眾所周知,在汽車行業,減重意味著油耗降低、二氧化碳排放減少,以及汽車動力性和安全性的提高。 過去,汽車廠商主要通過改進汽車所使用的鋼結構材料,如采用全鋁車身、鋁鎂合金或錳硼鋼等來降低車身重量。雖然汽車生產的最主要原材料還是鋼鐵,但業內人士已在考慮通過混合具有不同特性的材料,充分利用功能優化的材料組合,來實現減重的目標。
蒂森克虜伯生產的三明治鋼板
蒂森克虜伯在材料研發,尤其是復合材料領域,一直居于領先地位。
在輕量化材料方面,我們將以前無法融入到一種材料中的不同材料特性融合到一起,開發了擁有全新特性的三層鋼板復合材料三明治鋼板Tribond,采用這種材料的汽車零部件能夠達到比目前的熱成型解決方案減輕10%重量的效果。
蒂森克虜伯的另一創新夾心產品LITECOR 是一種高分子聚合芯層,外面包有兩層薄薄的鋼板,這種新型剛度增強型三明治材料比標桿車的鋼質結構車頂方案重量輕38%。
鋼塑復合材料
2016年秋季,在位于德國北部沃爾夫斯堡的一個名為Open Hybrid Lab Factory(OHLF)的輕型建筑園區里,蒂森克虜伯與全球知名的化工公司巴斯夫、注塑機械制造商Engel、印刷機制造商辛北爾康普、汽車零部件供應商麥格納和大眾汽車等攜手,整合跨領域的專業知識,共同致力于開發用于大規模生產,尤其是汽車制造業的混合部件。該項目獲得了德國聯邦教育與研究部的資金支持,德國弗勞恩霍夫協會及布倫瑞克工業大學也參與到了項目的協調中。
為了實現共同目標,項目組需要將所有項目參與者帶到同一張討論桌前,也需要應用于試驗生產的場地及各種設施。OHLF的作用正是如此,它將跨行業的精英團隊匯聚在了一起,同時還提供了各種生產制造工具,當然,在這里,蒂森克虜伯和合作伙伴們也在根據各自的需求,開發用于混合結構的新機器和工具。
小伙伴們可能會疑惑,鋼鐵和塑料的屬性差異如此明顯,為何要異想天開把這兩種材料復合在一起呢?研發人員的想法很簡單:鋼材可以用于任何必須擁有高強度的部位,在其他強度不那么重要的地方,我們當然可以使用輕便的塑料,達到減輕重量的目的。
就像歷史呈現的那樣,科學的魅力正是先提出一個看似不可能的想法,再把不可能變為可能。作為鋼鐵行業的集大成者,蒂森克虜伯自然當仁不讓,積極參與到了創新鋼材的探究和開發中。利用我們的專業知識,在OHLF里,蒂森克虜伯與合作伙伴共同找尋鋼和塑料混合材料的最佳組合,同時我們也和汽車制造商合作設計復合材料的初始應用。
蒂森克虜伯鋼鐵歐洲創新部門項目負責人Fabian Schongen博士表示:通過材料之間的完全牢固的結合,我們可以將鋼和塑料結構的優勢結合,使成型新材料的質量達到一個全新的水準。Fabian Schongen博士的話當然不是說說而已。我們已經研發出了在鋼鐵表面覆蓋塑料的創新鋼塑復合產品。
處理方式
為了讓鋼板上的塑料薄膜不易脫落,蒂森克虜伯開發出了專業的處理方式,通過對鋼鐵進行特殊的預處理,使其活化,緊接著,再使用注塑或壓縮模塑的方式將塑料或復合材料如碳纖維增強塑料(CFRP)施加到鋼板上,由此,鋼鐵和塑料便形成了緊密而持久性的粘合。當鋼板表面涂有塑料層時,鋼板上又可以被施加額外的塑料元件。
這種方式下制成的復合材料,不僅具有塑料的耐腐蝕和輕量性,同時具備鋼鐵的硬度和強度,也為汽車輕量化材料的運用開創了新的可能。
用途
鋼塑復合材料出現的意義是重大的,其未來的用途是多種多樣的,特別是在汽車制造中。例如,汽車頭部的保險杠承擔著吸收和緩和外界沖擊力、保護車身及乘員安全的功能,因此保險杠通常由鋼鐵制成。但現在,這一部件不一定非要完全由鋼鐵制成,它也可以由同時兼具高強度和輕量性的鋼塑復合材料打造。駕駛艙橫梁同樣可以使用這種材料,相對于純鋼,其輕量性可以給汽車帶來更少的能耗,只需螺釘便可固定的模具也大大提升了汽車生產過程中的靈活度。就目前所掌握的技術來看,汽車的前照燈、儀表板和冷卻系統等等,通通都可以使用這種鋼塑復合材料。
目前,在OHLF,蒂森克虜伯還在通過客戶和加工商進一步測試驗證我們的技術,為材料的批量生產做準備。預計不久,鋼塑材料打造的更輕量化、更環保、更安全的汽車就能和小伙伴們見面啦。