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专题报告

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CFTRP应用进展近况

三井化学开发TAFNEX碳纤维增强聚丙烯(CF/PP)单向(UD)胶带用于制造汽车保险杠来梁 ,并与ARRK合作进行CFRTP结构分层失效优化方案

三井化学(日本东京)近期开发了一种TAFNEX碳纤维增强聚丙烯(CF / PP)单向(UD)的胶带。TAFNEX采用新的PP配方和特殊的纤维界面技术,使全浸渍胶带能够比金属和塑料减轻重量,同时还具备出色的加工性能、低吸湿性和短循环时间等特点。TAFNEX还可以通过低工艺温度、良好的回收性能和较低碳足迹结构部件的高潜力来提高可持续性。

ARRK Engineering(德国)与三井化学合作,研究使用TAFNEX制造的汽车保险杠梁的仿真方法。此类安全相关部件的一个关键问题是准确预测复合材料中的分层。这种分析是必要的,因为分层可能会显着降低强度并提供早期失效模式。但是,使用标准有限元建模(FEM)无法预测分层,因为它是将结构建模成为没有厚度的壳或表面。

ARRK Engineering 开发的堆叠壳模型模拟技术,提高了分层预测精度,以帮助优化包覆成型 TAFNEX CF/PP UD 胶带保险杠梁的吸收能量/故障负载。预测能力比传统仿真技术强大。

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欧洲雷神项目开发可量产的CFRTP氢气罐

为期三年的欧洲雷神项目(由法国机械工业技术中心Cetim、弗吉亚、液化空气集团、丽娜咨询公司-CSM spASirrisNTNU大学、CNRS Prime等合作)于2022 年结束,并得到了整个储氢供应链合作伙伴的协助,测试并生产了15 个热塑性塑料储氢罐,目标是实现更广泛的市场推广。

该项目旨在开发一种具有成本效益的高压容器,该容器可大规模生产用于车辆和运输应用的储氢,也可以环保回收。因为IV型储氢瓶容器受到一些限制,暂时还未能实现更好地市场推广。

三年期间,该项目与AFPT(德国)合作生产了15个热塑性储罐,其中包括两个可以承受1500bar爆破压力的参考罐。并在雷神项目进行了初步决定性测试之后,Cetim投资了一台针对制造热塑型塑料罐进行优化的新机器。交付时间2023年初。

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德国航天中心完成碳纤维热塑性复合材料制备的MFFD复合材料机身蒙皮铺设

20231月,德国DLR结构与设计研究所完成了多功能机身演示器(MFFD)上壳的全尺寸8米长的机身蒙皮铺层。该项目是打算制备完全由碳纤维增强热塑性聚合物(CFRTP)复合材料建造一个8米长,4米直径的机身部分,使每月生产60-100架飞机,机身重量减少10%,经常性成本降低20%

由清洁航空资助,焊接MFFD机身演示器据说代表了由热塑性复合材料制成的最大的已知航空结构。项目合作伙伴空中客车公司(法国)、Aernnova Aerospace(西班牙)和Premium AEROTEC(德国)于2014年开始,旨在大幅减轻重量,同时减少浪费和成本。

上壳表皮是来自东丽先进复合材料(荷兰)的 Cetex TC1225 低熔点聚芳醚酮(LM-PAEK)碳纤维热塑性预浸料,放置在用相同 LM-PAEK基体浸渍的 TC1225 LSP 薄膜上。Laserline GmbH(德国)提供的LDM二极管激光器和AFPT GmbH(德国)的多丝束铺设头进行了激光加热的原位固结,以在上壳的Grunewald GmbH & Co. KGBocholt)放置工具上实现光滑的蒙皮。

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CFRTP 用于电动自行车车架

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英国国家复合材料中心(NCC)与山地自行车制造商Starling Cycles和热塑性复合材料编织技术公司复合编织(布里斯托尔)已经证明碳纤维增强热塑性塑料(CFRTP)可用于制造电动山地自行车车架。

NCC表示,这种能力将使使用CFRTP的自行车车架在使用寿命结束时(EOL)更容易修复和回收,抵消使用热固性环氧树脂的现成复合材料自行车 - 热塑性塑料在加热时会软化。这一点意义重大,因为欧洲对电动自行车的需求预计将在未来几年增长,预计销量将从 2019年的3.7 万辆增加到 2030 年的 17 万辆。

当前,Starling Cycles用钢制造其手工制作的电动自行车车架。然而,使用轻质热塑性复合材料车架将增加自行车的续航里程并提供更具可持续性的产品。

CFTRP用于吉普车车顶支架

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耐候性彩色模压 MIC 碳纤维增强热塑性塑料 CFRTP 中的第一个大批量结构车身应用首次出现在一系列车顶接支架上,以固定 2021 年吉普牧马人 SUV(如上所示)和Stellantis 的角斗士皮卡的硬顶和软顶。该复合材料具有与基准钢相当的机械性能,重量明显低于基准钢。

数十年的经验告诉我们,增强体纤维越长,所得复合材料的机械性能就越高。但纳米复合添加剂的引入在一定程度上挑战了这一说法,设计用于注塑成型的超短(但非纳米级)碳纤维(USCF)增强热塑性塑料(CFRTP)系列已被证明始终优于短纤维长纤维(玻璃或碳纤维)热塑性塑料。在复杂的几何形状中尤其如此,在这些几何形状中,很难在精细或高大的零件细节中实现良好的纤维穿透。这些被称为KyronMax的化合物,可从三菱化学先进材料公司(美国)获得。其优于传统的热塑性复合材料,而且还优于金属。一个很好的例子是一系列车顶支架,用于固定 2021 年吉普牧马人运动型多功能车 SUV 和来自斯特兰蒂斯(美国)的角斗士皮卡上的可拆卸软顶或硬顶。

KyronMax 化合物最初是为航空航天开发的,后来扩展到高性能体育用品应用,其中高温热塑性基体是一个优势,并且在复杂的几何形状中实现高纤维渗透的能力对于以低重量满足苛刻的机械要求至关重要。毫不奇怪,这些材料在汽车领域越来越受到关注,因为注塑工艺

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