热塑性树脂开启复合材料绿色之旅

　　――Chinaplas 2012撷芳  热塑性复合材料，正对汽车的设计和制造带来巨大改变。因其具有韧性高、抗冲击性好、成型周期短、可回收利用等优点，而且渐在市场上获得推广和青睐。热塑性复合材料技术的发展一直伴随着热塑性树脂的发展而向前推进，目前针对性的研究和开发正在不断地深入。在新一届Chinaplas期间，一些知名的原材料供应商带来了它们新的技术研发和创新应用。
　　塑料复合材料，包括树脂、玻璃纤维以及碳纤维已经对的各个行业带来影响，其中它们对汽车制造业所带来改变正在迅速扩大。使用复合材料，能使汽车更轻，获得更高的耐热性和抗冲击性，并能提高燃油效率。
　　咨询公司Markets and Markets的研究报告称，几乎所有的汽车制造商都通过采用塑料复合材料来进行金属的替代。这种趋势在高端汽车的生产中尤其明显，并且已经对中低端汽车的设计制造带来越来越多的影响。该公司预测，未来四年汽车用塑料市场规模预计将以13.7％的复合年增长率继续增长，从消费量来看，汽车塑料的需求预计将从2011年的670万吨增加至2016年的1020万吨，其中，纤维增强塑料将占11％。
　　热塑性增强塑料因韧性高、抗冲击性好、成型周期短、可回收利用等等优点，逐渐在市场上获得推广和青睐。而这种材料的发展一直都伴随着热塑性塑料的发展而向前推进。在新一届Chinaplas期间，一些知名的原材料供应商带来了它们新的技术研发和创新应用。
　　■从高端定制到量化生产
　　汽车的设计如何能够更富吸引力、更环保、更高效、更安全?赢创在Chinaplas 2012上作出了回答。
　　今年，莲花Exige轻量化跑车(图1)次在亮相，引来不计其数的观众驻足。这款跑车总重仅861kg，采用了包括三明治结构复合材料、高性能聚合物以及PMMA在内的多种轻量化解决方案。

　　在本届展会上，赢刨充分展出了这一系列轻量化设计，其中也包括采用了VESTAMID HTplus高性能聚合物的产品解决方案――在莲花Exige的涡轮增压系统中，一个铸铝部件被30％玻纤增强的PPA材料VESTAMID HTplus M1033替代。通过采用VESTAMID HTplus方案，可以使产品在保证同等性能的情况下减重50％。
　　现在，VESTAMID HTplus已经成功应用于量产变速杆(图2)，它使产品重量更轻，比过去的解决方案更加经济，并且有助于用户实现生产速度的提升。

　　在这个已经成功量产的项目中，欧洲一家知名整车厂选用了50％玻璃纤维增强的VESTAMID HTplus来制造变速杆。而在其他的合作项目中，该公司还选用了以VESTAMID HTplus M1000为基体树脂，30％到50％玻纤增强的复合材料。
　　■混合技术新应用
　　朗盛化学将2012年定为“绿色机动化年”，在其“绿色机动化”的实现进程中，朗盛的轻质化解决方案扮演着重要角色。
　　朗盛是塑料／金属混合技术的发明者，通过这项技术，朗盛不断突破瓶颈，实现新的应用。2010年，用朗盛玻纤增强Durethan PA6有机板材与铝板复合而成的新奥迪A8的前端部件，在当年德国杜塞尔多夫举办的SPE Central Europe Awards评选中获得大奖。目前，这项技术可用于发动机轴承、车门结构、踏板、汽车前端和座椅轨道系统等。
　　据朗盛化学亚太区半结晶产品业务部负责人柯思远博士介绍，新开发的由PA6复合板材混合技术生产的刹车踏板(图3)能比传统钢制踏板减重50％，却能保持同样的机械强度。这款重量仅355g的刹车踏板是款由连续玻纤增强聚酰胺材料制成的刹车踏板。朗盛表示，这款全新开发的踏板不仅适用于传统乘用车，同样也是对车身重量有着严格要求的电动车的理想选择。这款刹车踏板使用了Bond―Laminates公司的Tepex  dynalite系列板材，2mm厚的复合板材采用了47％的连续玻纤增强PA6材料。

　　使用聚酰胺复合材料混合技术，朗盛还成功开发了一款塑料安全气囊壳体(图4)。这款产品比采用PA6注射成型的产品减轻了30％的重量。至今为止，这类部件主要都是由钢材或铝材制成，或是采用热塑性材料注塑成型而成。通过使用其混合技术，壳体侧壁厚度从3―4mm降低为0.5―1mm，因而产生巨大的成本效益。更重要的是，尽管壁厚变薄，但当发生冲击时，产品仍能承受突然产生的巨大压力。这是因为聚酰胺复合板(47％连续玻纤增强PA6)具有的高强度和高刚度。

　　■长纤维增强复合材料解决方案
　　・新能源汽车
　　通过结合苏威特种聚合物的电池产品与罗地亚工程塑料的汽车轻量化解决方案，苏威-罗地亚正在帮助推动新能源汽车的发展。
　　罗地亚的拳头产品Technyl 系列聚酰胺材料适用于金属替代和汽车轻量化。在半结构件中采用罗地亚的高增强材料(如Technyl SI和TechnylStar AFX)，能够实现部件的轻量化与功能性。而新推出的Evolite 连续纤维增强热塑性复合材料(图5)可作为预浸渍织物或加固金属板，适用于多种高要求应用。可广泛应用于座椅、汽车保险杠缓冲梁与前端结构、汽车底盘、白车身等场合，不仅可以显著降低整车重量，还可以提高纯电动车和插电式混合动力车的可行驶里程。

　　罗地亚工程塑料分公司总裁Fran ois Hirlcker透露，该材料的一项新应用采用了高达70％的增强材料。据悉，这是一项罗地亚与一家亚洲0EM工厂正在进行的研发项目，即采用70％玻纤增强的Evolite 材料生产汽车保险杠和横梁。据介绍，在此之前，在宝马M3及奥迪A8中已有类似的应用，该应用在德国完成。
　　・smait forvision概念车
　　由巴斯夫和戴姆勒公司联合研发的概念车smart forvision(图6)在本届展会上的亮相十分出彩。在其轻质结构中，塑料复合材料取代了沉重的金属零部件，而功能性和稳定性却毫不失色。
　　其中，这款车的底盘等支撑结构采用了基于Baxxodur  环氧树脂系统的纤维增强聚合物，大幅减轻了重量。除Tridion车身结构外，车门等零部件也采用了高性能复合材料――碳纤维增强环氧树脂制成，与钢铁和铝相比，重量可分别减轻50％和30％。

　　尤其吸引观众注意的是，smart forvision概念车的轮胎所采用的是款适于量产的全塑轮毂(图7)。巴斯夫的这款全塑轮毂采用长纤维增强Ultramid  Structure制成，每只轮毂的重量较铝合金轮毂减轻了3kg。直观地计算，这辆车仅在轮胎上的减重就达到了12kg。此外，考虑重量的减轻对能耗的影响，实际情况下能够实现的减重效果更高。这种长纤维增强Ultramid    Stnmture材料可广泛用于替代金属生产那些对能量吸收具有较高要求的部件，如减震器、座椅结构件、电池架、发动机架，以及其他结构件。
　　巴斯夫表示，这种全塑轮毂在理论上已经可以量化生产。未来，聚合物轮毂将不只属于概念车，也将是大型车辆的应用趋势。

　　■复合材料天然气气瓶
　　GASTANK AB瑞典公司专门生产和销售应用于汽车行业的复合材料压缩天然气和压缩生物气体储罐和系统。近，该公司采用3B公司的HiPer―TEX高性能玻璃纤维增强环氧树脂，制造了一种性能独特的气瓶内胆(图8)。

　　在这个复合材料解决方案中值得一提的是帝斯曼的AkLdon    Fud Lock，帝斯曼工程塑料业务部亚太区研发技术经理游若恩博士介绍了这项应用。该材料被用作瓶体内衬材料，其渗透系数比HDPE至少减低了150倍，而且其可耐受温度也比该材料高50℃，因而显著限制了因气瓶颈部的高温而导致的材料蠕变行为。此外，AklJlon Fuel Lock的耐高温性能也能使复合材料缩短其固化时间。
　　这种复合材料解决方案实现了气瓶的零渗透，并经过Powertech Labs Inc．公司的检测，证实该CNG气瓶GastankTM 32没有任何气体渗透损失。产品完全符合ECE(联合国欧洲经济委员会)R110法规有关机动车辆使用IV型高压CNG气瓶的严格规定。
　　帝斯曼的Akulon Fuel Lock产品主要用于油箱的生产，这种新材料有助于大幅降低油料的污染排放，比过去使用的聚乙烯材料有更高的性能。
　　■生物基材料独当一面
　　生物基材料再次显示了其愈发宽广的未来前景。从本届展会可以发现，生物基树脂已经成为独当一面的亮点产品。
　　为了进一步满足生物基聚合物需求量的不断增长，赢创在展会期间宣布于今年年初进一步提高生物基VESTAMID Terra的产量，包括在上海新建一座复合生产厂，并将在今年第三季度投入运营。
　　VESTAMID Terra系列聚合物已被独立机构证明为“生物基”产品。部分或全部基于可再生原料的VESTAMID Terra聚合物采用蓖麻子及其油衍生物为原材料。这些物质合成了构成VESTAMID Terra产品系列基础的单体结构。目前，赢创供应
三种等级的VESTAMID Terra产品：VESTAMID
　　Terra HS基于聚酰胺610，含63％生物成分；VESTAMID Terra DS基于聚酰胺1010，含100％生物成分；VESTAMID Terra DD基于聚酰胺，含45％生物成分的聚合物。由于该产品卓越的化学性、地吸水性以及优异的尺寸稳定性，VESTAMID　rerra能够提供丰富的解决方案，及广泛的生产工艺。
　　提供生物基材料的企业如今不在少数，罗地亚聚酰胺在早前推出了同样基于蓖麻油的尼龙6／10 Technyl eXten。植物基的Technyl eXten具备较高的性能，比如高熔点(215℃)，相比于尼龙12更卓越的耐化学性，高气体阻隔性能，以及低吸湿性――在性能上介于尼龙6和尼龙12之间。
　　帝斯曼向来重视生物基材料的开发，其EcoPaXX树脂原料的70％源自蓖麻油。该产品的玻纤增强级材料在汽车冷却回路、结构件、引擎盖等部件的生产中获得了创新应用。其后，公司又推出了Arnitel Eco生物聚合物，据悉，该产品在体育休闲领域，以及汽车行业都有着广泛的应用。目前，帝斯曼已拥有EcoPaxx、Palapreg Eco及Arnitel Eco生物基材料，可为汽车市场提供愈加丰富的可再生绿色解决方案。(荣格)