的方法:“這是一種可擴展的、靈活的且低成本的技術,它為碳纖維復合材料帶來了很多新的應用機遇。ZSK力求使工藝高效,生產再現性好并實現內在的質量控制。”
 
  傳統的碳纖維復合材料生產方法涉及復雜的切割和手工鋪層過程,這使得碳纖維在被使用前就浪費了1/3。由于碳纖維在纖維方向上最強,因此準確的定位對于獲得強大的部件至關重要。
 
  “手工鋪層屬于勞動密集型操作,且易于出錯,因此,當考慮部件的強度時,結果是次優的,這導致了使用超多層的過度設計。”McCool解釋說,“然而,TFP 允許我們準確地排列纖維以優化強度,從而能夠承受作用在部件上的載荷,同時加速開發和制造過程。”
 
  Peter Kent贊成說:“與Shape集團一起,我們已經能夠利用TFP來設計一種車身部件,它可以是一種結構件、搬運車身和后置行李箱,而且提供了非常好的空氣動力性能。”
 
  該TFP技術包括使用一種熱塑性樹脂,它有助于克服傳統上與碳纖維相關的脆性。當提及生命周期結束后的回收利用時,該樹脂還提供了顯著的優勢,因為碳纖維可以在大約300℃下熔化而從受熱的部件中分離出來并得到回收利用,而不是進入垃圾填埋場。
 


由TFP制成的復合材料后車身承載了包括來自RP1后翼的下壓力在內的許多載荷
 
  正如Peter Kent所證明的,這項技術能夠創造出比熱固性材料更堅韌的材料。“我們從一款開發的汽車中取出一個部件進行檢查,其上沒有產生印痕。” 他總結說,“在Elemental公司,令我們印象非常深刻的是,利用TFP,可以制造許多碳纖維的零部件,這真是太激動人心了。”
 
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