2018年Automotive World:CFRP零部件和塑料成型件加工技术的展示

介绍推进轻量化发展的CFRP成型件和独特的树脂加工技术

2018/02/01

概要

  亚洲顶级的车辆尖端技术展—2018年Automotive World*今年迎来1,063家企业参展,于2018年1月17日~19日期间在东京Big Sight国际展示中心展出。包括同期举行的其他展会在内,共有约114,380人次参观,盛况空前。
  *包括第10届[国际]汽车电子技术展、第9届 EV/HEV驱动系统技术展、第8届 汽车轻量化技术展、第6届 网联汽车EXPO、第4届 汽车零部件及加工EXPO、第1届 自动驾驶EXPO 等展会在内。

  本届展会上,以“汽车轻量化技术展”为主,其他技术展也能看到汽车塑料相关的精彩展示内容。

 

クルマの軽量化技術展 CFRP共催ブース
汽车轻量化技术展 CFRP联合展台

 

  本报告将在安田聚合物调查研究所安田武夫所长的协助下,介绍在汽车领域扩大应用的碳纤维强化树脂(CFR(T)P*)相关的展示内容、以及受到关注的塑料成型加工技术。后续报告将介绍各类接合技术、材料和零部件供应商的主要展示内容。
 *CFR(T)P: Carbon fiber reinforced (thermo) plastics 碳纤维强化 (热塑性) 树脂

 

相关报告:
2017年东京车展:应用于自动驾驶和电动化零部件的塑料 (2017年11月)
2017年日本汽车工程学会:主要树脂材料厂商的技术展示 (2017年6月)
2017年日本汽车工程学会:树脂成型加工技术的展示 (2017年7月)
碳纤维强化树脂的最新技术:来自2017年Automotive World展 (2017年2月)



CFRP技术展示的多样化:混合成型、冷热成型、CFRTP片材加工等

  今年的Automotive Wolrd上,尤其在“汽车轻量化技术展”上,CFR(T)P相关的展示非常多。以下将介绍受到关注的相关展示内容。
 *CFRTP: Carbon fiber reinforced thermo plastics 碳纤维强化热塑性树脂

 

CFRTP混合成型件 (三和贸易)

  连续纤维热塑性材料TEPEX (PA) 与长纤维强化PA通过混合成型得到的高强度、高刚性制动踏板成型件。
 *PA: Polyamide 聚酰胺

  据悉,制动踏板是重要的安全零部件,原先属于树脂化难度非常高的零部件之一,通过采用该项技术,成功地在2014年首次实现产品化。此次展出的成型件是第2款实现实际应用的产品,为保时捷配套。后续配套也进展顺利。

  三和贸易的展台还展示了为本田FCV配套的后保险杠梁等产品。此外,后续报告还将介绍制动杆等产品。

CFRTP製ブレーキペダル
CFRTP材料的制动踏板

 

CFRTP冷热成型 (浅野)

  CFRTP材料的变速杆通过冷热成型模具在模内同时成型,是具有高附加值的产品。

  浅野开发优异的CFRTP成型等技术,计划应用至汽车领域。

  • CFRTP的混合成型技术 (融合了冲压成型技术 + 注塑成型技术 + 模具设计技术)
  • CFRTP + 金属的一体成型技术
  • CFRTP的高强度、低成本接合技术等
CFRTP製シフトレバー
CFRTP材料的变速杆

 

CFRTP片材成型件 (Rapiit)

  采用东洋纺的QuickForm (随机排列片材) 成型的CFRTP轮毂。该片材利用东洋纺独有的工艺,在连续强化纤维中浸渍热塑性树脂,是高性能的热塑性树脂的可冲压片材。具有极高的耐冲击性、高强度和高弹性以及高流动性。根据成型件的形状,还能选择最佳强化形态和成型工艺。

CFRTP製タイヤホイール
CFRTP材料的轮毂

 

CFRP+SunForce复合材料 (旭化成)

  为了克服CFRP的成型件不容易增加厚度的问题,将改性PPE发泡材料SunForce作为CFRP的核心材料使用,实现进一步的轻量化和高刚性 (相比CFRP单体轻量化25%)。
 *PPE: Polyphenyleneether 聚苯醚


产品优势:

  • 优异的阻燃性 (非卤素阻燃UL94 V0)、轻量性、设计自由度、尺寸精准度、隔热性
  • 高温刚性、强度、设计自由度适用于CFRP核心材料,复合材料与纯金属或纯CFRP相比,实现轻量化
CFRP+SunForce複合コンポジット
CFRP+SunForce复合材料

  积水化成品也展出同样的复合材料产品,以高性能发泡材料为核心材料、具有轻量化和高强度特性的CFRP复合发泡成型材料 (ST-LAYER) 的成型件。

 

CFRP相关材料和成型加工的展示

 CFRP相关材料的展示方面,还介绍了各类材料和成型加工系统等。

CFRP成型加工
  • CFR(T)P成型系统等  (IHI物流产业系统)
  • C(G)FRTP 混合成型系统  (佐藤铁工所)
  • 可利用CFRP成型的模具感应加热系统  (RocTool)

 *C(G)FRTP: Carbon (glass) fiber reinforced thermo plastics 碳 (玻璃) 纤维强化热塑性树脂

CFRP相关材料
  • CFRP用热硬化树脂CBZ  (日本U-Pica)
  • 长纤维强化C(G)FRTP  (中央化成品)
  • PA基体的CFRTP片材  (宇部兴产)
  • PEEK基体的CF强化UD胶带  (大赛璐-赢创)
  • CFRP用热硬化树脂的韧性改良材料的壳核橡胶 (Kane Ace MX)  (钟化)

 *PA: Polyamide 聚酰胺
  PEEK: Polyetheretherketone 聚醚醚酮


  佐藤铁工所的复合材料混合成型应用于本田Clarity Fuel Cell的后保险杠梁 (右图)。
 展板: 混合成型 / 系统工程

  佐藤铁工所表示,汽车的电动化趋势将使得轻量化需求扩大,预计CFRP将扩大在汽车领域的应用,但是其应用尚未迅速增加,今后或逐步扩大应用范围。

リアバンパービーム
后保险杠梁
复合材料的混合成型件


CFRP相关企业的联合展台:复合材料、热塑性树脂等

  NCC下一代复合材料研究会(*1)与Composite Highway Consortium (*2) 联合展出的联合展台上展出了约20家CFRP相关企业的新材料和工艺等。

(*1) 以复合材料相关的有志企业、研究机构等为对象的研究会
(*2) 以日本东海北陆地区的CFR(T)P的研发和人材培养等为目的的各类研究机构形成的组织


  介绍在CFRP联合展台上受到关注的展示内容。

CFRP共催ブース
CFRP联合展台

 

热塑性随机片材Flexcarbon (Suncorona小田)

  热塑性随机片材Flexcarbon是能够量产的冲压成型用CFRTP预浸料坯片。将碳纤维开纤至极薄,使完全浸渍热塑性环氧树脂的薄型带状片材的分布和积层形成一定机制。实现具有等方性、无空隙的高品质片材,还提高了生产效率。
  *CF: Carbon fiber 碳纤维

  正致力于在汽车和运动/工业领域实现实际应用。

熱可塑性ランダムシートFlexcarbonと成形品
熱塑性随机片材Flexcarbon与成型件
展板

 

混合纺线DUALON (Kajirene)

  混合纺线DUALON是用于热塑性CFRP (CFRTP) 的、相当于预浸料纺线 (碳纤维:PAN系,树脂纤维:芳香族PA) 的纤维。
 *PAN: polyacrylonitrile 聚丙烯腈
  PA: Polyamide 聚酰胺

 DUALON的特征:
・实现较高的浸渍性和织物加工性
・能按任意碳纤维含有率制作
・能以任意树脂纤维为基体使用
・碳纤维的纤度也不用特地选择
・碳纤维与树脂纤维的高度分散,实现CFRTP的高循环成型

コミングルヤーンDUALON
混合纺线DUALON

 

TAM成型法 (CAP)

  TAM (Thermo Assisted Molding) 成型法是CAP公司自主开发的模具的冷热成型技术。

  该技术的特点是模具的温度比树脂的融点更高,最高可达400℃。能在短时间内上下调节模具温度,因此除了在模具内为材料赋型*以外,还能同时进行在碳纤维内浸渍树脂的工序。由于不需要高价的热塑性预浸料,还大幅降低了材料成本。
 *赋型:不切割材料,使其变形、成型至产品的方法。


  CAP公司还从事热塑性树脂和碳纤维织布的热冲压成型、连续纤维CFRP与长纤维强化热塑性树脂的混合成型,展出了各类CFRTP材料的汽车零部件。

TAM成形品
TAM成型件

 

CF强化热塑性树脂片材CF-SS (市村产业)

  CF-SS (Carbon Fiber Stampable Sheet) 在基体树脂上采用PMMA、PA6、PA12、PC等,是加强各类CF的热塑性树脂,可在短短几分钟内完成高速冲压成型。
 *PMMA: Polymethyl methacrylate 聚甲基丙烯酸甲酯
  PA: Polyamide 聚酰胺
  PC: Polycarbonate 聚碳酸酯
  CF: Carbon fiber 碳纤维

 成型法方面,可进行可冲压成型、冷热成型、嵌件成型,适用于汽车的内饰、外板等用途。

CF-SS成形品
CF-SS成型件
展板

 

  除上述产品以外,联合展台还展出各类CFR(T)P相关产品和技术。

  • 热塑性CFRP辊轧成型的细长零部件  (大同工业)
  • 适用于CFRTP片材预备加热的红外线加热及温控系统  (浅野研究所)
  • 碳纤维片材  (日本玻璃纤维工业)
  • 连续碳纤维细丝通过3D打印制作的造形件  (Fudowtechno)
  • CFRP高速量产技术  (Tatsumi化成)
  • 利用TFP (Tailored fiber placement) 工艺制作的CFR(T)P成型件  (田岛工业)

 



独特的塑料成型加工技术:中空吹塑成型、热熔成型等

  吹塑成型应用得最多的车载产品是燃油箱,采用多层直接吹塑成型。近来,各类耐热导管、EGR管材等金属替代产品采用中空吹塑、3D吹塑、交换吹塑等吹塑成型技术。这些用途多数对耐热性有要求,因此采用工程塑料材料。

 

中空吹塑成型 (Altech)

  中空吹塑成型是以一道工序实现2D吹塑、注塑成型等传统成型工艺所无法实现的“细长、复杂形状导管”的成型工艺。


  中空吹塑成型法的优势:

  • 不会产生毛刺
  • 产品不会出现焊接缝,所以耐压强度高
  • 可用于细长件的成型
  • 生产周期短
  • 外观美观
  • 厚度均匀 (型坯壁厚控制机构)
樹脂製ダクト
树脂材料导管
展板: 中空吹塑成型机

  汽车的轻量化、发动机的小型化等趋势使得对树脂车载零部件的需求越来越多,开发技术也越来越先进,中空吹塑成型或将在汽车导管成型领域引发新的革新。

 

中空吹塑成型法

サクションブロー成形法
(出处:引用伊藤忠SysTech资料)

① 挤出成型机向储能器填充树脂,成型为型坯*。
② 型坯进入模具上部,从反面出口吸进空气 (吸气工艺),使型坯沿着模具内的形状到达模具下方。
③ 之后,通过使其膨胀 (吹塑工艺),成型为导管。
 *吹塑成型时,首先将颗粒状塑料原料在吹塑成型机内溶解,形成管状。一般将其称之为型坯 (parison)。

 

3D交换吹塑成型 (东洋纺)

  以3D形状置换材料 (高耐热TPC与PBT) 的同时吹塑成型的发动机舱内耐热通风管。

  将软质的TPC与硬质的PBT进行置换的同时进行成型,可以得到高耐热且具有柔软性兼具复杂性质的导管。PBT与TPC的相容性较好,因此可以在改变两种材料成分的同时进行成型。
 *TPC: Thermoplastic copolyester 热塑性共聚酯
  PBT: Polybutylene terephthalate 聚对苯二甲酸丁二醇酯

耐熱エアダクト
耐热通风管

 

采用USS工艺的连续冲压成型 (优尼冲压)

  采用发泡成型材料,除了轻量,还具备气动、耐热、隔音等综合性能的全球最轻PP地板下盖板。
 *PP: Polypropylene 聚丙烯

  优尼冲压自主开发的USS工艺将材料溶解后,延伸为片状,进行连续冲压成型,是完整的生产体系。能够以注塑成型的2~3倍速度进行成型,可以较低的成本生产大型轻薄的产品。修剪下来的残片还能重复回收利用。
 *USS: UNIPRES sheet stamping

PP製フロアーアンダーカバー
PP材料的地板下盖板

 

热熔成型 (HMM) (松本加工)

  热熔成型 (HMM) 是将热塑性粘合剂直接在电子件上注塑成型的成型工艺,具有优异的密封性能。在汽车领域属于较为新颖的成型工艺。

  使用的材料是聚酰胺系、聚酯系、聚烯烃系、聚氨酯系的热熔粘合剂。右图的AT零部件采用的是聚酰胺系粘合剂。

AT部品にHMM成形を採用
AT零部件采用HMM成型工艺
展板: 汽车零部件的配套案例

 

HMM的优势:

① 为了使成型部分具有箱体、壳体等外壳功能,可通过灌封省略所需的箱体,从而削减零部件个数和生产工艺步骤
② 根据嵌件成型的零部件形成形状,因此可削减使用的树脂量、实现小型轻量化
③ 与灌封法*相比,没有化学反应,可立即固化,因此可大幅缩短加工时间
 *注入两种热硬化型灌封剂的工艺
④ 由于可以低压、低温成型,因此能够在不对精密电子件 (传感器、开关、印刷电路板等) 产生损伤的情况下进行嵌件成型

 

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关键词

轻量化、树脂、塑料、CFRP、CFRTP、碳纤维、高刚性、热塑性、成型加工、混合成型、吹塑成型

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