成本優(yōu)化輕質(zhì)復(fù)合材料的連續(xù)性熱塑蜂窩夾層材料

寂靜天花板

涉及到夾層板的生產(chǎn)和應(yīng)用,，EconCore公司正在令熱塑性復(fù)合材料結(jié)合輕質(zhì)熱塑性蜂窩芯與各種成分的熱塑性復(fù)合材料蒙皮的生產(chǎn),，具有更好的成本效率。相對于熱固性復(fù)合材料，熱塑性復(fù)合夾芯板的生產(chǎn)利用EconCore公司的ThermHex高速連續(xù)加工工藝，該工藝周期較短且能夠節(jié)省成本,，此外還增強(qiáng)了其性能。
! b% p5 L' t& a# W7 {這項(xiàng)成功的創(chuàng)舉并不是某個人獨(dú)立完成的,，而是由頂尖的復(fù)合材料制造商以及復(fù)合材料零件制造商合作共同完成的,。與朗盛（Lanxess）、東麗（Toray）以及其它頂尖公司一道,，EconCore致力于直面成本競爭力的挑戰(zhàn),，通過將頂尖材料與高速持續(xù)性的加工過程相結(jié)合，使得所有成分直到最終復(fù)合夾芯部分可以實(shí)現(xiàn)完全集成的在一條生產(chǎn)線上完成,。
在夾層板中使用頂級加工工藝
* }4 ?6 P6 w8 r2 oEconCore公司的專利科技ThermHex可以稱得上是一項(xiàng)尖端科技,，它使得熱固性塑料復(fù)合材料夾層板成為了一種價(jià)格劃算的產(chǎn)品。這項(xiàng)尖端科技也是生產(chǎn)熱固性塑料蜂窩芯材不可缺少的步驟之一,。熱塑性樹脂擠出利用原位或預(yù)擠出膜,，通過真空成形為半六邊形網(wǎng)并折疊成一個蜂窩芯,。連續(xù)真空成型以及芯材的轉(zhuǎn)換步驟,，發(fā)生在一個高速的系列生產(chǎn)線上，提供了極佳的成本優(yōu)勢,。

& m: V7 N8 {+ K5 c連續(xù)層壓表層的步驟整合額外的整理措施,，能夠根據(jù)需要進(jìn)一步提高成本效益。對于熱塑性復(fù)合材料表層來說,，基質(zhì)材料是與熱塑性夾芯相兼容的,。從表層到芯材的結(jié)合可以通過熱塑性焊接以及消除額外的粘合層來完成。對于混合表層以及芯材材料的組合（例如鋼和熱塑性塑料）來說，添加粘合劑層是最直接也是最先進(jìn)的技術(shù),。線速度達(dá)到10米/分鐘時,，以上過程就能真正達(dá)到此技術(shù)使用者提高成本效益的要求。
" M# G/ {! C( j5 y: X+ c1 F) H如今,，全球幾家著名的公司授權(quán)EconCore ThermHex技術(shù)生產(chǎn)由各種材料構(gòu)成的夾層板,。其涉及的應(yīng)用從包裝、標(biāo)牌,、汽車,，再到運(yùn)輸業(yè)建筑業(yè)等等，EconCore公司為他們生產(chǎn)價(jià)格相對低廉創(chuàng)新力卻很強(qiáng)的產(chǎn)品,，而蜂窩夾層板芯材能同時滿足這兩項(xiàng)需求,。
性能高、重量小的聚丙烯蜂窩芯
ThermHex Waben GmbH公司坐落于德國哈勒（Halle/Salle）市,，2010年,，在引進(jìn)EconCore公司的ThermHex技術(shù)并生產(chǎn)出PP 蜂窩芯后，此公司漸漸崛起成為蜂窩芯材市場的領(lǐng)頭羊,。這些蜂窩芯材被分配到較為松散的復(fù)合材料市場中去,，在這些市場上，轉(zhuǎn)換器層疊的熱固性樹脂以及玻璃纖維會作為表層生產(chǎn)部件來生產(chǎn)載重車廂,、拖車壁頂,、游艇甲板以及外壁、泳池等等,。
7 M+ c9 C/ v+ v# k2 S' b9 M: q圖2. 適用在更厚,、更長材料中的ThermHex Waben PP 蜂窩芯材。
9 T. i; V/ n0 o9 Y3 {2 h高性能且重量輕——其優(yōu)勢顯而易見,。如今一些廠商出于經(jīng)濟(jì)原因考慮不再使用傳統(tǒng)技術(shù)造出的熱塑性蜂窩——從這點(diǎn)我們可以看出ThermHex 蜂窩的經(jīng)濟(jì)潛力不僅比傳統(tǒng)方式制作的PP蜂窩大,，同時比泡沫等其它更弱的蜂窩芯材解決方案更能盈利。
如今復(fù)合材料應(yīng)用已面向多種領(lǐng)域
交通運(yùn)輸業(yè)：應(yīng)用于拖掛車和空氣動力原件
. N% o7 ^9 R% `. S多年以來,，交通運(yùn)輸業(yè)已經(jīng)有能力建立各種速度快但卻相對較重的運(yùn)輸工具,。隨著時間的推移，此行業(yè)越來越傾向于價(jià)格低廉且重量較輕的交通工具,，這也就意味著交通運(yùn)輸業(yè)的關(guān)鍵人物正在尋找一些能達(dá)到輕重且有競爭力價(jià)格的創(chuàng)新解決方案,。
% h3 m  M# a9 |5 V$ H8 s5 Y就輕量化性能來說，熱固性塑料復(fù)合材料（有機(jī)片材）蜂窩板在這一領(lǐng)域表現(xiàn)出眾,。對于掛車來講,，重量減輕10%就能使燃料效率提高6%-8%。如今,，隨著技術(shù)的加強(qiáng),，這種面板的生產(chǎn)變得越來越簡單,，生產(chǎn)成本也能維持在較低的水平。長纖維增強(qiáng)熱固性塑料復(fù)合物表層的抗壓性非常好,，同時低密度（且重量輕）的熱固性塑料蜂窩芯的穩(wěn)定性能也非常好,。這種加工技術(shù)能使產(chǎn)品的價(jià)格相當(dāng)有競爭力。小型蜂窩芯中靜止的空氣能夠降低對流,，并且提高熱絕緣性,。此連續(xù)性的過程也能夠適用于更寬的產(chǎn)品，生產(chǎn)商能夠生產(chǎn)大約45英尺長,、10英尺寬,，相當(dāng)于典型掛車壁尺寸的單片復(fù)合掛車面板。
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考慮到船隊(duì)經(jīng)理最主要的需求是將燃油效率提高至最高點(diǎn),，提高空氣動力的解決方案就顯得迫在眉睫了,。對于生產(chǎn)熱固性塑料復(fù)合蜂窩夾層板的廠商來講,，提高性能的方法是增加輕型空氣動力元素,，例如在板的兩側(cè)安裝空氣導(dǎo)流板，在混合物中加入可折疊尾翼,。ThermHex 流程的易變性意味著能在相同一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)類似的元素,，只是與拖車壁相比更薄,、更輕。拖車壁以及空氣動力元素的特性包含：輕重量,、堅(jiān)固以及價(jià)格低廉,。上述情況使得投資回報(bào)能更快。
! i; p. ^! X' h, S6 k輕運(yùn)貨車車廂
由于熱塑性夾層材料有很高的剛性,，加之熱塑性復(fù)合表層有較高的抗壓性,，人們發(fā)明了輕運(yùn)貨車車廂，熱成型性使得其設(shè)計(jì)更為自由,，這種車廂也越來越受到零件設(shè)計(jì)者的青睞,。
( m! O( x- Q8 l, F鋼的熱塑性混合物
$ L, U- J6 k9 w3 K) I; {- |利用最佳的混合材料進(jìn)行組合，最近使用ThermHex技術(shù)的創(chuàng)新產(chǎn)品,，是鋼材表皮熱塑性蜂窩夾芯材料,。塔塔（Tata）鋼鐵集團(tuán)是世界上最大的鋼產(chǎn)公司之一，在2015年11月德國斯圖加特市的工業(yè)貿(mào)易展——國際金屬板材加工展覽會上引進(jìn)Coretinium®,。Coretinium®這條生產(chǎn)線采用EconCore公司的專利蜂窩芯材生產(chǎn)技術(shù)制造而成,。此技術(shù)在一個連續(xù)的工藝中將Tata公司的鋼鐵與聚合物蜂窩材料復(fù)合在一起。這項(xiàng)新的組合物,，即鋼表皮與熱塑性蜂窩夾芯材料組合在一起,，在建筑行業(yè)建立了一種新標(biāo)準(zhǔn),，而目前建筑行業(yè)鋁復(fù)合材料板才是被廣泛應(yīng)用的,。Coretinium®與鋁以及蜂窩芯結(jié)構(gòu)的熱絕緣相比擁有更好的剛度重量,，是在交通運(yùn)輸業(yè)中（包括卡車、拖車,、公共汽車以及鐵路車輛）替代重型材料的絕佳選擇,。世界各地，越來越多的復(fù)合材料制造領(lǐng)軍企業(yè)將ThermHex技術(shù)應(yīng)用到熱塑性復(fù)合蒙皮板中,，這是該技術(shù)得到應(yīng)用的體現(xiàn),。例如，歐洲領(lǐng)先的木聚合物復(fù)合材料制造商Renolit GOR使用EconCore公司的ThermHex技術(shù)生產(chǎn)品牌名稱為GORCELL 的復(fù)合夾層產(chǎn)品,。該產(chǎn)品結(jié)合了PP蜂窩芯材和由木質(zhì)纖維或短玻璃纖維材質(zhì)通過層壓合成的PP膜,，由此產(chǎn)生的輕質(zhì)產(chǎn)品比單片復(fù)合材料的剛性水平更高，節(jié)約材料,、降低能耗,。通過加熱生產(chǎn)立體零件，這些產(chǎn)品被應(yīng)用于汽車行業(yè)的方方面面,，比如卡車車廂,，座椅靠背和廂式送貨車的內(nèi)部包層等，在此不做贅述,。
不同的應(yīng)用要求,，不同的材料選擇
通過熱塑材料生產(chǎn)蜂窩芯的過程能夠滿足使用ThermHex技術(shù)用戶的不同需求——EconCore公司和朗盛（Lanxess）公司在連續(xù)性玻璃纖維的基礎(chǔ)上合作，用熱塑性復(fù)合表層生產(chǎn)的夾層板就是個有力的例證,。Bond-Laminates GmbH公司是Lanxess的子公司,，致力于生產(chǎn)Tepex一類的復(fù)合物。EconCore公司和Lanxess公司制作夾層板時,，將Tepex表層和PP或者PA基質(zhì)材料以及ThermHex 技術(shù)下生產(chǎn)的PP,、PA蜂窩芯結(jié)合起來。無論是PP 板還是PA 板,，都有其特定適用的應(yīng)用,，當(dāng)然，PA相關(guān)的板更適用于在高溫下能保持穩(wěn)定的應(yīng)用,。但無論是PP 還是PA,，其特點(diǎn)都是質(zhì)地強(qiáng)硬且重量輕。而這些特點(diǎn)也是ThermHex 技術(shù)下蜂窩夾層材料的固有特點(diǎn),。使用這項(xiàng)技術(shù),，能夠使有機(jī)板材進(jìn)一步滲透至整體熱塑性材料以及其它材料（例如鋼鐵）中去。

9 V' P/ T6 m5 ]- jEconCore長期以來開發(fā)利用夾層復(fù)合材料潛能,，以降低重量和節(jié)省能量并環(huán)保,。最近通過對三夾層復(fù)合材料混合體表層以及聚丙烯矩形和聚丙烯蜂核的玻璃熱絲進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)這些材料有望超越現(xiàn)今聚丙烯,、玻璃纖維和紙蜂窩技術(shù),。傳統(tǒng)上,，這類熱固性塑料因重量和成本占得優(yōu)勢。其缺點(diǎn)就是不可循環(huán),、處理復(fù)雜,，且對濕度敏感。對熱塑料復(fù)合夾層材料的細(xì)節(jié)評估體現(xiàn)了對材料的要求,，即硬度更大,、更輕，可循環(huán)使用,，短期熱成型處理能力以及吸音功能,。
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汽車內(nèi)部應(yīng)用設(shè)計(jì)師很欣賞該材料吸音功能。包含自然纖維的熱固塑料復(fù)合材料,，得益于其透氣性,，能夠很好地吸音，并有望成為可持續(xù)性材料,。一個好的例子,，即汽動內(nèi)置門，由EconCore 與一級制造（Tier 1）汽動供應(yīng)商合作,，并得到制造和熱成型專家的支持,，如R+S Technik GmbH�,；�于聚丙烯蜂窩核和自然聚丙烯纖維混合物表層,，這些夾層復(fù)合材料表面輕，但達(dá)到了規(guī)定硬度,，并且由于其熱固塑料混合性,，通過傳統(tǒng)熱成型方法，形成復(fù)雜形狀,。相比傳統(tǒng)聚丙烯或者ABS注塑模型以及整體自然纖維合成材料,，夾層復(fù)合材料零部件在全球移動通信系統(tǒng)700-900 范圍之內(nèi)，能夠節(jié)省多達(dá)50%的重量,。
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航空業(yè)向來重視輕量級性能,。蜂窩夾芯材料廣泛應(yīng)用于飛機(jī)上。對于飛機(jī)來說,，性能是關(guān)鍵驅(qū)動因素,，為防止產(chǎn)生可能的影響，更高成本也是可以接受的,。將連續(xù)高速工藝生產(chǎn)的創(chuàng)新型折疊熱塑性蜂窩材料融入到復(fù)合材料蒙皮內(nèi)嵌層壓中,，為蜂窩夾芯材料打開了大門，使之能在一貫認(rèn)為蜂窩芯材解決方案成本太高而不愿加以考慮的行業(yè)和應(yīng)用中進(jìn)行競爭,。ThermHex技術(shù)的關(guān)鍵是,，它能生產(chǎn)蜂窩芯材,，而這些材料傳統(tǒng)上由于需要大量的應(yīng)用，因而對生產(chǎn)成本和速度不太敏感,。此外,，還可以利用夾芯效應(yīng),，增加較低和連續(xù)重量蒙皮之間低密度芯材的厚度,，使硬度性能更好，同時也不會增加重量或者造成成本損失,。其設(shè)計(jì)也更自由,。
+ K+ ]5 S$ P+ I; v# hEconCore正在和化學(xué)、高分子工業(yè)領(lǐng)跑者以及飛機(jī)內(nèi)部原始設(shè)備制造商一起朝著高性能高分子蜂窩芯材溶劑而努力,。也許最激動人心的領(lǐng)域是適合向使用ThermHex technology 的蜂窩夾芯轉(zhuǎn)變的火煙毒氣（FST）順應(yīng)熱塑性材料的創(chuàng)新（圖9）,。聚碳酸酯FST 很有前景，已被證實(shí)具有可轉(zhuǎn)換性,，而且按照初期測試來看,，與酚樹脂和芳綸紙組成的蜂窩溶劑相比具有性能競爭性�,！斑@項(xiàng)滿足航空業(yè)需要的技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展無疑非常有趣,，但是EconCore 的真正興趣是覆蓋包括地鐵在內(nèi)的更廣泛的公共交通應(yīng)用。在地鐵方面,，雖然高生產(chǎn)量更加契合高自動化,、高速生產(chǎn)工藝，但也存在包括相似的FST 需求,�,！盓conCore技術(shù)經(jīng)理托馬斯• 恰爾內(nèi)茨基（Tomasz Czarnecki） 表示，“ThermHex 技術(shù)就特性來講是通用的：各種蒙皮材料類型也許可以應(yīng)用于由任何基本熱塑性樹脂制成的蜂窩夾芯,�,！边@使其可以應(yīng)用于許多不同的細(xì)分市場，這些細(xì)分市場普遍需求是降低成本,、減輕重量,。
圖9 “軌道交通——由于限制嚴(yán)格，只能應(yīng)用FST 質(zhì)量夾層板”,。
. {. X* t1 X& G  J另一項(xiàng)有意思的發(fā)展是EconCore公司與東麗（Toray）工業(yè)公司共同合作完成的,。EconCore 公司通過運(yùn)用Toray公司生產(chǎn)的特殊材料聚酰胺，解決了蜂窩夾芯的難題,。NANOALLOY是一種熱塑性系統(tǒng),，其中聚合物機(jī)體中納米級彈性體的分散能夠使性能更加完美——尤其使沖擊保護(hù)能力更強(qiáng)。諸如此類的蜂窩結(jié)構(gòu)能顯示,。因?yàn)閾碛凶猿兄氐奶匦�,，因此諸如蜂窩結(jié)構(gòu)之類的結(jié)構(gòu)能夠表現(xiàn)出一般良好的耐沖擊性,。如今，將材料系統(tǒng)融入Toray公司的聚酰胺中,，其性能得到進(jìn)一步優(yōu)化,，并且對于復(fù)合材料產(chǎn)品來說，價(jià)格相對低廉,。

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淡然

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