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【技术前沿】新技术节省制造复合材料的时间和成本

卓创资讯 王保营 2015-08-13 14:33:56
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    复合材料由非常结实的纤维通过牢牢嵌入一种聚合物(塑料)而被制成,这种聚合物主要决定了复合材料的加工特性。采用化学工艺,将至今仍不相容的两类塑料的最佳特性组合在一起,这便是赢创创新技术的核心——混合聚合物系统,它们组合了热塑性聚合物的良好加工性与热固性塑料的良好力学特性。由此,这家特种化工企业解决了复合材料行业的核心问题之一——如何更高效地生产复合材料。

    众多不同的应用领域对复合材料的需求巨大,例如,在汽车和航空工业的轻量化设计应用中,复合材料能够降低燃油消耗。据专家介绍,一辆汽车每减重100kg,可在100km的行驶中节省大约0.3~0.5L的燃油。在风机行业,复合材料确保了巨大的稳定性,而且使制造更大和更高效率的能源设备成为可能。

    但是,复合材料的生产过程仍然复杂且成本昂贵。自2014年后期开始,赢创在其位于德国马尔的试验工厂中,证明了混合聚合物系统的材料概念能够节省制造复合材料的时间和成本。首批潜在客户已经获得了试验的样品。第一批混合聚合物系统预计于2018年被推向市场。

    “我们的技术将有助于显著降低复合材料的制造成本。”赢创首席创新官Ulrich Küsthardt自信地表示:“我们致力于将此方法用于复合材料的批量生产。”赢创已提供了诸多用于复合材料的创新产品,以不断增强其在增长市场中的地位。

    赢创计划在中期实现复合材料市场数亿欧元的销售额。仅对碳纤维增强塑料市场而言,CCeV,一个由纤维复合材料领域中的诸多公司与研究机构组成的网络,有望到2020年以平均9%的年增长率稳定增长。

    由于复合材料能够将非常好的力学性能与低重量组合在一起,因此是实现轻量化设计的关键技术。复合材料的加工特性主要由聚合物决定。热固性塑料拥有非常好的力学性能,但相比热塑性材料却需要更长的加工时间。但在另一方面,热塑性聚合物则易于加工,能够快速地重新塑形并可回收,但却很少展示出像热固性塑料那样出色的力学性能。

    具备这种极为不同的特性的一个原因是:热固性塑料中的聚合物链是交联的,而在热塑性塑料中则不是。在交联与没有链接之间进行转换通常是不可能的,因为化学交联过程是不可逆的。

    然而,这恰恰就是赢创与卡尔斯鲁厄技术研究院合作、在生产混合聚合物系统中所实现的。在一个完全可逆的加工过程中,无需采用催化剂即可进行交联。加热引发交联脱离,并允许系统重新塑形。在冷却阶段,交联被再次创建且其形态变得稳定。

    一种特殊的狄尔斯-阿尔德反应导致了这一现象,在此,交联几乎实现了化学上的打开和关闭,材料特性甚至能够在反复的加热和冷却中得以保持。

    “我们与半成品供应商、设备制造商以及纤维增强塑料的加工企业紧密合作,为我们的混合聚合物开发适合的加工链。”赢创复合材料项目屋负责人 Sandra Reemers解释说,“我们的目标是提供系统的解决方案,为半成品和最终产品提供有效的生产工艺。”

    该复合材料项目屋成立于2013年4月,针对复合材料领域开发新材料、工艺和系统解决方案。项目屋是赢创战略创新部门Creavis的一部分。项目屋汇聚了公司不同业务部门的专家,更引入外部的专业人才。研究课题超过了现有的产品组合和技术,并致力于把这些项目推入应用阶段。

 
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