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(duì)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,。
" o% ^3 m  {  O( j  i5 \這項(xiàng)成功的創(chuàng)舉并不是某個(gè)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(jìng)爭(zhēng)力的挑戰(zhàn),，通過(guò)將頂尖材料與高速持續(xù)性的加工過(guò)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。
1 D  T! i. K& Y) ^( f3 e9 Q1 P( R- M/ s在夾層板中使用頂級(jí)加工工藝
+ R' ?* t/ }) G2 `( O+ Q+ ?& B( w" eEconCore公司的專(zhuān)利科技ThermHex可以稱(chēng)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(shù)脂擠出利用原位或預(yù)擠出膜,，通過(guò)真空成形為半六邊形網(wǎng)并折疊成一個(gè)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(gè)高速的系列生產(chǎn)線上,，提供了極佳的成本優(yōu)勢(shì),。
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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(duì)于熱塑性復(fù)合材料表層來(lái)說(shuō),，基質(zhì)材料是與熱塑性?shī)A芯相兼容的,。從表層到芯材的結(jié)合可以通過(guò)熱塑性焊接以及消除額外的粘合層來(lái)完成。對(duì)于混合表層以及芯材材料的組合（例如鋼和熱塑性塑料）來(lái)說(shuō),，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(shí)，以上過(guò)程就能真正達(dá)到此技術(shù)使用者提高成本效益的要求,。
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(chē)，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(duì)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(shí)滿(mǎn)足這兩項(xiàng)需求。
$ P# C" r8 u1 {4 v6 O# u% h性能高,、重量小的聚丙烯蜂窩芯
ThermHex Waben GmbH公司坐落于德國(guó)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(chǎng)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(chǎng)中去，在這些市場(chǎng)上,，轉(zhuǎn)換器層疊的熱固性樹(shù)脂以及玻璃纖維會(huì)作為表層生產(chǎn)部件來(lái)生產(chǎn)載重車(chē)廂,、拖車(chē)壁頂、游艇甲板以及外壁,、泳池等等,。
圖2. 適用在更厚、更長(zhǎng)材料中的ThermHex Waben PP 蜂窩芯材,。
高性能且重量輕——其優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn),。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(shí)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
( A) N# {' g" _, n7 s交通運(yùn)輸業(yè)：應(yīng)用于拖掛車(chē)和空氣動(dòng)力原件
多年以來(lái),，交通運(yùn)輸業(yè)已經(jīng)有能力建立各種速度快但卻相對(duì)較重的運(yùn)輸工具。隨著時(shí)間的推移,，此行業(yè)越來(lái)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(jìng)爭(zhēng)力價(jià)格的創(chuàng)新解決方案。
就輕量化性能來(lái)說(shuō),，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(duì)于掛車(chē)來(lái)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(lái)越簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本也能維持在較低的水平,。長(zhǎng)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(shí)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(jìng)爭(zhēng)力,。小型蜂窩芯中靜止的空氣能夠降低對(duì)流,，并且提高熱絕緣性。此連續(xù)性的過(guò)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(zhǎng)、10英尺寬,，相當(dāng)于典型掛車(chē)壁尺寸的單片復(fù)合掛車(chē)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(dòng)力的解決方案就顯得迫在眉睫了,。對(duì)于生產(chǎn)熱固性塑料復(fù)合蜂窩夾層板的廠商來(lái)講,，提高性能的方法是增加輕型空氣動(dòng)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(lèi)似的元素，只是與拖車(chē)壁相比更薄,、更輕,。拖車(chē)壁以及空氣動(dòng)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,。
: w& E; T% R- |/ d. {1 I2 a輕運(yùn)貨車(chē)車(chē)廂
由于熱塑性?shī)A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(chē)車(chē)廂,，熱成型性使得其設(shè)計(jì)更為自由，這種車(chē)廂也越來(lái)越受到零件設(shè)計(jì)者的青睞,。
鋼的熱塑性混合物
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(guó)斯圖加特市的工業(yè)貿(mào)易展——國(guó)際金屬板材加工展覽會(huì)上引進(jìn)Coretinium®。Coretinium®這條生產(chǎn)線采用EconCore公司的專(zhuān)利蜂窩芯材生產(chǎn)技術(shù)制造而成,。此技術(shù)在一個(gè)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(chē),、拖車(chē),、公共汽車(chē)以及鐵路車(chē)輛）替代重型材料的絕佳選擇。世界各地,，越來(lái)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(chēng)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(guò)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(guò)加熱生產(chǎn)立體零件,，這些產(chǎn)品被應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)的方方面面,，比如卡車(chē)車(chē)廂，座椅靠背和廂式送貨車(chē)的內(nèi)部包層等,，在此不做贅述,。
' c- V: g4 ^) E% W, \5 M不同的應(yīng)用要求，不同的材料選擇
6 q6 b! f7 L5 t- |& i, X通過(guò)熱塑材料生產(chǎn)蜂窩芯的過(guò)程能夠滿(mǎn)足使用ThermHex技術(shù)用戶(hù)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(gè)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(lèi)的復(fù)合物,。EconCore公司和Lanxess公司制作夾層板時(shí),，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(lái),。無(wú)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(wú)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。
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EconCore長(zhǎng)期以來(lái)開(kāi)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(guò)對(duì)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(cè)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(lèi)熱固性塑料因重量和成本占得優(yōu)勢(shì),。其缺點(diǎn)就是不可循環(huán),、處理復(fù)雜，且對(duì)濕度敏感,。對(duì)熱塑料復(fù)合夾層材料的細(xì)節(jié)評(píng)估體現(xiàn)了對(duì)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。

汽車(chē)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(gè)好的例子,，即汽動(dòng)內(nèi)置門(mén),，由EconCore 與一級(jí)制造（Tier 1）汽動(dòng)供應(yīng)商合作，并得到制造和熱成型專(zhuān)家的支持,，如R+S Technik GmbH,。基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(guò)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(dòng)通信系統(tǒng)700-900 范圍之內(nèi),，能夠節(jié)省多達(dá)50%的重量。

0 o7 ]; W# d3 i/ o% a1 R# E+ u航空業(yè)向來(lái)重視輕量級(jí)性能,。蜂窩夾芯材料廣泛應(yīng)用于飛機(jī)上,。對(duì)于飛機(jī)來(lái)說(shuō)，性能是關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)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(kāi)了大門(mén),，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(jìng)爭(zhēng),。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(duì)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(shí)也不會(huì)增加重量或者造成成本損失,。其設(shè)計(jì)也更自由。
EconCore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(dòng)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(cè)試來(lái)看，與酚樹(shù)脂和芳綸紙組成的蜂窩溶劑相比具有性能競(jìng)爭(zhēng)性,�,！斑@項(xiàng)滿(mǎn)足航空業(yè)需要的技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展無(wú)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(dòng)化、高速生產(chǎn)工藝,，但也存在包括相似的FST 需求,。”EconCore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(lái)講是通用的：各種蒙皮材料類(lèi)型也許可以應(yīng)用于由任何基本熱塑性樹(shù)脂制成的蜂窩夾芯,。”這使其可以應(yīng)用于許多不同的細(xì)分市場(chǎng),，這些細(xì)分市場(chǎng)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”,。
9 ?( M, t! W$ N0 O* a9 P& @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(guò)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(jí)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(lèi)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(lèi)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(duì)于復(fù)合材料產(chǎn)品來(lái)說(shuō),，價(jià)格相對(duì)低廉,。

淡然

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