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製造複合材料,亦即以塑料與另一種物質結合,隨時可得到一加一大於二的結果。複合材料尤其適合需要“減重”的工業,例如航天界,正進行試飛的波音787夢幻客機,其基本結構便用上50%碳纖維增強塑料(CFRP)。近年,在建築及汽車工業,複合材料的應用尤其普遍,帶來輕量化及其他好處。
Plastics composites are particularly suited for industries in need for lightweight purpose, for example aviation industry. According to report, the test flying Boeing 787 Dreamliner uses as much as 50% Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) to product its primary structure. Plastic composites are being applied even more regularly in construction and automotive industries. Their latest applications will be introduced below, a proof that combining plastics with another kind of material might get multiplied effects.

玻纖增強混凝土模板 建材發展新里程

沙特基礎工業公司(SABIC)的業務部門——沙伯基礎創新塑料(SABIC's Innovative Plastics)在2011年墨西哥塑料橡膠展(Plastimagen Mexico)宣佈了一項最新行業突破,使用公司高性能LNP Verton長玻纖增強的複合材料製造出了新型可重複使用的一件式混凝土模板。

這種新型耐腐蝕複合材料模板由SABIC和一家頂級的墨西哥建築供應商Meccano de Mexico共同開發,用於替代沉重的傳統多件式鋼模板,可最多減輕40%的重量,使生產週期從三小時減少到幾分鐘,並有助於降低整體建築成本。該產品可謂建築材料領域的一個里程碑式突破。

Meccano de Mexico首席創新和開發官Salvador Jalife Lozano表示:“SABIC提供的材料技術、技術專長和本土服務促使我們能夠成功地為客戶開發並量產這款突破性的產品。憑藉LNP Verton複合材料,我們的新型混凝土模板可以為承包商帶來諸多好處,包括極大地節省時間、更容易搬運,以及重複使用所需的耐久性。這些模板有望改變混凝土板材在工地上成型的方式,有助於簡化施工過程,為Meccano及其客戶提供競爭優勢。”

該模板提供多種大小和配置:平均高度為1100毫米(3.7英尺),寬度有200毫米(0.8英尺)、300毫米(1英尺)和600毫米(2英尺)三種規格。一棟典型的聯排式住宅一般需要500塊板材。

“使用我們的LNP Verton複合材料替換金屬模板在建築領域是一個巨大進步,因為它滿足了這一行業的首要需求,即更好的材料、更快的速度、更低的成本和更簡單的使用。”沙伯基礎創新塑料美洲區總經理James LeGacy說道。

SABIC的LNP Verton結構複合材料有長玻纖增強,相比金屬可更加縮減系統成本、生產週期和重量,同時又能提供高要求混凝土工程所需的出色機械性能,包括尺寸穩定性、強度和防潮性。

傳統金屬模板的製造需要組裝30多種不同的部件,且最多要花費三個小時。與之相反,Meccano的一件式模板無需部件組裝,就可在數分鐘內準備好,提高了產量,有助於承包商更高效地建造房屋,降低整體成本。這一優勢對建造政府資助的房屋或其他注重成本考慮的項目來說尤其重要。

此外,LNP Verton複合材料相比金屬具有更輕的質量(比鋁輕20%,比碳鋼輕40%),模板可更加方便地運輸、移動到現場,而無需專門的設備或起重機。


GRPU玻璃窗既輕又保溫。
玻纖增強聚氨酯節能窗

有關建築方面的突破,尚有拜耳材料科技(Bayer MaterialScience)與江蘇源盛複合材料技術股份有限公司的玻璃纖維增強聚氨酯(GRPU)節能玻璃窗,整個窗框用聚氨酯製作,是國內首創。

GRPU節能玻璃窗使用的拉擠窗框型材是以玻璃纖維為增強材料,以拜耳的獨特聚氨酯樹脂為基體,通過先進的注射浸膠拉擠工藝生產出的窗框型材,導熱系數低,只有鋁合金的1/700,是優良的絕熱材料,尤其是在溫差大、寒冷或較炎熱地區有明顯的隔熱保溫節能效果。

GRPU線性熱膨脹系數與牆體的線性熱膨脹系數相近,因此,在溫度變化時,GRPU窗體不會與牆體產生縫隙,具有很好的密封性能;而且GRPU拉擠窗框質量輕且強韌,其拉伸強度、彎曲強度是鋁合金的2-3倍,是PVC的10倍以上;其彎曲模量是常規玻璃鋼的2-4倍,因此不需要加鋼襯補強,減少了組裝工序,並使其具有先天優越的隔熱性能。

除了出色的強度和較高的節能效果之外,GRPU窗戶也很環保,其拉擠窗框工藝採用拜耳的一種特殊聚氨酯樹脂,其中不含揮發性有機物。與同類的鋁製設計相比,生產GRPU窗框所使用的每磅原材料能夠節約近一半的能源,堪稱極具可持續特點的典範。

發展輕量但堅固的物料一直是拜耳的追求目標。除了早已存在的噴塗技術,拜耳的樹脂轉注成型、拉擠成型和包纏纖維,成功縮短生產複合材料的工序時間,協助促進汽車生產商的競爭力。拜耳透露,目前一款量產型convertible汽車正是使用該公司的物料製造引擎室外殼。使用這種類似Multitec短纖維,比起使用金屬引擎室外殼輕20%。

硬質結構泡沫 助汽車瘦身


E50的引擎蓋採用了由贏創開發的Rohacell硬質結構泡沫材料,重量減輕70%。
全新榮威E50 純電動車亮相上海國際工業博覽會上汽展台,該款電動車展示了來自贏創工業集團優異的輕量化設計解決方案。

這款新能源汽車由鋰電子電池驅動。榮威E50採用了來自贏創的多種輕量化材料,有助於大大減少能源消耗和二氧化碳排放,當中包括用於引擎蓋的增強複合材料Rohacell。

“我們非常自豪能為上汽的首款純電動汽車提供贏創輕量環保的先進塑料解決方案。”贏創大中華區輕量化設計項目負責人徐航說道。

榮威E50的引擎蓋採用由贏創開發的Rohacell硬質結構泡沫材料。該材料用作夾層結構的芯材。相比金屬引擎蓋,夾層結構複合材料減重效率高達70%。

得益於Rohacell硬質結構泡沫優異的耐熱性與機械強度,可以通過在130℃以上的溫度進行固化從而縮短固化週期,降低生產成本。由於低密度下仍具有很高的機械強度,即使很薄的Rohacell泡沫夾層結構,也可以打造出輕質、高強的車身部件。

陶性複合膜抵禦超高溫


這輛“Elise-E”僅重950公斤。
除了為中國汽車業提供輕量化解決方案,贏創工業集團又與英國著名車廠Lotus合作,製造出全球首架輕於1000公斤的電動跑車。

據報道,這輛“Elise-E”僅重950公斤,擁有150kW動力,由0-100公里/小時加速只需要4.4秒。“這輛跑車證明我們的物料能夠替汽車業界達到怎樣的成就。”贏創汽車工業部主管Klaus Hedrich說。

首先,“Elise-E”的動力來自贏創獨有的Cerio電池技術,這技術的重心是Separion分隔板。憑著板上的一種納米物質,贏創成功以低溫把陶料與一種無紡布聚合物燒結在一起,製造出可抵禦高達700℃高溫的Separion。這種新型靈活陶性複合膜不論在耐用度、性能、安全性及重量均非常優越。

“Elise-E”的車身亦大量使用之前介紹過的Rohacell,使用夾層架構能把車架重量大減。贏創指比起傳統金屬車架,使用Rohacell可把重量大減60-70%。

此外,贏創為了支持複合材料部件批量生產的要求,基於Vestamin固化劑的環氧樹脂體系,可以用於樹脂灌注生產工藝。成型週期進一步縮短從而能夠適應批量化生產的要求,表面順滑度更可達頂級水平。



帝人製造的CFRTP電動車慨念車架。
碳纖增強塑料量產技術

有關塑料在汽車應用方面的突破,還包括帝人集團的CFRP生產技術,能把生產部件週期縮短到一分中之內,適合量產汽車之用。這一突破更為該集團在去年贏得Frost & Sullivan全球汽車碳複合材料創新獎。

利用碳纖維製造車架,需要很長時間進行成型,故並不適合用於生產量產車。帝人發展出碳纖維增強熱塑性塑料(CFRTP),並研發出獨特的焊接技術,可以把CFRTP與鋼等不同材料結合,加上CFRTP成型自由度高,為汽車輕量化提供更大的發展空間。

帝人曾以CFRTP製造出僅重47公斤的電動車慨念車架,在去年12月更與通用汽車簽約,合作研究把CFRTP應用於量產車之上。可以預計,在不久的將來便會出現供大眾使用的CFRTP汽車。
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