Background

碳纤维板模复合材料(CFSMC)在用复合材料制造产品方面具有多种降低成本的优势, compared to traditionally used non-crimp fabric (NCF) lay-ups. Parts do not need preforming, 不需要树脂浸渍步骤,处理和成型可以自动化, 根据最近的发展,在恒温下固化在三分钟以内. 极其复杂的形状可以用“a级”表面光洁度成型. 然而,SMCs的力学性能低于连续纤维体系. 此外,它们的力学行为也表现出相当大的可变性[1],2], 因此,汽车应用中的使用往往仅限于非结构件.

提高机械性能的一种方法是调整短纤维, using the resin flow during compression [3,4]. 当前技术的另一种方法是通过在成型过程中嵌入额外的单向(UD)纤维增强来提高性能和可预测性, just where it is needed at selective locations in an SMC structure.

Automotive boot lid diagram

上图: 汽车启动盖-显示单向碳带和钢紧固件嵌入短切碳纤维模塑化合物. Please note, image is purely illustrative.

Technology overview

澳门太阳集团城的研究人员已经开发出低成本的新功能, high manufacturing rate, lightweight structural parts. This is based on know-how in design and structural optimisation. The composition, 确定UD胶带的位置和方向,以获得所需的性能,并将零件厚度最小化. 重量, 成本效益和刚度根据负载最大化, 金属镶件可以牢固地嵌入零件的后续连接.

设计知识由一种新的制造技术补充, illustrated in Figure 1 below, 它克服了UD预浸带嵌入SMC结构的主要局限性之一, 即由于SMC流动所需的极高成型压力导致的UD纤维不对中. 制造过程允许对UD胶带进行部分预固化(b阶段),以避免这个问题. 使用弹性载体工具将UD胶带放置在模具型腔中,并对胶带施加与模具表面的一致压力. 胶带粘在模具表面,使其保持在模具表面所需的位置. The SMC charge is added and co-cured with rigidised UD prepreg. 交联发生在每个材料的两个树脂层之间,并允许最终混合部分的净形状共固化. 由于UD磁带没有被SMC材料流取代,因此避免了不对中. 橡胶增强器的使用确保UD的位置和方向一致.

制造业 technique diagram

上图: 图1 -使用橡胶增强剂放置和b级UD (a,b,c) until adhesion to the mould. SMC is then added and co-cured with the UD (d,e,f).

好处

  • 与高变异性的标准CFSMC相比,强度和刚度变异性低, providing high performance data values for part design;
  • Potential weight savings of 30% compared to current CFSMC parts and >50% compared to current magnesium or aluminium parts;
  • 减重可为高速制造提供高达25%的制造成本节约潜力;
  • Sub 3 minute mould cycle time for low thickness parts;
  • 与目前的CFSMC设计相比,在零件复杂性或表面光洁度方面没有妥协;
  • 与目前的SMC制造相比,模具投资没有增加;
  • 更广泛的适用于CFSMC制造的设计,包括高负载零件;
  • Patented process facilitates supply chain and OEM discussions.

应用程序

The design approach and manufacturing technique can be used for:

  1. 轻型结构组件,用于改善电动和其他道路车辆的性能和排放, such as vehicle platforms, 屋顶酒吧, 屋顶板, b, 舱壁, 阀盖内心世界, 引导层;
  2. 重量轻, high performance components for automotive, motorcycles and motor sport, such as sub-frames, suspension arms and strut attachments; 
  3. 用高性能航天部件替代金属部件或减轻重量, cost and manufacturing rate of composite parts;
  4. 运动型多功能部件,如电动滑板车和刀片底座;
  5. Industrial machinery requiring high stiffness, lightweight components, such as robots and other materials handling equipment.

机会

澳门太阳集团城正在寻求工业合作伙伴表达兴趣,希望利用设计知识和制造工艺来实现新产品.

被许可方和该技术的潜在用户被邀请进行联系.

专利

一项英国专利申请已经公布(GB2566752A), PCT申请正在进行(WO2019/063980A1).

知识产权状况

Patent applications submitted.

寻求

Licensing, collaborative development, consultancy.

数据

具有4点弯曲性能测试结果的通用结构测试单元

上图: 具有4点弯曲性能测试结果的通用结构测试单元. 

仿真值与实验值的刚度比较图

上图: Stiffness comparison between simulation and experimental values. Experimental range bars are displayed.

参考文献

  1. Qian C, Harper LT, Turner T a.,勇士N a. 不连续碳纤维复合材料的缺口行为:与准各向同性非卷曲织物的比较. Compos Part A Appl Sci Manuf 2011; 42:293–302. doi: 10.1016/j.compositesa.2010.12.001.
  2. Johanson K, Harper LT, Johnson MS,勇士N a. 不连续碳纤维复合材料的非均匀性:数字图像相关捕获的损伤起始.
  3. Harper LT, Turner T a., Martin JRB,勇士N a. 定向碳纤维预制件中的纤维取向。力学性能预测. J Compos Mater 2010; 44:931–51. doi: 10.1177/0021998309347769.
  4. Yu H, Potter KD, Wisnom MR. 一种新型定向不连续纤维复合材料制造方法(高性能不连续纤维法). Compos Part A Appl Sci Manuf 2014; 65:175–85. doi: 10.1016/j.compositesa.2014.06.005.

Automotive boot floor and suspension arm

上图: Automotive boot floor and automotive suspension arm.

汽车引擎盖内加强板和摩托车车架支架

上图: 汽车引擎盖内加强板和摩托车车架支架.