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如何降低復合材料成本

發布時間: 2024-02-29 09:17:02

1. 現在汽車行業如何實行低成本戰略

為了降本增效,主機廠、零部件供應商卻經常苦惱於以下兩點:

1. 能夠產生的技術降本點子太少、降本金額太小

2. 為實施技術降本點子的一次性投入(驗證費用、模具費用)太大、降本回收周期太長

1. 能夠產生的技術降本點子太少、降本金額太小

2. 為實施技術降本點子的一次性投入(驗證費用、模具費用)太大、降本回收周期太長

形象地說,國內汽車企業降本增效的現狀猶如圖2,「路漫漫其修遠兮, 吾將上下而求索」(年初作者去某主機廠整車對標降低成本項目的路上)。



圖2汽車企業降低成本的現狀,「路漫漫其修遠兮, 吾將上下而求索」

為什麼產生的技術降本點子(VAVE點子)很少?

作者在通過和主機廠共同做降本項目時,觀察到一個較為普遍的現象:

研發工程師們多是從自己負責的一個零部件或者一個子系統去看,有沒有降本點子 ?由於觀察角度的局限,產生了個別降本想法後,又都被擋在產品標准、零部件要求書、耐久性、質量要求,甚至「造型部門決定」的「邊界函數」之外了,好不容易想到一個降低0.1元的點子,馬上又被自己或者以上這些原因被否決了。經驗教訓(Lessons Learnd)是什麼呢 ?

作者認為:

◆ 標準是經驗數據,無論國際標准、國家標准還是企業標准,它是前人的經驗和知識的積累,不是一成不變的,隨著新材料的開發、新工藝的產生、新的生產設備的出現,標準是需要修訂和跟進的。

◆ 零部件要求書也是需要時時「推敲」的, 比如,要求書是不是反映了客戶使用時的真實負載 ?過度工程(Over engineering)常常發生!

◆ 耐久性要求,它是不是大大超出客戶使用的整個生命周期 ?這里,可以列出無數的案例。

◆ 質量要求,沒有量化的質量要求不是質量標准,比如,無瑕疵的真皮現實中是不存在的,只有在定義每單位平方面積上容許多少個、多大的疤痕,才是真正的質量要求。

◆ 「造型部門決定」的,已經成了設計工程師們的「避風港」。造型部門,也只是整車開發的一個部門,它也需要在產品定義時聽取銷售部門反映的客戶需求,哪些是客戶特徵,哪些不是; 哪些是客戶關注的,哪些不是。造型的設計語言一定是與客戶和市場的需求緊密聯系,造型不單單是造型師的藝術品,比如,一個全鍍鉻的門把手,真的很好 ?如果在夏天,客戶去打開停車場曬了幾個小時的車門時,鍍鉻的門把手會燙手的(由於鍍了鉻的金屬塗層),這就不是客戶特徵了,而適得其反。取消鍍鉻,塑料表面增溫不多,降低了成本、又不燙手(保障了客戶特徵)。

◆ 標準是經驗數據,無論國際標准、國家標准還是企業標准,它是前人的經驗和知識的積累,不是一成不變的,隨著新材料的開發、新工藝的產生、新的生產設備的出現,標準是需要修訂和跟進的。

◆ 零部件要求書也是需要時時「推敲」的, 比如,要求書是不是反映了客戶使用時的真實負載 ?過度工程(Over engineering)常常發生!

◆ 耐久性要求,它是不是大大超出客戶使用的整個生命周期 ?這里,可以列出無數的案例。

◆ 質量要求,沒有量化的質量要求不是質量標准,比如,無瑕疵的真皮現實中是不存在的,只有在定義每單位平方面積上容許多少個、多大的疤痕,才是真正的質量要求。

2. 汽車碳纖維的低成本應用技術

汽車 碳纖維復合材料(CFRP)可以說是 汽車 輕量化發展中的明星材料,近年來,行業對於這一「黑色黃金」材料的應用研究也在不斷發展。隨著國內前途K50和蔚來ES6兩款量產碳纖維復合材料部件車型的亮相,自主品牌已進入碳纖維應用的量產時代!與此同時,碳纖維復合材料的應用范圍也不斷擴展。從車身、內外飾系統向底盤、動力總成系統延伸;從外覆蓋件材料向結構件材料或結構增強材料擴展。但是,碳纖維的高成本仍是限制其發展的重要因素。目前,商業級的 汽車 碳纖維主要為PAN基碳纖維,其高成本問題主要集中在較高的PAN 原絲生產成本和較長的生產流程。因此,降低車用CFRP成本的主要路徑是降低 汽車 碳纖維原絲成本,尋求低成本纖維生產工藝以及低成本的CFRP制備工藝。

1. 大絲束生產工藝

一般48K以上的碳纖維稱為大絲束碳纖維,大絲束碳纖維的性能優點主要在以下兩方面:(1)大絲束碳纖維對PAN原絲的質量要求相對小絲束要低,可以採用民用PAN絲。(2)大絲束碳纖維的製造成本是小絲束的60%左右。

但是大絲束碳纖維的生產難點在於:大絲束纖維聚積,展紗效果不好,紗片難以均勻浸潤,紗片厚度和質量很難達到產品結構設計的要求; 在展紗過程中經常出現紗毛,導致亂紗和斷紗,影響生產效率和產品外觀,材料性能得不到有效轉換,產品性能不穩定。

日本三菱和東麗公司是較早掌握大絲束碳纖維低成本製造技術的典型代表。近年來,國內上海石化、吉利石化、光威復材、蘭州纖維等企業也相繼進行這一前端技術的開發,目前已實現大絲束碳纖維的國產化。

2. 低成本碳纖維前體開發

相關數據顯示,PAN的價格約占碳纖維生產成本的50%。因此,國內外碳纖維生產商也開始尋求PAN以外的更低成本的原料來制備碳纖維。美國、日本等 汽車 碳纖維主要製造國家已經開發出了包括聚烯烴類聚合物、木質素纖維素、電紡酚醛纖維、輻射丙烯酸紡織物等在內的低成本代替材料。如:美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)從紙漿廢液中提取的木質素,通過熔紡和碳化製成了低成本碳纖維,生產成本可控制在4~5$/kg。陶氏化學將聚乙烯等纖維以無氧狀態「蒸烤」炭化,把碳纖維在平面上排列或編織成片,再用樹脂加固之後才成為CFRP。瑞典的研究機構Innventia和Swerea SICOMP也聲稱可以基於100%軟木木質素前體製造出重約1.8g的編織CFRP層壓板。

3. 混雜碳纖維技術

將碳纖維與其他纖維進行混雜,在性能上可以互補,能有效降低生產成本。如,將碳纖維與玻璃纖維、芳綸纖維等混合,通過合理的結構設計可在保持材料原本高性能的基礎上降低生產成本。

4. 預氧化工藝

碳纖維生產過程中預氧化時間長,導致生產周期長也是造成碳纖維生產成本高的一個重要原因。目前,已有研究對PAN原絲進行紫外線、X射線等物理處理或採用KMnO4、C6H5COOH等化學處理降低環化溫度,縮短預氧化時間。工藝方面,可改變溫度、時間、氣體氣氛等工藝參數,提升碳纖維的性能。

碳纖維復合材料的製造成本主要由兩方面構成。一是源於熱壓罐、自動鋪層等成 型設備價格昂貴,二是因為復合材料較長的成型時間,造成人力物力的消耗。因此,基於高效成型的樹脂材料和新型成型工藝將是碳纖維復合材料低成本優化的重要途徑。

環氧樹脂因其優異的粘合強度和模量、耐蠕變性、高韌性和良好的抗疲勞性能,是碳纖維復合材料的首選。美國Hexion(瀚森)和陶氏 汽車 系統先後推出了2種60s可「瞬間固化」的環氧樹脂。其中,Hexion針對樹脂傳遞模塑成型(RTM)和液體壓縮成型(LCM)工藝推出EPIKOTE TRAC06170環氧樹脂與EPIKURE TRAC06170固化劑,僅需20s樹脂注入時間(RTM或LCM)和40s固化時間就可完成復合材料成型。

而陶氏推出的用於LCM工藝的VORAFORCE樹脂,可以直接將樹脂均勻地塗敷在乾的纖維預製件上,並通過壓強使樹脂織物在厚度方向上均勻浸潤。


Gurit UK(英國固瑞特)也推出了「瞬間固化」環氧樹脂,其樹脂配方主要用於成套預浸料和熱進/熱出沖壓成型工藝。雖然該工藝固化周期需要 5min,但報道稱其製造的部件表面可達A級,無需模具後處理。

Huntsman Advanced Materials (亨斯邁先進材料)公司也宣布推出了一款快速固化的環氧樹脂。據亨斯邁介紹,該樹脂在140℃下僅30s就可固化,這使得1min內復合材料成型工藝成為可能。為此,亨斯邁還開發了與該樹脂配套的動態流體壓縮成型(DFCM),該工藝可以省去高壓注塑工藝,而且在很多情況下也可省略纖維預浸料工藝。與常規濕發壓縮成型(WCM)相比,該工藝的主要優點之一是可以減少層壓板層間縫隙,復合材料孔隙率低於1%,性能可媲美高壓的RTM工藝,且高達66%纖維體積含量(FVC)的復合材料可以在沒有特殊處理的條件來實現。

碳纖維復合材料的回收與再利用是降低碳纖維使用成本,提升其經濟附加值的一種有效方法。目前,對碳纖維回收方法的研究也在不斷更新,如,高溫熱裂解、氧化流化床法、超臨界流體技術等。

應用方面,福特在其2018年款的 探索 者運動型多用途車SUV中使用了再生碳纖維增強聚丙烯PP復合材料,用於A柱支架的剛性部分,代替原來使用的ASA材料。

3. 哪種PVC助劑(添加劑)可以使PVC製品在同等性能前提下,降低生產成本

有一款PVC超分散劑使用後可以大幅度提高無機粉體的填充量,同時達到提高產品質量降低生產成本目的。

PVC超分散劑對無機粉體和顏料高效的分散性,高效降低PVC多相復雜體系中相的表面張力,同時消除PVC多相復雜體系中相間相容性差所引起的微觀相間微裂紋和相間應力,極大提高PVC復合材料的力學性能,這款PVC超分散劑對PVC多相體系的高效融合,提高PVC加工性能和PVC製品表面光澤。

PVC超分散劑高效的相間融合能力可以大幅度提高PVC復合材料中無機粉體填充量50%~100%,而又保證良好的產品質量,極大地降低企業成本。

你可以去網路搜索一下,這款產品是最新研發出來的,很多客戶反饋都不錯哦。