从奥迪R8碳纤维复材后壁看汽车结构的复合材料应用之路

　　Diebold表示，奥迪希望R8 Spyder的部分复材部件能采用泡沫夹层结构（foam-cored sandwich construction），特别是B柱填充物及后壁这两个部件。Roquette表示，奥迪采用泡沫夹层，其旨在减少各结构件、B柱填充物、强化件（consolidate part）中碳纤维的用量，同时提升其强度及刚度。

　　当奥迪R8 Spyder的车顶收起后，该款车型就变了一辆敞篷车。因此，强化B柱的性能就显得至关重要了。在非敞篷模式下，其底盘的稳定性及刚度取决于车门、车顶梁（roof frame）等部件的刚度及强度。在敞篷模式下，车门等部件更是要确保所需的稳定性及刚度。

　　奥迪希望采用树脂传递模塑（resin transfer molding，RTM）工艺，向被碳纤维包裹的泡沫材料中注入环氧树脂。Diebold回忆道，该计划的主要难题在于寻找一种易操控的内层芯材（core material），且该材料既不能太重（密度为100-150 kg/m3），也不能太轻。否则，在RTM加工过程中，该材料易被压碎。

　　奥迪最终敲定了一款全新方案，采用了基于聚甲基丙烯酰亚胺（polymethacrylimide，PMI）的泡沫，属于市面上相对较新的一款产品。Diebold表示：“该材质不易被压碎，易于处理。当时还尝试了其他芯材，但存在受热、成本或其他限制因素，最终无法采用该材料。”

　　他补充道，可采用模塑对泡沫材料加工成各种3D形状，实现凸起件、嵌入件（inserts）及其他金属部件的一体化。在对复材泡沫芯材进行加工时，无需进行机加工及研磨。此外，据Diebold称，聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）材料拥有均质芯材结构（homogenous cell structure），可耐受液压静力（hydrostatic testing）试验。

超快速树脂传递模塑的研发之路

　　最后一项研发难题在于：RTM工艺的精整（refinement），奥迪期望利用新工艺将各类材料融合到一起。相较于奥迪的研发目标，上述工艺精整显得颇为琐碎，最终，奥迪决定将该项工作移交给了一家一级供应商，由其负责相关的生产工作。

　　Roquette表示，高压树脂传递模塑（HP-RTM）成为汽车复材制造商的宠儿，尽管奥迪也曾考虑过是否要采用该工艺，但其注塑压力高达120-bar。若注入点的压力较高，会对泡沫芯材的一体性造成影响，奥迪并不想在性能上做出妥协。于是，公司寻求新方法，期望在降低注塑压力的同时确保生产周期不会被拖长。

　　这看似是一项无可能实现的任务，直到奥迪与致力于模压传感器（mold cavity pressure sensors）研发工作的研发机构取得联系后，该难题才得到解决。双方对RTM工艺中的（fine-tune）了注塑压力、压缩力（compression force）及模具间隙进行了精准调整（微调），从而进一步优化了该模塑工艺。

　　Roquette表示，奥迪与这类研究机构合作。据测试验证，在进行模塑工艺期间，若磨腔压力（cavity pressure）是一项基本控制变量（governing and primary variable），那么模具间隙高度及压缩力或许是一个可调节的中等值，可调整该数值，从而确保生产周期尽可能地快。即使无法做到很快，但至少也要比高压RTM工艺快很多。为此，奥迪将该工艺命名为超快速树脂传递模塑（ultra-RTM）。

　　对于奥迪R8 Spyder的夹层结构（sandwich structures），注塑压力不超过40 bar，最大模塑间隙可达0.6毫米，最大压缩力可达500 MT，而模具温度不得超过123℃。凭借该项新工艺，注塑时间可缩短至15秒，而整体生产周期时间可控制在5分钟以内。这意味着零部件的加工可采用体积较小、价格相对便宜的压缩机，且能耗较低，不会对芯材的一体性造成威胁（不易被压碎）。

新工艺向制造商的推广应用之路

　　Roquette表示，当奥迪首次打算为MSS制造复材零部件时，公司所制定的首个生产策略是与欧洲汽车复材加工商开展合作，因为后者或许拥有所需的产能及专业技术，可高效而快速地设计并制造奥迪所需的零部件。然而，奥迪最终还是决定自行研发这类复材及相关的加工技术。

　　Roquette表示：“据我们所知，若奥迪真的想要在复材领域取得技术突破，首先奥迪的研发人员务必要精通该领域的技术，其次，务必要采用自主研发。奥迪拥有一支规模超大的研发团队，所有人都在日复一日地花精力钻研该项目。”

　　等到奥迪材料及工艺的自主研发取得成果，并将其成果转交给负责实际生产的两大欧洲复材供应商时，对方也对觉得该合作所涉及的技术与产品均存在不确定性。Roquette表示：“因为这并非是奥迪从开放市场上购得的（成熟）技术。奥迪挑选的供应商也生产过这类材料，拥有多年的生产技术经验。然而，奥迪转交的自主研发技术与供应商所采用的技术截然不同。对于该项新技术，供应商方面有点难以接受。”

　　他还说道：“为此，奥迪为供应商提供了相关的技术展示，告知其新技术的应用方法。最终，奥迪说服了供应商，由后者负责这类零部件的生产，供应商为此也承担了许多风险。作为一家车企的供应商，要做到这一点确实很不容易。”

成本居高制约制造 奥迪继续探索新工艺

　　然而，该技术研发及应用并未止步于2016款R8 Spyder。2017年，奥迪引入了一款四座豪华车奥迪A8，该款车型采用了碳纤维复材后壁及后窗台板（upper rear shelf），上述两款部件都采用了碳纤维复材，也都采用了超快速RTM工艺。

　　Roquette表示：“体积越大，所需的工作量就越多。碳纤维成品部件的成本还是太高了。如今，公司将目光放在产品的方方面面，不仅仅是碳纤维的价格问题，还有RTM工艺的生产速度。此外，还要考虑树脂价格、粘合剂价格，整个材料链的价格。为此，我们务必采用全新的理念。”

来源：盖世汽车网