成本優(yōu)化輕質(zhì)復合材料的連續(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)和應用，EconCore公司正在令熱塑性復合材料結(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。相對于熱固性復合材料，熱塑性復合夾芯板的生產(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，此外還增強了其性能。
0 L; _( Y7 I" J! f% J! q這項成功的創(chuàng)舉并不是某個人獨立完成的，而是由頂尖的復合材料制造商以及復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合夾芯部分可以實現(xiàn)完全集成的在一條生產(chǎn)線上完成。
0 d6 m& I( X+ ^. B( I( r$ W在夾層板中使用頂級加工工藝
EconCore公司的專利科技ThermHex可以稱得上是一項尖端科技，它使得熱固性塑料復合材料夾層板成為了一種價格劃算的產(chǎn)品。這項尖端科技也是生產(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。

3 @6 o3 p" z! m3 t( k4 ~: `連續(xù)層壓表層的步驟整合額外的整理措施，能夠根據(jù)需要進一步提高成本效益。對于熱塑性復合材料表層來說，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的技術(shù)。線速度達到10米/分鐘時，以上過程就能真正達到此技術(shù)使用者提高成本效益的要求。
4 z' B$ a9 }7 I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。其涉及的應用從包裝、標牌、汽車，再到運輸業(yè)建筑業(yè)等等，EconCore公司為他們生產(chǎn)價格相對低廉創(chuàng)新力卻很強的產(chǎn)品，而蜂窩夾層板芯材能同時滿足這兩項需求。
7 D6 j% [6 c* ~! Z& n% w4 C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。
! e8 M) I. X# ?1 H7 ?圖2. 適用在更厚、更長材料中的ThermHex Waben PP 蜂窩芯材。
- W4 f3 ?# s% _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——從這點我們可以看出ThermHex 蜂窩的經(jīng)濟潛力不僅比傳統(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。
如今復合材料應用已面向多種領(lǐng)域
交通運輸業(yè)：應用于拖掛車和空氣動力原件
/ \) x- R* S) b7 }8 a8 F多年以來，交通運輸業(yè)已經(jīng)有能力建立各種速度快但卻相對較重的運輸工具。隨著時間的推移，此行業(yè)越來越傾向于價格低廉且重量較輕的交通工具，這也就意味著交通運輸業(yè)的關(guān)鍵人物正在尋找一些能達到輕重且有競爭力價格的創(chuàng)新解決方案。
! L. l; k/ u& f! N' D2 A就輕量化性能來說，熱固性塑料復合材料（有機片材）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，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。長纖維增強熱固性塑料復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)品的價格相當有競爭力。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，相當于典型掛車壁尺寸的單片復合掛車面板。

: v" N" J( a0 S1 \8 `% F考慮到船隊經(jīng)理最主要的需求是將燃油效率提高至最高點，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、堅固以及價格低廉。上述情況使得投資回報能更快。
輕運貨車車廂
由于熱塑性夾層材料有很高的剛性，加之熱塑性復合表層有較高的抗壓性，人們發(fā)明了輕運貨車車廂，熱成型性使得其設(shè)計更為自由，這種車廂也越來越受到零件設(shè)計者的青睞。
8 F8 G% D6 ^: t* |鋼的熱塑性混合物
利用最佳的混合材料進行組合，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合在一起。這項新的組合物，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)建立了一種新標準，而目前建筑行業(yè)鋁復合材料板才是被廣泛應用的。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，越來越多的復合材料制造領(lǐng)軍企業(yè)將ThermHex技術(shù)應用到熱塑性復合蒙皮板中，這是該技術(shù)得到應用的體現(xiàn)。例如，歐洲領(lǐng)先的木聚合物復合材料制造商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。
- [( k- y! s, z* D/ \! j不同的應用要求，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用，當然，PA相關(guān)的板更適用于在高溫下能保持穩(wěn)定的應用。但無論是PP 還是PA，其特點都是質(zhì)地強硬且重量輕。而這些特點也是ThermHex 技術(shù)下蜂窩夾層材料的固有特點。使用這項技術(shù)，能夠使有機板材進一步滲透至整體熱塑性材料以及其它材料（例如鋼鐵）中去。

EconCore長期以來開發(fā)利用夾層復合材料潛能，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。其缺點就是不可循環(huán)、處理復雜，且對濕度敏感。對熱塑料復合夾層材料的細節(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)部應用設(shè)計師很欣賞該材料吸音功能。包含自然纖維的熱固塑料復合材料，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）汽動供應商合作，并得到制造和熱成型專家的支持，如R+S Technik GmbH?；诰郾┓涓C核和自然聚丙烯纖維混合物表層，這些夾層復合材料表面輕，但達到了規(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50%的重量。

航空業(yè)向來重視輕量級性能。蜂窩夾芯材料廣泛應用于飛機上。對于飛機來說，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)和應用中進行競爭。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，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)計也更自由。
EconCore正在和化學、高分子工業(yè)領(lǐng)跑者以及飛機內(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）順應熱塑性材料的創(chuàng)新（圖9）。聚碳酸酯FST 很有前景，已被證實具有可轉(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@項滿足航空業(yè)需要的技術(shù)進一步發(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@使其可以應用于許多不同的細分市場，這些細分市場普遍需求是降低成本、減輕重量。
( n4 P' N6 {* L& P+ @/ [+ x3 O圖9 “軌道交通——由于限制嚴格，只能應用FST 質(zhì)量夾層板”。
! X" `; q$ O" Q# M# w4 \另一項有意思的發(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——尤其使沖擊保護能力更強。諸如此類的蜂窩結(jié)構(gòu)能顯示。因為擁有自承重的特性，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，其性能得到進一步優(yōu)化，并且對于復合材料產(chǎn)品來說，價格相對低廉。

淡然

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