NS0822 新型单向预浸料用于复杂形状的体育用品

      上海玻璃钢研究院有限公司　　杨 萍 编译

Torayca®预浸料 ET40 具有复制形状良好的成形性，且保持与传统连续纤维 UD 预浸料 相同的力学性能。因 UD 预浸料结合了单向排列纤维和少量的树脂，提高了碳纤维的亮度、 强度和耐锈蚀性特点。然而，当制造复杂形状时，由于角落处的纤维搭桥，UD 预浸料局限 的成形性产生大量的缺陷，如褶皱、空隙和富树脂区。提高成形性的一种可行方法是使用织物。织物确定是其力学性能和表面平整度不如 UD 预浸料。另一种技术是在注塑成型和片状 模塑料（SMC）中使用碳纤维颗粒。后一种方法可以制造复杂形状，如凸形和凹形。但是， 采用此技术制造的纤维体积含量比 UD 预浸料低，并且由于使用预切纤维，其力学性能不足。

 

　　高力学性能

 

　　开发可扩展可变形的 Torayca®预浸料 ET40 可提供结合高力学性能和优异的成形性的创新产品。它具有 UD 预浸料的优点，无需权衡力学性能和成形性。Torayca?预浸料 ET40 通过 在 UD 预浸料中引入切缝，以可控方式，制造一种单向 SMC 材料，纤维束在同一方向有规律 的排列。这种方法允许纤维束在成型过程中一致而有规律的流动。因此可以形成复杂形状， 同时保持均质层压结构。由于特有的切缝模式，ET40 能获得 UD 预浸料的等效表面、模量和 超过 80%的强度（图 1）。

 

 

　　复杂形状和轻量化

 

　　Torayca®预浸料 ET40 显著地提高产品的质量和性能。采用薄板制造复杂形状的零件， 并能够创造比传统方法更轻的结构，第二个好处关系到模压成型提高生产率。通过一步法 ET40 预粘平板成型复杂形状零件，无需逐层预成形层压板。另外，层压板无需切割成准确 的模式或缝褶插入材料。这种创新材料的新的显著优势是 ET40 平板可形成多个筋，然而， 当采用 UD 预浸料制备层压板时，只能采用挤压树脂制造筋。ET40 的附加值是能够提供与织 物类似的良好的悬垂性。正交层压板相当于织物，很容易在室温或稍微高的温度手糊预成形 双轮廓形状，在预制体成型后，结果是一个高力学性能和高度审美外观。

 

　　拓宽复合材料的应用

 

　　ET40 预浸料由东丽复合材料研究实验室内部研制，然后由技术部门开发材料批量生产 技术。目前 ET40 样品由体育和休闲领域客户以及汽车、飞机和电气产品领域的公司来评估。产品于 2018 年 4 月在日本正式推出。

 

　　ET40 有潜力把复合材料应用扩大到需要高力学性能的产品上，UD 预浸料不能成型。ET40 可扩展可变形特点允许更大的设计自由度。潜在应用包括体育休闲但不局限于专注于美学设 计，因产品能提供高力学性能和结构件的生产。预计在不久的将来应用于飞机和汽车结构。预粘层压板简化的一步制造工艺可实现零件快速有效的大批量生产。ET40 也可使用快速固 化树脂体系，有助于降低成型周期时间，因此制造商选择采用它有许多优势。

 

　　体育应用

 

　　因 ET40 有潜力制造复杂形状结构零件，其应用将扩大复合材料的应用潜力。制造商将 具有更好的产品设计自由度，它会提供高力学性能和良好的成形性。通过采用 ET40，制造 商能提高生产率和制造更轻的产品，两者相结合有助于节约能源。ET40 可在交通领域应用， 如汽车和飞机，也可构建轻型汽车，对降低 CO2排放的目标有积极作用。

 

　　近，因其轻质性能和增加的设计自由度，许多高尔夫球棒制造商开始选择碳纤维复合 材料作为球头。Honma 高尔夫新采用 Torayca®预浸料 ET40 设计和制造多筋冠部。然而传 统碳纤维冠部厚 0.55-0.73mm，重 10-13g，ET40 的使用显著降低厚度和重量，分别达到 0.4mm 和 7g，使其成为上薄和轻的碳纤维冠部（Honma 于 2018 年 8 月研究）（图 2）。

 

 

　　在高水平打高尔夫球时，内部筋结构提供所需的强度和佳挠度。

 

　　摩托车锦标赛（MotoGP）是摩托车比赛的高类别，Suzuki 采用 Torayca®预浸料 ET40 代替传统织物预浸料应用于车身整流罩的制造。（图 3）这种材料因其良好的悬垂性，与织物预浸料类似，纤维面积质量和树脂含量方面材料选 择更大的自由度、树脂选择、模量和其优异的表面平整度而被选择。通过采用具有低树脂 ·36· 含量和简化的涂装工艺（由于其光滑表面）的 ET40，重量急剧下降大约 10%。另外，ET40 也可用于增强自行车铝合金车架构建更薄更轻的车架，同时保持所需的刚度。