圖1 搭載纖維增強熱塑性復合材料前組合防撞梁的現代i30

　　

　　現代汽車歐洲技術中心（HMETC）開發了一款纖維增強反應性熱塑性樹脂復合材料前保險杠梁。該保險杠梁由纖維增強反應性熱塑性樹脂拉擠和熱塑性樹脂嵌件注塑成型，包括由單向玻璃纖維預浸帶、玻璃纖維織物、碳纖維和反應性樹脂組成。該項目獲得2015年AVK增強塑料類創新獎，也是第一個采用反應性熱塑性拉擠成型工藝制造熱塑性前防撞梁。

　　

　　

　　

　　圖2 鋼制前防撞梁爆炸圖

　　

　　在九個多月的研發周期里，HMETC的工程師根據與汽車相關的原材料供應商以及知名學術人士的大量討論，徹底研究了最新的復合材料和制造方法。起初，團隊在現有的“工具箱”中找不到任何可以滿足現代汽車在重量、性能和成本方面的高期望解決方案。例如僅使用碳纖維復合材料可以明顯減輕重量，但材料成本與量產條件不符合要求。另一方面，現有i30前保險杠梁結構已經有8.7KG，且全部由高強度和超高強度鋼組成，顯然現有鋼部件的設計優化無法帶來巨大的減重空間。無論如何優化，一個2.1米長的鋼制前防撞梁制作工藝包括了26個不同的部件、24條激光焊接線和85條電弧焊線，其生產和組裝過程相當復雜的。

　　

　

　　

　　圖3 CQFD反應性熱塑性塑料拉擠成型設備(左)及其生產的連續纖維增強熱塑性復合材料產品可達到的性能(右)

　　

　　隨著傳統解決方案的排除，現代工程師不得不跳出“舒適區”思考以實現項目目標。由于與其強度和性能相比成本相對較低，因此很快就考慮使用先進的復合材料，并且該領域也具有很大的創新空間。在研究了不同的先進復合材料和工藝之后，反應性熱塑性塑料拉擠成型提供了很好的解決方案。這是由法國拉擠成型設備制造商CQFD Composites開發的一種可連續制造具有恒定橫截面的復合材料零件的工藝。玻璃纖維或碳纖維由熔融態熱塑性樹脂單體浸漬并牽引進入拉擠模具中。然后在成型過程中通過加熱使單體聚合，這樣纖維和塑料就可以在一個過程中結合——“液態模內反應聚合”。通過拉擠工藝生產出橫梁半成品，隨后以嵌件的形式放入注塑模具中，以完成前保險杠橫梁所有結構成型。這種技術不僅顯著減輕了重量，而且大大降低了工藝復雜性。因此，新結構僅包含三個主要部件，在兩個連續的生產步驟中生產和組裝。

　　

　　

　　

　　圖4 Hyundai纖維增強熱塑性復合材料前組合防撞梁

　　

　　前保險杠梁使用碳纖維和玻璃纖維增強熱塑性復合材料后重量顯著減輕，與鋼制材料相比，使用碳纖維和玻璃纖維增強復合材料可減輕3.6KG的重量，減重達到43%，在其中前保險杠梁結構中使用的玻璃纖維增強熱塑性復合材料就可減輕3.4KG。此研發項目其更實惠的成本和快速的生產效率也確保了該保險杠梁可以應用于大批量生產。該復合材料前保險杠梁經過了車輛性能驗證，例如低速保險測試、行人保護測試、EuronCAP 50和64 km/h碰撞測試。此外，新結構還包括一個牽引鉤，該牽引鉤也完全符合所有現代內部負載測試。