汽車用碳纖維復(fù)合材料研發(fā)方向討論

1、Page 1 20152015年年銀寶山新科技股份有限公司技術(shù)中心版權(quán)所有融匯尖端科技融匯尖端科技 雕琢世界品牌雕琢世界品牌 深圳市銀寶山新科技股份有限公司技術(shù)中心，成立于 2008年。本中心擁有一支專業(yè)、創(chuàng)新的技術(shù)隊(duì)伍, 由研發(fā)部、先進(jìn)制造技術(shù)研究所、標(biāo)準(zhǔn)化部、數(shù)字化部、知識(shí)產(chǎn)權(quán)部組成，負(fù)責(zé)開展產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)、創(chuàng)造運(yùn)用知識(shí)產(chǎn)權(quán)、建立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、構(gòu)建協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)、凝聚培養(yǎng)創(chuàng)新人才、推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新全過程實(shí)施，組織實(shí)施自動(dòng)化數(shù)字化技術(shù)改造，以解放技術(shù)生產(chǎn)力為使命，以保障公司技術(shù)競爭力和技術(shù)領(lǐng)先為目的，為公司的戰(zhàn)略和競爭優(yōu)勢保駕護(hù)航。深圳市銀寶山新科技股份有限公司技術(shù)中心汽車用碳纖維復(fù)合材料研發(fā)方向討

2、論2018.3.15Page 2 2匯報(bào)內(nèi)容Page 3 3一、纖維類型及關(guān)鍵技術(shù)碳纖維短切纖維由碳纖維長絲經(jīng)纖維切斷機(jī)短切而成。一般長度在1mm-100mm范圍。該纖維一般不能直接使用，會(huì)與樹脂含浸制成半成品待后道工藝使用。比如：SMC、LFT-G等碳纖維編織物由碳纖維長絲經(jīng)織機(jī)織造而成。一般分為機(jī)織物（平紋、斜紋、緞紋）、經(jīng)編織物和立體編織物（立體編織、立體機(jī)織、鋪縫）。適合做外觀。織物可以做成預(yù)浸料使用，或是直接使用，但一般需要進(jìn)行裁剪和預(yù)定型。比如：WCM和RTM。碳纖維碳纖維預(yù)浸料由碳纖維長絲經(jīng)預(yù)浸機(jī)與樹脂復(fù)合而成。一般分為單向預(yù)浸布和織物預(yù)浸料。預(yù)浸料直接使用鋪覆在模具上。由于預(yù)浸

3、料本身的特性，會(huì)更有設(shè)計(jì)性。比如：PCM碳纖維氈由碳纖維長絲制成的氈。碳纖維氈一般會(huì)作為補(bǔ)強(qiáng)或是特殊功能用?？梢耘c樹脂復(fù)合制成GMT使用。Page 4 4非連續(xù)纖維連續(xù)纖維VS1. 材料制造簡單。2. 可使用邊角料、廢料或回收材料，成本低是其最大的優(yōu)點(diǎn)。3. 纖維分散，容易用樹脂浸潤。4. 后續(xù)成型工藝簡單，流動(dòng)性好包括所有短切纖維和碳纖維氈，但主要使用短切纖維。包括所有預(yù)浸料和織物。1. 成型后，無法發(fā)揮纖維性能。2. 對應(yīng)成型工藝中均無法保證樹脂含量。1. 力學(xué)性能保留率高。2. 可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。3.一般成型過程中樹脂含量可控。1. 后續(xù)材料成本高。2. 成型設(shè)備和工藝成本高。3. 成型過程中

4、需要考慮纖維浸潤。Page 5 5關(guān)鍵技術(shù)纖維種類關(guān)鍵技術(shù)連續(xù)纖維1. 高速纖維浸潤技術(shù)開發(fā)；2. 低成本制造技術(shù)開發(fā)；3. 高表面質(zhì)量制件制造技術(shù)開發(fā)。非連續(xù)纖維1. 穩(wěn)定樹脂含量控制技術(shù)開發(fā)；2. 高纖維體積含量制造技術(shù)開發(fā)；3. 大尺寸纖維制造技術(shù)開發(fā)；4. 纖維均勻分布控制技術(shù)開發(fā)；5. 嵌入件或補(bǔ)強(qiáng)件連接技術(shù)開發(fā)。Page 6 62.1 HP-RTMHP-RTM（High pression Resion Transform Molding，高壓樹脂傳遞模塑），是通過增大注射壓力提升注射速度的有效方法。高壓意味著混合頭中的壓力高達(dá)150bar（約15MPa），模內(nèi)壓力高達(dá)30120ba

5、r（312MPa），具體多少取決于部件的尺寸和形狀。1. 充?？?、浸潤效果好，顯著減少了氣泡，降低了孔隙率；2. 使用高活性樹脂，縮短了生產(chǎn)周期，工藝穩(wěn)定性和可重復(fù)性高；3. 使用內(nèi)脫模劑和自清潔系統(tǒng)，制件表面效果優(yōu)秀，厚度和形狀偏差小?？蓪?shí)現(xiàn)低成本、短周期（大批量）、高質(zhì)量生產(chǎn)。4. 具有很高的工藝穩(wěn)定性和重復(fù)性。二、各成型工藝對比Page 7 7HP-RTM過程中的關(guān)鍵技術(shù) 纖維增強(qiáng)材料的預(yù)定型技術(shù) 高精度樹脂計(jì)量、混合及注射技術(shù) 成型模具溫度場均勻性和密封性設(shè)計(jì) 高精度液壓機(jī)及其控制技術(shù)RTM自動(dòng)化生產(chǎn)線3D編織HP-RTM的預(yù)定型技術(shù)模具壓制定型Page 8 82.2 WCMWCM（W

6、et Compression Molding，濕法模壓）是將樹脂浸漬的碳纖維編織物在潤濕的狀 態(tài)下置入三維壓模中，然后進(jìn)行壓型和硬化處理。優(yōu)點(diǎn)：成型快，可批量化生產(chǎn)，成本低。缺點(diǎn)：性能略差，樹脂含量控制和樹脂浸潤存在難點(diǎn)。Page 9 92.3 PCMPCM（Prepeg Compression Molding，預(yù)浸料模壓）工藝是將已經(jīng)用樹脂預(yù)浸處理好的預(yù)浸料放入模壓機(jī)中進(jìn)行直接成型。是目前為止最為普及的成型工藝之一。預(yù)浸料后視鏡模壓機(jī)Page 10 10各成型工藝對比表2.4 各成型工藝對比Page 11 11基礎(chǔ)材料成本對比（ HP-RTMPCMWCMGMTLFT-DSMC ）HP-RTM

7、樹脂：快速固化環(huán)氧液體樹脂，價(jià)格估計(jì)5060RMB/kg。纖 維 ： 碳 纖 維 織 物 ， 價(jià) 格 估 計(jì)250400RMB/kg。若購買編織預(yù)制體，則價(jià)格估計(jì)1000RMB/kg以上。WCM樹脂：快速固化環(huán)氧液體樹脂，價(jià)格估計(jì)5060RMB/kg。纖 維 ： 碳 纖 維 織 物 ， 價(jià) 格 估 計(jì)250400RMB/kg。PCM樹脂：快速固化環(huán)氧固體樹脂，價(jià)格估計(jì)5060RMB/kg。纖 維 ： 碳 纖 維 織 物 ， 價(jià) 格 估 計(jì)250400RMB/kg?；蚴褂美w維束，價(jià)格估計(jì)150280RMB/kg。成 型 材 料 ： 預(yù) 浸 料 。 價(jià) 格 估 計(jì)6001200RMB/kgSMC樹

8、脂：不飽和聚酯樹脂，價(jià)格估計(jì)1030RMB/kg。纖 維 ： 短 切 碳 纖 維 。 價(jià) 格 估 計(jì)50150RMB/kg。LFT-D樹脂：熱塑樹脂（PA、PPS、PP），價(jià)格估計(jì)1030RMB/kg。纖 維 ： 碳 纖 維 束 ， 價(jià) 格 估 計(jì)150280RMB/kg（T700纖維）。GMT樹脂：熱塑樹脂（PA、PPS、PP），價(jià)格估計(jì)1030RMB/kg。纖 維 ： 碳 纖 維 氈 ， 價(jià) 格 估 計(jì)5001000RMB/kg。如果使用回收纖維，價(jià)格估計(jì)200500RMB/kg 。Page 12 12HP-RTM設(shè)備：一臺(tái)模壓機(jī)、一臺(tái)高精密高壓注膠機(jī)、一臺(tái)預(yù)制體定型壓機(jī)。WCM設(shè)備：一臺(tái)

9、模壓機(jī)。PCM設(shè)備：一臺(tái)模壓機(jī)。SMC設(shè)備：一臺(tái)模壓機(jī)。LFT-D設(shè)備：一臺(tái)模壓機(jī)、雙螺桿注射機(jī)。GMT設(shè)備：一臺(tái)模壓機(jī)。設(shè)備成本對比（ HP-RTM LFT-D GMT WCM PCM SMC ）HP-RTM目前處于試驗(yàn)開發(fā)中，未有批量化生產(chǎn)。技術(shù)難點(diǎn)較多，還需開發(fā)預(yù)制體技術(shù)。無數(shù)據(jù)庫，但可參考預(yù)浸料數(shù)據(jù)庫。WCM目前處于試驗(yàn)開發(fā)中，未有批量化生產(chǎn)。技術(shù)難點(diǎn)較少。無數(shù)據(jù)庫，但可參考預(yù)浸料數(shù)據(jù)庫。PCM有批量化生產(chǎn)，技術(shù)成熟。技術(shù)難點(diǎn)少。有數(shù)據(jù)庫。SMC有批量化生產(chǎn)，技術(shù)成熟。技術(shù)難點(diǎn)少。有數(shù)據(jù)庫。LFT-D國內(nèi)無批量化生產(chǎn)，但國外技術(shù)成熟。技術(shù)難點(diǎn)少。無數(shù)據(jù)庫。GMT國內(nèi)無批量化生產(chǎn)，但國外

10、技術(shù)成熟。技術(shù)難點(diǎn)少。無數(shù)據(jù)庫。工藝開發(fā)成本對比（ HP-RTM WCM GMT LFT-D PCM SMC ）Page 13 13材料性能對比（ PCMHP-RTMWCMLFT-DSMC GMT ）HP-RTM制件質(zhì)量好，孔隙少?？稍O(shè)計(jì)性強(qiáng)。使用連續(xù)碳纖維織物，制件強(qiáng)度高。WCM使用連續(xù)碳纖維織物，制件強(qiáng)度相對高。制件質(zhì)量較差，孔隙較多，會(huì)一定程度上降低制件的性能?？稍O(shè)計(jì)性強(qiáng)。PCM制件質(zhì)量好，孔隙少?？稍O(shè)計(jì)性強(qiáng)，特別是單向預(yù)浸料。使用連續(xù)纖維，制件強(qiáng)度高。SMC使用短切纖維，性能不高，較難發(fā)揮碳纖維的力學(xué)優(yōu)勢。LFT-D使用切斷的纖維，性能不高，較難發(fā)揮碳纖維的力學(xué)優(yōu)勢。由于纖維尺寸相對較

11、長，可以通過工藝彌補(bǔ)。GMT使用纖維氈，性能不高，非常難發(fā)揮碳纖維的力學(xué)優(yōu)勢。如果使用回收纖維，性能更差Page 14 14 從各方面來綜合分析，我認(rèn)為銀寶山新的研究方向需要以熱塑性樹脂的LFT-D成型工藝為主，輔助研究PCM工藝或WCM工藝?；谝韵聨追矫娴脑颍篏MT需向其它供應(yīng)商購買原材料，其制品種類與LFT-D類似，沒有必要消耗時(shí)間去進(jìn)行研究。同時(shí)其它供應(yīng)商不一定具備生產(chǎn)能力。HP-RTM設(shè)備成本和研發(fā)成本太大。若無穩(wěn)定的客戶需求和資金來源以及有能力合作的研究院所投入與回報(bào)可能在短時(shí)間內(nèi)無法平衡。1.LFT-D目前能夠滿足熱塑性零部件的客戶需求，能應(yīng)對復(fù)雜形狀和對力學(xué)性能要求不高的零部

12、件。1.PCM（或WCM）工藝能滿足熱固性制品的客戶需求，可以制造具有高力學(xué)性能的承力結(jié)構(gòu)件和次承力結(jié)構(gòu)件，比如汽車底盤。Page 15 15研發(fā)流程三、研發(fā)團(tuán)隊(duì)配置及資源配置3.1 研發(fā)團(tuán)隊(duì)配置及工作Page 16 161.篩選合適的材料和供應(yīng)商。包括對樹脂和纖維。并進(jìn)行管理。2.建立完善的材料數(shù)據(jù)庫。依托于不同材料、不同工藝下的試樣測試數(shù)據(jù)。3.材料選型設(shè)計(jì)。依托于材料性能要求對現(xiàn)有材料進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，對新材料進(jìn)行選型。01材料工程師1.收集并建立測試標(biāo)準(zhǔn)，確保試驗(yàn)結(jié)果的符合性與可對比性。2.需求科研院所和企業(yè)合作，減少試驗(yàn)成本。3.對于沒有標(biāo)準(zhǔn)的測試項(xiàng)目，需自行進(jìn)行測試方法，并取得客戶認(rèn)

13、可。4.及時(shí)匯總和分析測試數(shù)據(jù)，并反饋給材料人員。05 檢測工程師1.根據(jù)客戶給出的工況要求和制件尺寸，反推出材料性能，并配合工藝工程師制定工藝方案。2.根據(jù)材料性能，對制件結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬驗(yàn)證，保證計(jì)算結(jié)果符合客戶要求。02 結(jié)構(gòu)工程師1.按照設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)及成型工藝設(shè)計(jì)合適的模具，包括各種工裝設(shè)計(jì)。2.根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果持續(xù)對模具進(jìn)行優(yōu)化。03 模具工程師1.根據(jù)客戶的材料和制件要求制定合理試驗(yàn)方案，并進(jìn)行工藝試驗(yàn)。2.負(fù)責(zé)對制造設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的改造，持續(xù)優(yōu)化。3.將制造工藝標(biāo)準(zhǔn)化，方便批量化生產(chǎn)。04 工藝工程師Page 17 17例1 現(xiàn)有材料性能可以滿足客戶需求Page 18 18例2 現(xiàn)有材料性

14、能不能滿足客戶需求Page 19 19目前已擁有PP和PA樹脂。3.2 實(shí)物需求（針對碳纖維LFT-D）暫時(shí)缺少碳纖維。研究過程中纖維的來源主要以高校合作、企業(yè)合作或購買的方式進(jìn)行。為了盡可能加強(qiáng)LFT制件的性能，碳纖維以Toray T700SC為主。1.樹脂與纖維復(fù)合可能浸潤性差；2.纖維表面上漿劑的耐溫性問題。風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)研究過程中樹脂的來源主要以高校合作、企業(yè)合作或購買的方式進(jìn)行。熱塑性樹脂以PP、PA和PPS為主，其中PA和PPS性能優(yōu)異。1. 缺少客戶對材料性能要求的輸入，無法對合作高?；驈S商提出要求，無法確認(rèn)材料種類和規(guī)格。2. 沒有詳細(xì)材料數(shù)據(jù)庫，目前僅能在項(xiàng)目進(jìn)行的同時(shí)，對國內(nèi)外現(xiàn)有

15、樹脂進(jìn)行試驗(yàn)積累。風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)纖維樹脂Page 20 20目前已擁有LFT-D注塑機(jī)和電子顯微鏡。設(shè)備配置1.由于汽車用熱塑性復(fù)合材料在國內(nèi)處于起步階段，部分測試項(xiàng)目需要自行建立測試方法。測試設(shè)備無法確定。2.所有測試設(shè)備必須符合測試標(biāo)準(zhǔn)要求，否則測試無效。風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)1.研究過程中的制造設(shè)備以公司購買為主。2.測試設(shè)備需要配置一些常規(guī)的設(shè)備。拉伸試驗(yàn)機(jī)（需夾具）、沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)、天平、電子顯微鏡。3.非常規(guī)測試項(xiàng)目以高校合作或測試中心付費(fèi)測試的方式進(jìn)行。4.制件測試設(shè)備以客戶要求或標(biāo)準(zhǔn)為主。制造設(shè)備專用注塑機(jī)+模壓機(jī)測試設(shè)備推薦自購：密度天平、烘箱、電子顯微鏡、拉伸試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)。需高校合作：SEM、DSC、DMAPage 21 21制造模具主要為制造最終產(chǎn)品、零部件或測試試樣的模具；檢測模具主要是為檢測最終制件的翹曲等模具尺寸要求用的模具。檢驗(yàn)工裝主要是在檢測試樣或者制件過程中涉及到需加裝在檢測裝置的輔助工裝。風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)研究過程中的模具以公司自主設(shè)計(jì)為主。但碳纖維設(shè)計(jì)理念與制造和其它種類的產(chǎn)品不同，需要注意。檢測標(biāo)準(zhǔn)需要優(yōu)先以客戶要求為主，或是使用行業(yè)認(rèn)可的通用標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)椴煌臏y試標(biāo)準(zhǔn)決定了測試尺寸、工裝夾具、測試條件以及設(shè)備。序號(hào)性能標(biāo)準(zhǔn)1玻纖含量EN DIN ISO 25642密度EN DIN ISO 11833熔融溫度EN