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专题报告

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空客和CTC重新设计SMC!SMC与预浸连续纤维增强材料相结合

几十年来,热固性塑料(SMC)和热塑性塑料(GMT和热塑性预浸料)都使用了压缩成型,但一系列新的发展扩大了其范围,使复合材料部件能够满足对减少浪费、缩短周期时间以及增加多功能性和可持续性日益增长的需求。


与以前的蜂窝/玻璃酚醛预浸料三明治相比,这款混合型SMC A350门框衬里 (TRL6) 可将零件成本和制造交货时间降低 50% 以上混合型SMC 正如之前所强调的那样,空客公司和德国斯塔德的复合材料技术中心(CTC)正在重新设计SMC。


目前的复合材料飞机内部部件通常使用玻璃纤维/酚醛夹层结构,其特点是购买飞行材料使用量低,高周期时间和大量返工/精加工。CTC希望解决这些问题,但也要实现更多的复杂性和功能,例如:线夹、连接接口、电路、紧固件、着色和不同表面的集成。因此,CTC在单级压缩成型工艺中将热固性短纤维SMC与预浸渍的定制连续纤维增强材料相结合。这与CAMISMA项目中用热塑性材料展示的工艺非常相似。


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混合型SMC将短纤维化合物与连续纤维预浸料和单级压缩成型相结合,为飞机机舱,货物和二级结构应用生产轻质,复杂和集成的零件


混合SMC技术是由CTC研究员MarcFette在2015年11月的路易斯湖复合材料(加拿大阿尔伯塔省)演示和2016年题为“混合薄板成型复合飞机部件的自动化和低成本生产”的论文中描述的。这项研究是与空客、LaFT/Helmut-Schmidt-University(汉堡, 德国)和Polynt Composites Germany GmbH (Miehlen, 德国)合作完成的。


该团队开发了一种用于航空航天应用的新型阻燃SMC,并于2015年6月21日至25日在德国柏林举行的第15届欧洲材料阻燃与保护会议(FRPM15)上发布。该材料通过了空中客车运营有限公司(德国汉堡)的认证,并作为CTC开发混合动力SMC的基础。


CTC讨论了两种SMC产品的测试结果:用短切玻璃纤维增强的HUP 63/25 GF和用碳纤维增强的HUP 27/25 CF。这两种产品都采用不饱和聚酯树脂制成,符合飞机内饰的火焰、烟雾和毒性(FST)要求。在混合SMC部件中,通过沿高负载路径放置预浸渍的连续编织或单向织物来增强短纤维性能。另外,还可以使用定制纤维放置(TFP)补丁。这些可以吸收主要的力量,而SMC可以实现复杂的几何结构,包括集成肋、接口和连接点(例如电缆支架)以及金属紧固件和插入件。


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短纤维SMC可以实现复杂形状和金属插入,而连续纤维增强,如预浸带或定制纤维放置(TFP)补丁(右),可以提高承重能力和轻质结构性能

混合SMC部件可以在压缩模压机中在145-155°C下在120-180秒内固化。由此产生的部件实现了高设计自由度和高达90%的材料使用率,相对较低的飞机应用材料成本和较高的自动化水平(LoA)。可回收的碳纤维面纱可用于SMC,宝马已将其用于汽车生产,CTC已将其用于飞机内饰和货物应用。德国波利特复合材料公司和CTC还开发了用于飞机应用的再生碳纤维SMC,波利特将其作为碳产品进行销售。


再生CF模塑化合物

还有另一种在成型化合物中使用回收碳纤维的方法正在全球范围内获得发展势头。在这种方法中,废预浸料被切成薄片并形成一种化合物,这种化合物也可以很容易地用压缩模压机成型。我相信这项技术有很大的前景,无论是作为回收复合材料制造废料的替代方法,还是作为一种新的美学。从高尔夫球杆到摩托车,再到高端跑车,这种“新碳外观”随处可见。


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碳纤维复合材料制成的零件外观越来越受欢迎

回收预浸料更令人印象深刻,主要是因为它提供了更多的深度,以及基于芯片切割方式的多样性。CW在2016年的国际未来材料展览中展示了这些回收的成型化合物;2016年CFK谷体育场会议(6月15日至16日,德国体育场)上看到了由van威士UD和Crossply Technology BV(荷兰蒂尔堡)的Rien van den Aker所做的演讲。他讨论了UD芯片的使用,将定制的预浸料坯料切割成形状的生产废料,然后将其转化为可塑材料。芯片为小于50mm×50mm的不规则形状,具有良好的成形性。

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2016年IBEX的未来材料展览展出了一个由USC的Strand Composite制成的手机壳和其他物体,以及由121c制成的滑板甲板(左)和由CTC Stade用Flake SMC制成的滑雪板坯料

南加州大学化学工程和材料科学MC Gill教授Steven Nutt博士也看到了这项技术的巨大潜力。纳特说:“作为七国集团提高材料效率和可持续制造倡议的一部分,我们通过国家科学基金会的拨款开始研究这个问题。该项目的任务之一是研究如何重用预浸料废料。我们开始试验将废料切成薄片,然后将其压缩成类似预浸料的中间薄片。”


Nutt和Gaurav Nilakantan在2014年CAMX上发表了他们的工作,并在2015年发表了论文《航空航天预浸料废料和废物的再利用和升级循环》。这项技术也被南加州大学剥离出来的121c公司使用,该公司生产碳纤维滑板。


Nutt说:“在这个过程中,自动切割表生成的骨架很容易使用。问题是如何将废料转换为对市场有吸引力的价格点,而不是原始材料化合物。我们看到的最大需求之一是如何实现芯片切割过程的自动化。另一个方面是剂量,或者如何分配芯片,以避免结块并保持一致的平整度。”Nutt在木材工业导向刨花板(OSB)中看到了可能的答案。“这非常像我们正在尝试做的事情。有趣的是,该技术的世界领导者之一是Dieffenbacher公司,该公司也是复合材料加工的领导者。”

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Callaway的Big Bertha Fusion司机和球道伍兹(右)高尔夫球杆使用A. Schulman的新型Forged Preg连续碳纤维SMC

连续织物化合物 

A. Schulman推出了Quantum Forged 预浸料,这是一种使用连续碳纤维织物的准各向同性乙烯酯(VE)成型化合物。


与短切碳纤维/VE化合物相比,Quantum Forged Preg可作为三轴,双轴或单向产品,提供2-3倍的抗拉强度和30-200%的柔性强度。这只是A. Schulman现在提供的一系列压缩成型材料中的一种,涵盖热固性和热塑性塑料。


今年夏天,该公司还将在密歇根州的贝城开设一个新的客户开发中心。A. Schulman的工程复合材料市场开发总监Doug Gries解释说:“我们的想法是通过让我们所有专业领域的代表集中在一个地方来加快客户的产品开发周期。因此,当材料专家建议进行修改时,制造资源就会在那里讨论这将如何影响加工,以及可能需要更改哪些参数。”


根据Gries的说法,另一个好处是这种专业知识是物质不可知论的。“我们提供热固性塑料和热塑性塑料,SMC和散装成型化合物,我们还在注塑和压缩成型方面拥有专业知识。许多人认为,如果没有注塑成型,就无法实现真正细致的肋骨和精细的结构,但我们一直在通过压缩成型实现这一点。”


来源:玻纤复材

此文由中国复合材料工业协会搜集自网络,文章不用于商业目的,仅供行业人士交流,引用请注明出处。

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