成 果 简 介

应用场景

汽车前端吸能装置是车辆正面碰撞保护车体的主要承担者，通常包括防撞横梁与易压溃纵梁两个部分，并最终通过螺栓连接固定在汽车底盘上。此时防撞横梁作为冲击载荷传递过程中的第一接触者，将接触点的集中载荷通过刚性结构转为均布载荷，并将碰撞产生的能量向后方吸能盒传递。吸能盒在此载荷的作用下，通过塑性变形的吸收由防撞横梁传递来的能量，降低碰撞能量向底盘纵梁与车身A柱的传导值，从而起到保护车体与车内乘员的作用。以1.2T轻型轿车为例，在城市路段20km/h的低速正面碰撞中，将在0.1s内产生15~20kJ的能量转化，其中1/3的碰撞能量需要吸能盒来吸收。

以环氧树脂为基体，通过添加一定配比的木质素纤维稳定环氧树脂基体，同时掺入空心微珠进一步降低材料密度并提升基体材料的吸能特性，从而得到一种空心微珠/木质素纤维/环氧树脂三元复合材料，应用于溃缩式吸能盒的生产制造中。凭借于这种复合材料低廉的价格与优异的力学性能，可以极大地提升汽车前端吸能装置的效果，既能在车辆低速碰撞中保护底盘纵梁从而降低维修成本，也能在车辆高速碰撞最大限度的保护车内人员的安全。

这是一种全新的复合材料，利用空心微珠进行吸能，利用木纤维进行大裂纹破坏的约束，使得材料的吸能效果达到最优。随着制备技术的进步，这种三元复合吸能材料将不仅限于车用吸能盒，将具有更加广阔的应用场景，在阻尼吸能的各个领域都将大展身手。

主要解决的问题

（1）填补汽车前端吸能装置在国产中低端车型的市场空缺，避免汽车因低速碰撞导致纵梁变形引起维修成本增长的情况。

（2）从材料入手解决了低速碰撞下车身前端吸能装置安全性和轻量化的矛盾，为汽车厂商的前端材料设计提供新型解决方案。

（3）环氧树脂、空心微珠与木质素纤维均为可再生原料且成本低廉。空心微珠也即粉煤灰作为煤燃烧过程的熔融态产物，会造成大气污染，对生物和人体造成危害。将其作为生产原料能够废物利用，也进而促进了我国环保产业的发展。

技术要点

1、前期调研

对车用吸能装置与环氧树脂基复合材料进行行业调研分析；调查国产中低端车型中吸能装置市场年需求量；调查空心微珠、木质素纤维与环氧树脂成本与理化特性；调查并分析现有环氧树脂基复合材料生产工艺。

2、材料选用

考虑到所选材料需应用于溃缩式吸能盒的生产制造中，根据调研结果，应选用韧性较好、强度较高的E51型环氧树脂与聚醚胺固化剂；基于成本与环保因素考虑，根据调研结果，可选用粉煤灰式空心微珠与灰分含量11%左右的木质素纤维。

3、材料配比

根据原材料所表现出的理化性质，E51型环氧树脂与聚醚胺固化剂配比应接近3:1；粉煤灰式空心微珠的90%破碎强度应尽量接近基体屈服强度，目数可选用60目，配比含量可选择10%~15%；木质素纤维配比含量可选择2%~4%。

4、填料改性

为使粉煤灰式空心微珠和木质素纤维与环氧树脂结合界面更紧密，需使用KH-550醇水溶液对其进行表面改性。当KH-550含量为20%、PH=4、改性温度为50℃、改性时间2h为佳。

5、制备工艺

为使粉煤灰式空心微珠和木质素纤维与环氧树脂更好的混合，再依次加入环氧树脂、固化剂与填料后，可通过低速搅拌机进行搅拌，共混30min后压力注塑至涂覆了6#脱模蜡的模具，固化24~36h后进行脱模处理。

6、材料评价

通过对试样进行准静态压缩实验、动态压缩实验与仿真碰撞实验进行材料体系评价，可为后续重复性实验提供数据支撑。

应用成效

在相同的碰撞条件下,该复合材料吸能盒的比吸能为23KJ/kg,是传统钢制吸能盒的2.9倍;吸能盒的质量为1.3kg,较传统吸能盒的质量降低了0.8kg，能量吸收从5.703kJ增加至6.728kJ，增幅为17.97%。较传统钢制吸能盒有着较好的轻量化水平及耐撞性能，其低成本的特点尤其适合汽车工业的应用,在汽车的抗冲击吸能提高乘员安全性方面具有独特的优势。

适用范围

适用大部分安装汽车前端吸能装置的轿车，需要进行吸能设计的结构件或设备。

联 系 人：孟庆焕

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