江苏常熟汽饰集团：热塑性连续纤维复合材料一体化成型技术 | 2021金辑奖

江苏常熟汽车装饰集团确认应用热塑性连续纤维复合材料整体成型技术入选2021金典奖汽车供应链百强。

应用技术:热塑性连续纤维复合材料一体化成型技术

应用领域:环保、轻质和新材料

图2e盆框架

图2d电池盒

创新和优势:

技术描述:

热塑性连续纤维复合材料作为一种新型的复合材料，在汽车工业中的应用仍然非常有限。与汽车车身结构中广泛使用的钢、铝等传统金属材料相比，它的比强度和比模量非常突出，也就是说，它在汽车结构轻量化设计中具有巨大的潜力。以连续纤维为增强体，以热塑性树脂为基体，不仅可以提供优异的力学性能、耐腐蚀性能和电绝缘性能，还可以利用热塑性材料的加工成型特性，在合适的成型自动化设备辅助下，实现大规模、低成本的工业化生产。该技术通过将不同的高效传统成型设备与最新的自动化技术相结合，可以设计开发出针对不同产品的通用成型生产工艺和设备，特别适用于基于新型连续纤维复合材料设计的大尺寸、高性能、结构性汽车零部件。这项技术也有相关的专利申请和成型模具的技术诀窍。

独特优势:

目前量产的产品主要在国外市场，包括车门模块安装板、制动踏板、底部护板、备胎舱、防撞梁、座椅骨架等。，且减重水平基本在-20%-30%之间；国内进口车型有国内应用，自主研发车型暂时没有相应的应用。但其实整车上还是有很多结构件，可以用来达到轻量化、减重、减排的目的。目前，我们正在与一家国内外制造商开发相关应用，其中一家可能成为世界上第一个由这种材料制成的相关产品部件。从新能源汽车的角度来看，电动汽车的动力电池组也是一个很有应用潜力的产品。从我们内部初步分析，使用该技术后，动力电池组无论是减重(30%)还是降低成本(20%)都可以有相当大的提升空间。而且一旦推动行业对电池组的安装尺寸和规格进行标准化和统一，在商业模式上也会有相关的创新和创造，可能会对整个电动车行业起到推动作用。对于这种材料来说，更换不安全的结构金属部件，既能发挥其最大性能，又能提供其性价比。虽然上面提到了各个部分的应用场景，但我们并不认为所有的应用都有其价值。比如刹车踏板，这类材料的使用并不划算，更成熟、符合使用要求的工程塑料可以替代金属件。一般来说，对于这类连续纤维热塑性复合材料，通过采用成型、注射成型等两种或两种以上的传统塑料加工方式，在充分利用原材料的基础上，结合产品的结构设计，可以优化性能和减重，单个零件减重比例可达-50%，从而提高整体制造效率和成本优化效果；同时，结合其他模具技术和自动化技术，一些后续的装配和检验工作可以集成到一个工艺流程中。这项节能减排技术的进步可以简单概括如下:

1.多工艺集成复合材料成型能力

它结合了成型工艺、注射成型工艺和复合模具的技术特点。传统的热固性复合材料以手工手糊、真空罐成型、简易成型、液态树脂成型为主，辅以机械切割和表面处理。从备料到成品，通常需要几道工序才能得到最终的成品。在这个加工过程中，除了劳动时间、能源消耗和原材料，还有环保和职业健康方面的问题。相对而言，采用新材料的一体化工艺可以大大简化整个生产过程，降低生产成本，对环境、职业健康和后续回收都非常友好。

2.柔性自动化智能制造方案，

该工艺可与现有成熟的塑料工业设备如各种压机、注塑机、机器人、快速加热设备、自动传输线路、红外测量、照相测量和比较设备相结合，为特定的产品制造和相应的产量和质量要求定制设计柔性自动化生产线。围绕集成主机，可以根据具体型号具体产品的生产和质量要求，设计出最经济的制造方案。

3.巨大的轻量化潜力，

在产品设计中，充分利用不同材料的性能特点，利用连续纤维的优异强度和改性增强材料的结构模量，使产品设计满足性能标准中对强度和刚度的要求。通过现有的产品仿真分析技术，可以对整个产品的静态和动态性能指标进行数值计算和分析，预测产品设计的结果，还可以对加工工艺进行初步的可行性分析，预测后续实际成型的可靠性，提前避免加工过程中可能出现的缺陷或考虑改进设计方案。通过产品设计和工艺设计的不断优化，同类金属产品的减重目标为30-50%，零件越大，减重的比例空间越大。

4.优异的工业生产效率，

对于汽车行业来说，年产2万辆是每个乘用车企业对每个车型的最低期望，也是企业生产能否做到技术经济的最低规模要求。目前国内市场各大厂商的畅销车型往往能达到20-30万辆的年产量，单款5-10万辆的车型也不少。相比航空航天、风力发电等主要使用复合材料的行业，产量非常巨大，对生产效率要求非常高，而主流乘用车面对的是非常火爆的市场，这也导致车企对产品成本的控制水平更高。传统的复合材料和工艺无法满足以上两点，而一体化成型技术可以同时满足效率和成本的要求。

应用场景:

目前，国内外从事R&D和以热塑性连续纤维预浸料片为原料的生产的原料厂商很多，但国内基本没有大型企业针对该类材料的应用和开发进行相关技术研发，对于整个汽车行业的应用和发展，更需要对各细分行业的产品进行相关应用设计和可行性分析能力。常熟汽车装饰作为上市公司，在产品应用分析和工艺技术研发方面处于国内领先地位。虽然我们的R&D部门成立仅三年，但在技术中心成立之初，我们就非常重视CAD和CAE的数字化产品设计和开发技术，尤其是在t……CAE能力建设，我们多年来根据实际需求投入了相应的分析软件，并不断招聘和培训相关技术人员，还与不同高校建立了项目合作和长期合作关系；三年来，我们领导、参与并实施了多项概念产品应用的开发，从性能分析、可行性分析到一些前瞻性研发项目的产品开发和样件制造，积累了一定的经验和技术诀窍。围绕轻量化、环保和安全，我们开发了多种汽车复合材料产品。目前已经研发并量产的产品包括很多车型的后备箱部件和新能源汽车的动力舱支架。这些设计方案经过CAE仿真优化，满足了产品原始材料的性能要求，并大大减轻了产品的重量。此外，早在2018年，我公司就验证了一体化注塑工艺的可行性，生产出了新能源商用车动力电池盒(图2d)，产品重量从最初的7.7kg(PPS)降低到4.1kg(CFRP)，减重47%。此外，我们公司与傅生李尔公司合作开发了马自达CX4前座盆骨架(图2e)。产品重量从最初的976克(钢)减少到450克(CFRP)，重量减少了54%，成本没有增加。轻量化的座盆框架已经在福生利尔实验室通过了系统测试，基本达到了设计预期。目前我公司正在为美国无人驾驶汽车公司Zoox开发座椅侧板。产品整体注塑成型，局部用CFRP加强，计划今年年底量产。

未来前景:

可以吸引众多厂商投资建设国内原材料(热塑性预浸料)和国内实体，开发和商业化高性能热塑性复合材料，长期来看将成长为一个非常有潜力的新兴市场。

可以打破汽车行业内不切实际的想象，在汽车零部件中大规模使用碳纤维材料可以降低成本，玻璃纤维复合材料的性能可以满足汽车零部件。结合创新的材料结构设计和零件设计，有很大潜力应用于汽车车身覆盖件和部分结构件领域。同时可以激发航空工业对于高性能碳纤维热塑性复合材料应用的想象力和创新空间，也可以推广到其他商业和民用行业，如电信、5G行业相关产品。

对于新的电池组产品概念的应用，一旦应用，短期内可以达到减重降本的目的，长期可以引发、建立和完善车用动力电池的统一规格和标准，实现规模化、低成本制造，逐步推动形成全新的商业模式，实现充电和储能的革命。

“金典奖”由盖世汽车发起并创立。旨在鼓励为中国汽车产业由大变强做出积极贡献的企业和个人，推动中国汽车产业转型升级，打造更具竞争力的合作创新关系，助力实现汽车强国目标。欢迎点击报名参选！江苏常熟汽车装饰集团确认应用热塑性连续纤维复合材料整体成型技术入选2021金典奖汽车供应链百强。

应用技术:热塑性连续纤维复合材料一体化成型技术

应用领域:环保、轻质和新材料

图2e盆框架

图2d电池盒

创新和优势:

技术描述:

热塑性连续纤维复合材料作为一种新型的复合材料，在汽车工业中的应用仍然非常有限。与汽车车身结构中广泛使用的钢、铝等传统金属材料相比，它的比强度和比模量非常突出，也就是说，它在汽车结构轻量化设计中具有巨大的潜力。以连续纤维为增强体，以热塑性树脂为基体，不仅可以提供优异的力学性能、耐腐蚀性能和电绝缘性能，还可以利用热塑性材料的加工成型特性，在合适的成型自动化设备辅助下，实现大规模、低成本的工业化生产。该技术通过将不同的高效传统成型设备与最新的自动化技术相结合，可以设计开发出针对不同产品的通用成型生产工艺和设备，特别适用于基于新型连续纤维复合材料设计的大尺寸、高性能、结构性汽车零部件。这项技术也有相关的专利申请和成型模具的技术诀窍。

独特优势:

目前量产的产品主要在国外市场，包括车门模块安装板、制动踏板、底部护板、备胎舱、防撞梁、座椅骨架等。，且减重水平基本在-20%-30%之间；国内进口车型有国内应用，自主研发车型暂时没有相应的应用。但其实整车上还是有很多结构件，可以用来达到轻量化、减重、减排的目的。目前，我们正在与一家国内外制造商开发相关应用，其中一家可能成为世界上第一个由这种材料制成的相关产品部件。从新能源汽车的角度来看，电动汽车的动力电池组也是一个很有应用潜力的产品。从我们内部初步分析，使用该技术后，动力电池组无论是减重(30%)还是降低成本(20%)都可以有相当大的提升空间。而且一旦推动行业对电池组的安装尺寸和规格进行标准化和统一，在商业模式上也会有相关的创新和创造，可能会对整个电动车行业起到推动作用。对于这种材料来说，更换不安全的结构金属部件，既能发挥其最大性能，又能提供其性价比。虽然上面提到了各个部分的应用场景，但我们并不认为所有的应用都有其价值。比如刹车踏板，这类材料的使用并不划算，更成熟、符合使用要求的工程塑料可以替代金属件。一般来说，对于这类连续纤维热塑性复合材料，通过采用成型、注射成型等两种或两种以上的传统塑料加工方式，在充分利用原材料的基础上，结合产品的结构设计，可以优化性能和减重，单个零件减重比例可达-50%，从而提高整体制造效率和成本优化效果；同时，结合其他模具技术和自动化技术，一些后续的装配和检验工作可以集成到一个工艺流程中。这项节能减排技术的进步可以简单概括如下:

1.多工艺集成复合材料成型能力

它结合了成型工艺、注射成型工艺和复合模具的技术特点。传统的热固性复合材料以手工手糊、真空罐成型、简易成型、液态树脂成型为主，辅以机械切割和表面处理。从备料到成品，通常需要几道工序才能得到最终的成品。在这个加工过程中，除了劳动时间、能源消耗和原材料，还有环保和职业健康方面的问题。相对而言，采用新材料的一体化工艺可以大大简化整个生产过程，降低生产成本，对环境、职业健康和后续回收都非常友好。

2.柔性自动化智能制造方案，

该工艺可与现有成熟的塑料工业设备如各种压机、注塑机、机器人、快速加热设备、自动传输线路、红外测量、照相测量和比较设备相结合，为特定的产品制造和相应的产量和质量要求定制设计柔性自动化生产线。围绕集成主机，可以根据具体型号具体产品的生产和质量要求，设计出最经济的制造方案。

3.巨大的轻量化潜力，

在产品设计中，充分利用不同材料的性能特点，利用连续纤维的优异强度和改性增强材料的结构模量，使产品设计满足性能标准中对强度和刚度的要求。通过现有的产品仿真分析技术，可以对整个产品的静态和动态性能指标进行数值计算和分析，预测产品设计的结果，还可以对加工工艺进行初步的可行性分析，预测后续实际成型的可靠性，提前避免加工过程中可能出现的缺陷或考虑改进设计方案。通过产品设计和工艺设计的不断优化，同类金属产品的减重目标为30-50%，零件越大，减重的比例空间越大。

4.优异的工业生产效率，

对于汽车行业来说，年产2万辆是每个乘用车企业对每个车型的最低期望，也是企业生产能否做到技术经济的最低规模要求。目前国内市场各大厂商的畅销车型往往能达到20-30万辆的年产量，单款5-10万辆的车型也不少。相比航空航天、风力发电等主要使用复合材料的行业，产量非常巨大，对生产效率要求非常高，而主流乘用车面对的是非常火爆的市场，这也导致车企对产品成本的控制水平更高。传统的复合材料和工艺无法满足以上两点，而一体化成型技术可以同时满足效率和成本的要求。

应用场景:

目前，国内外从事R&D和以热塑性连续纤维预浸料片为原料的生产的原料厂商很多，但国内基本没有大型企业针对该类材料的应用和开发进行相关技术研发，对于整个汽车行业的应用和发展，更需要对各细分行业的产品进行相关应用设计和可行性分析能力。常熟汽车装饰作为上市公司，在产品应用分析和工艺技术研发方面处于国内领先地位。虽然我们的R&D部门成立仅三年，但在技术中心成立之初，我们就非常重视CAD和CAE的数字化产品设计和开发技术，尤其是在t……CAE能力建设，我们多年来根据实际需求投入了相应的分析软件，并不断招聘和培训相关技术人员，还与不同高校建立了项目合作和长期合作关系；三年来，我们领导、参与并实施了多项概念产品应用的开发，从性能分析、可行性分析到一些前瞻性研发项目的产品开发和样件制造，积累了一定的经验和技术诀窍。围绕轻量化、环保和安全，我们开发了多种汽车复合材料产品。目前已经研发并量产的产品包括很多车型的后备箱部件和新能源汽车的动力舱支架。这些设计方案经过CAE仿真优化，满足了产品原始材料的性能要求，并大大减轻了产品的重量。此外，早在2018年，我公司就验证了一体化注塑工艺的可行性，生产出了新能源商用车动力电池盒(图2d)，产品重量从最初的7.7kg(PPS)降低到4.1kg(CFRP)，减重47%。此外，我们公司与傅生李尔公司合作开发了马自达CX4前座盆骨架(图2e)。产品重量从最初的976克(钢)减少到450克(CFRP)，重量减少了54%，成本没有增加。轻量化的座盆框架已经在福生利尔实验室通过了系统测试，基本达到了设计预期。目前我公司正在为美国无人驾驶汽车公司Zoox开发座椅侧板。产品整体注塑成型，局部用CFRP加强，计划今年年底量产。

未来前景:

可以吸引众多厂商投资建设国内原材料(热塑性预浸料)和国内实体，开发和商业化高性能热塑性复合材料，长期来看将成长为一个非常有潜力的新兴市场。

可以打破汽车行业内不切实际的想象，在汽车零部件中大规模使用碳纤维材料可以降低成本，玻璃纤维复合材料的性能可以满足汽车零部件。结合创新的材料结构设计和零件设计，有很大潜力应用于汽车车身覆盖件和部分结构件领域。同时可以激发航空工业对于高性能碳纤维热塑性复合材料应用的想象力和创新空间，也可以推广到其他商业和民用行业，如电信、5G行业相关产品。

对于新的电池组产品概念的应用，一旦应用，短期内可以达到减重降本的目的，长期可以引发、建立和完善车用动力电池的统一规格和标准，实现规模化、低成本制造，逐步推动形成全新的商业模式，实现充电和储能的革命。

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