热塑性蜂窝夹芯结构复合板的结构、制造及应用.doc

热塑性蜂窝夹芯结构复合板的结构、制造及应用.枥戳匝用热塑性蜂窝夹芯结构复合板的结构制造及应用摘要:热塑性蜂窝夹芯结构复合板是可再生的环保材料,具有质量轻,硬度高,抗冲击力强和安装方便等优点,已经在欧美国家应用了很长时间,但国内目前尚没有形成大规模的工业生产.着重介绍了热塑性蜂窝夹芯结构复合板的结构特点,生产工艺及其在汽车行业中的应用情况.由于这种新型复合板材符合低碳时代的环保理念,因此具有广阔的应用前景.关键词:蜂窝夹芯复合板热塑性生产工艺应用中图分类号:TQ325.14文献标识码:B浙江华正新材料股份有限公司王俊杨国刚郭江程沈宗华董辉张羽洁1前言蜂窝夹芯复合板的研发始于20世纪50年代.早期的蜂窝夹芯材料大多是金属蜂窝芯材料,随后出现了以玻璃纤维和碳纤维等为增强材料的热固性复合蜂窝夹芯材料.随着制造工业技术的发展,热塑性蜂窝夹芯复合板这种材料在发达国家得到了快速发展.热塑性蜂窝夹芯复合板成型方便,其最大特点是具有很高的比强度和t;LN度,在欧美等一些发达国家早已广泛用于航空航天,汽车,船舶制造,建筑,包装,家具和装饰装潢等领域.我国在蜂窝板的研发和应用方面起步较晚,目前仅在航空航天和包装等少数领域有一些应用,还没有形成规模化生产.目前浙江华正新材料股份有限公司正在生产聚丙烯(PP)热塑性蜂窝夹芯结构复合板.2蜂窝板的结构和特点2.1蜂窝板的结构蜂窝板具有典型的”三明治”结构.以浙江华正新材料股份有限公司生产的PP热塑性蜂窝夹芯结构复合板(图1)为例进行说明.该种板材由上,下两层玻璃纤维面板和中间的PP蜂窝芯组成,面板与PP蜂窝芯通过分层/融接工艺接合而成,见图2.根据蜂窝芯材料的种类,蜂窝芯可分为热塑性蜂窝,玻璃布蜂窝,玻璃纤维增强树脂蜂窝,碳纤维增强树脂蜂窝,棉布蜂窝和铝蜂窝等.根据蜂窝芯的形状,蜂窝芯可分为正六角形,菱形,矩形,正弦曲线形和有加强带的六角形等.蜂窝板的面板一般采用薄44j汽车工艺-5材料AT&M2012年第5期.耦料匝胃图1各种厚度的PP热塑性蜂窝夹芯结构复合板图2蜂窝面板和蜂窝芯板类的板材,如胶合板,纤维板,刨花板,中密板,塑料板,铝合金板,不锈钢板,厚热塑性板和玻璃纤维毡板等.蜂窝板的面板为主要承载层,蜂窝芯的作用是把两块面板撑开并与之牢固地粘在一起共同承受应力.在设计蜂窝板的结构时,应根据具体要求,选择不同的夹芯和面板,才能达到保温,隔音,透微波,防撞和防弹等各种目的.2.2热塑性蜂窝夹芯结构复合板的特点目前,浙江华正新材料股份有限公司生产的PP热塑性蜂窝夹芯结构复合板的面板采用了玻璃纤维复合材料.该复合板有以下一些突出优点.a.质量轻.每平米复合板仅有4.5kg左右.用该复合板制造载货车车身能极大地提高有效载荷比.b.硬度高.c.抗冲击力强.PP蜂窝芯具有非常好的弹性和抗撞击性能,吸能和恢复效果很好.d.耐候性好.可防盐水侵蚀数十年,即使面板损坏也不吸潮.使用温度为一4080.e.耐大部分酸,碱化学介质的腐蚀.f.安装方便,可以进行任意的裁切和弯曲.g.环保性好.使用复合板加工的车箱和物流箱在多装载货物的同时可以节约燃油.而且,由PP及玻璃纤维组成的,不含有粘合剂等其他添加剂的复合板可以100%回收,属于能够再生循环利用的环保材料.3热塑性蜂窝夹芯结构复合板的制造方法目前,国外有以下几种生产热塑性蜂窝夹芯结构复合板的方法.其中,热塑性夹芯是利用热塑性材料的特点,通过挤出和热熔合等方法成型的.a.法国Troyes公司制造的Tubulam轻质PP蜂窝芯是将挤出的不同直径,不同管壁厚度的PP管熔合组装成块后切成板,再和面板一起压延成型为热塑性蜂窝夹芯结构复合板.b.德国TubusBauer公司将挤出的PP蜂窝管与玻璃纤维毡以热熔合的方式生产热塑性蜂窝夹芯结构复合板,可连续生产的板材宽度达1.5m.c.美国的Nida-Core蜂窝夹芯材料由挤出为六角形的PP管粘结而成.蜂窝芯室内还可以填充酚醛或PU以起到增强作用,在低压模塑混合区与热固性材料共模塑制成夹芯板.d.美国Hexcel公司开发出一种很紧凑的新型机械设备.热塑性网状物被送入该设备后先压成波纹状,再利用热熔合法将蜂窝节点熔合在一起,连续生产热塑性蜂窝芯.将石墨纤维等无机纤维和塑料(如聚酯纤维混合物)进行针刺,并加热融化以形成毡,在两层毡之间插入许多柱形或六角形中间物,加压模塑并固化即可获得蜂窝板.e.浙江华正新材料股份有限公司以共挤出PP蜂窝管与玻璃纤维热熔合的方式连续生产PP蜂窝夹芯结构复合板,PP蜂窝芯和面板的复合工艺属于世界一流的专有技术.可以生产不同厚度的垫塑性夹芯板,具有产能高,稳定性高和尺寸大(16mX2.75m)2012年第5期汽车T艺与材料AT&MI45.枥程匝用.等优点.4热塑性蜂窝夹芯结构复合板在汽车行业的应用a.美国GE公司采用的新型复合材料的保险杠,主要由马氏体钢和聚乙烯蜂窝夹芯层(起缓冲作用,取代液体吸能器)组成,比钢制保险杠减重9kg,能满足8km/h的撞击试验要求.b.用PP蜂窝夹芯结构复合板和装饰性材料可以模塑生产轻质,刚性的汽车内饰构件,如小汽车,货车的行李后搁板和承重地板等.德国AdvancedCompositesGmbH(ACS)宣布使用PP芯和Twintex蒙皮的新型热塑性蜂窝夹芯结构复合板几乎可以使Audi车的质量减轻5O%.c.上海大众公司Tiguan汽车行李箱地板的材质是由Bayer公司生产的热塑性聚氨酯蜂窝夹芯结构复合板旧l,比用金属板制造的同类产品质量减轻8O%.而且,厚度仅为0.40.6mm的纤维增强层赋予该部件以极高的弯曲强度一一其弹性模量高达13000MPa.d.西班牙GrupoDesarrolloEmpresarialS.L.U.公司生产的欧宝Meriva和欧宝Corsa的承重地板也采用了热塑性聚氨酯蜂窝夹芯结构复合板.e.目前,浙江华正新材料股份有限公司生产的PP热塑性蜂窝夹芯结构复合板主要用于箱式货车的车厢板(图3).能达到显着减重的目的,实现了传统材料的升级换代,可以替代我国载货车行业广泛使用的铁板,铝合金,胶合板材料或其他不可降解材料.日后还可以考虑向客车地板等其他应用方向拓展.5结束语热塑性蜂窝夹芯结构复合板的应用有利于减轻汽车质量,提高乘坐的安全性和舒适性.鉴于其具有的诸多优点,必将成为21世纪各行业的优选材料之一,市场潜力巨大.囹3PP热塑性蜂窝夹芯结构复合板在货车上的应用参考文献:1F.E.SEZGIN,M.TANOGLU.MechanicalBehaviorOfPOIypr0pyIenebasedHoneycomb-CoreCompositeSandwichStructuresJ.JournalofReinforcedPlasticsandCompostes2010,29(1O).2NicolasJ.Lombardi.JudyLiu.Glassfiberreinforcedpolymer/steelhybridhoneycombsandwichconceptforbridgedeckapplicationsJ.CompositeStructures,2011.93:12751283.3师哲.复合材料夹层结构在汽车上的应用J.玻璃