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用于三维汽车部件及大批量面板的PUR复合材料夹芯板

   日期:2025-06-13     来源:author    浏览:139    评论:0    
核心提示:AscoriumCompoLite产品是将其聚氨酯(PUR)夹在玻璃纤维或天然纤维之间,通过机器人(16.270,-0.28,-1.69%)辅助喷涂和模压成型工艺或用于生产2D面板的连续压缩成型生产线制成所需的产品。
AscoriumCompoLite产品是将其聚氨酯(PUR)夹在玻璃纤维或天然纤维之间,通过机器人(16.270,-0.28,-1.69%)辅助喷涂和模压成型工艺或用于生产2D面板的连续压缩成型生产线制成所需的产品。

 

△图片来源:Ascorium Industries

部件生产部门首先在欧洲启动了建筑市场用PUR绝缘板的生产。在美国,Ascorium的零部件生产主要集中在仪表板、手套箱和货车车厢盖等汽车内饰部件上,这些产品是在其位于阿拉巴马州塔斯卡卢萨的零部件工厂制造的,该工厂使用其位于密歇根州奥本山的原材料工厂生产的PUR。

多年来,Ascorium逐渐完善了其用于生产PUR部件的连续加工生产线,并在过去的6年中开始将其在这些材料和加工技术方面的专业知识扩展应用到结合了PUR泡沫与玻纤增强材料的复合材料夹芯板等领域。

CompoLite和三维零部件工艺

于2018年推出的CompoLite产品,其基础形式是由隔板构成的一种夹芯板——将PUR泡沫放在通常由玻璃纤维制成的两个非织造织物表皮之间,即制成了隔板。Ascorium与客户合作,设计并制造采用CompoLite夹层结构制成的三维模压成型部件

“对于这些项目,我们将极为美观的A级表面外观与下方的轻质结构相结合”。Ascorium北美公司总经理 Stephane De Rycke解释道。

 

CompoLite部件由玻璃纤维毡层和Ascorium的网状PUR泡沫构成(图片来源:Ascorium Industries)。

制造一个CompoLite部件从用于生产A级表面的半自动喷涂工艺开始:机械臂将脱模剂喷涂到模具的下半模中,然后喷上一层(约1毫米厚)该公司的Colo-Fast PUR,这是一种有色的、可紫外固化的PUR,将形成部件的A级表面外观。接着,喷涂另一层该公司的Aro-Fast芳香族PUR,以便在制造过程中引入发泡剂,形成泡沫的蜂窝结构。所有的PUR层在模内一起固化,固化温度设置为65℃,固化后部件即可脱模。

接着,为模压成型步骤准备好上下模具,包括施加脱模剂以及放入各种金属的或塑料的嵌件,它们为特定的部件设计所需。首先将固化的表层放入下模,然后放入非织造玻璃纤维毡,接着再放入一层网状的PUR泡沫,最后放入另一层非织造玻璃纤维毡。虽然通常使用的是玻璃纤维,但也可以使用天然纤维。另一层Aro-Fast PUR作为最后一层被喷涂到该叠层上。

 

三维部件的铺层工艺涉及机器人辅助的液态PUR喷涂以及手工铺放非织造毡层和网状泡沫芯(图片来源:Ascorium Industries)。

然后闭合模具,在高温和高压下,结合了表层和复合材料夹芯层的最终部件即固化成型。De Rycke表示,与其他许多模压成型工艺相比,该工艺是在相对较低的温度和压力下进行的,因而能耗更低。最后,对脱模部件进行修剪并准备发送给客户。

订制的模具,复杂的纹理

De Rycke强调说,这项技术与其他模压成型工艺的最大不同之处是Ascorium能够将各种复杂的图案和纹理直接压印到部件的外表面上。

“它可以具有皮革外观或技术外观,或者客户想要的任何其他外观”。De Rycke解释道,客户通常是发送图案的图像,甚至只是提供一个大致的想法,即他们想要通过部件图案唤起的感觉类型,比如冰山的图像,或者回收利用的想法。Ascorium的团队帮助创建纹理设计,其中甚至可能包括用模内缝编来仿制皮革。

对于其生产的大部分部件,Ascorium与其模具供应商合作,开发带有镍壳(用于实现A级表面)的钢或铝模具。这个镍壳表面直接压印有纹理图案,该图案将被成型到部件上。

De Rycke表示,对于小批量项目,该公司已与模具供应商合作,开发了一种更低成本的临时使用的水凝胶模具,该模具也能够印上纹理图案。“因为这是一种非常温和的低压工艺,所以可以使用水凝胶模具。当然,它不会像金属模具那样耐用,但它是为小批量或一次性项目而设计的”。De Rycke说道。

汽车应用及其他

Ascorium使用其CompoLite材料和工艺制造汽车内外饰部件已有大约6年的时间,并在过去的2年中扩展到其他终端应用市场。

“我们从汽车部件开始,因为用于模压成型的金属模具对于该行业的大批量应用最有价值”。De Rycke说道,一旦开发出成本更低的水凝胶模具,该公司就能够将其技术扩展到其他小批量生产的部件市场。客户应用包括汽车仪表板、门板、手套箱、货车车厢盖和车顶板等。

一个成功的客户案例是宝马8系敞篷车的行李箱盖组件。“这是一个美观的部件,它还展示了我们能做什么”。De Rycke说道,“在A面,它拥有压印的订制缝线,而在B面,各种嵌件在成型过程中同时集成于此,而不是在成型后被粘接或固定到这里。所有这些都是在一个加工过程中完成的,在铺层过程中,液态PUR在嵌件周围形成,然后固化以使其固定到位”。Ascorium参与了该部件的多次迭代。

 

 

使用CompoLite制造的汽车部件示例,包括宝马8系敞篷车的行李箱盖(上)和高性能船用座椅靠背(下)(图片来源:Ascorium Industries)。

 

虽然Ascorium的3D模制CompoLite部件取得了成功,但其对材料的开发并没有就此止步。该公司开始在汽车和各终端市场看到了简单、扁平夹芯板的应用机遇,而且可能是大批量的生产应用。因此该公司决定整合其在产品(如基于低密度PUR的绝缘材料)连续加工方面的知识与其CompoLite产品的成功经验。

通过连续板材加工来提高产量

2023年,Ascorium在阿拉巴马州塔斯卡卢萨推出了一条连续生产线,用于制造平面复合材料夹芯板,该夹芯板可以被切割、可以接受各种方式的后处理并可用于各种应用。与供应商康隆合作开发的70 英尺双带连续生产线,能够以每分钟大约16英尺的速度生产4英尺×8英尺的夹层板,厚度为1/4英寸至1.5英寸。

 

 

Ascorium在阿拉巴马州的连续板材生产线采用与三维部件加工类似的材料,但被轧制成平板,该平板可以大批量生产并可以根据应用被切割成各种形状(图片来源:Ascorium Industries)。

在生产线的起点,玻璃纤维毡和PUR隔离毡的卷料被送到顶板和底板上。在生产线上,玻璃纤维毡之间铺有隔离毡,喷涂PUR液体,并通过压缩模具固化。“由于玻璃纤维和隔离毡都拥有开孔结构,因此液态PUR能够流经所有的层”。De Rycke说道。

他补充说,人们对这些面板在各终端市场的应用非常感兴趣,包括橱柜、船用内饰和甲板面板、拖车床、货物(对于木箱来说太重的货物)运输箱、建筑面板、公共汽车座椅靠背和太阳能(4.310,-0.05,-1.15%)模块等。

 

生物基材料和回收

除了开发用于CompoLite的材料和工艺外,Ascorium还着眼于未来,并已开始开发由生物基材料或回收材料制成的产品。对于使用其材料制成的产品,该公司还在研究这种产品报废(EOL)后的回收方法。比如,该公司称其产品为bio-ready,并正在开发由蓖麻籽的蓖麻油制成的部分生物基PUR。De Rycke表示,目前Ascorium能够生产生物基含量高达22%的PUR,并确保拥有与原生材料相同的性能。目前,该公司正在努力提升生物基含量。

De Rycke表示,最大的挑战是市场的采纳,因为生物基材料通常比传统材料贵一些。他补充说:“这是先有鸡还是先有蛋的事情。目前,使用任何形式的生物基材料都较为昂贵,无论是复合材料还是生物燃料还是其他任何东西。总有一天,这将是一个巨大的市场,我确信这会从欧洲开始,但我们还没有达到那个水平。我们正朝着这个方向采取措施,在市场准备好采用这些产品时能够提供它们”。

 

 

Ascorium的2D面板可以拥有各种颜色和表面纹理。该公司正在开发由天然纤维或回收织物制成的商用面板(图片来源:Ascorium Industries)。

除了生物基产品,Ascorium还为其聚氨酯(PUR)基复合材料专门开发了一种回收工艺,用以分离纤维层和树脂层,以及分解PUR,以便再制造成新的材料。“PUR以难以回收而闻名,但实际上并非如此”。De Rycke说道。Ascorium的PURe回收系统是一种化学溶解工艺,涉及向产品中添加乙二醇和液态催化剂,以启动对PUR的解聚反应。

 

Ascorium的PURe回收工艺旨在从其聚氨酯材料中回收原始成分,以便再制造成新的产品(图片来源:Ascorium Industries)。

在实践中这是如何运作的呢?首先,根据需要将EOL部件切成较小的块,然后浸入添加有乙二醇和酶的罐中。接着将罐加热到180℃,并不断搅拌混合物。糖酵解过程打破PUR中的化学键,使其分离成原始的液态多元醇组分。纤维和任何其他材料(如嵌件)则留在罐底。

然后,通过过滤去除多元醇混合物中的颜料或其他废颗粒,由此获得的多元醇能够被重新投入Ascorium的PUR制造过程中,以制成新的材料。据De Rycke称,高达90%的PUR可以得到回收和再利用。回收的纤维也可以进入玻璃纤维的回收再利用过程中。

“我们已经证明了该回收工艺的有效性”。De Rycke说道,“这不是一个复杂的过程,我们也不是唯一使用该系统的公司。现在的问题是,我们将从哪里获得要回收的材料?我们现在必须组织起来,建立一个供应链”。

 

当前,全球交通行业正加速向智能化、绿色化、数字化、轻量化、超高速化转型升级,复合材料凭借其轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳及优异可设计性等核心优势,已成为突破行业技术瓶颈、实现降本增效与绿色发展的关键材料。为促进国内交通与复合材料行业发展,推动产业转型升级、产品结构调整,探索更为广阔的发展前景,复材网将定于8月6日-8日江苏·常州召开“2025交通领域与复合材料技术创新与应用研讨会”。本次会议以"智联复材新生态,共筑交通新未来"为主题,聚焦"产学研用"协同创新,重点围绕航空低空、轨道交通、汽车、船舶等领域,深入探讨复合材料技术创新路径与产业化应用方案。诚邀国内外交通领域行业专家、航空领域、轨道交通行业、汽车产业、船舶行业代表、专家学者和行业同仁莅临大会,携手推动行业向更高效、更安全、更可持续的方向发展。 
 
 
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