空心微珠

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空心微珠空心微珠/木質素纖維/環氧樹脂吸能複合材料技術應用案例，汽車前端吸能裝置是車輛正面碰撞保護車體的主要承擔者，為提升汽車前端吸能裝置的效果，填補汽車前端吸能裝置在國產中低端車型的市場空缺，避免車輛低速碰撞中保護底盤縱梁從而降低維修成本，也能在車輛高速碰撞最大限度的保護車內人員的安全。

目錄

一、應用場景

汽車前端吸能裝置是車輛正面碰撞保護車體的主要承擔者，為提升汽車前端吸能裝置的效果，填補汽車前端吸能裝置在國產中低端車型的市場空缺，避免車輛低速碰撞中保護底盤縱梁從而降低維修成本，也能在車輛高速碰撞最大限度的保護車內人員的安全。該技術以環氧樹脂為基體，一種全新的複合材料，利用空心微珠進行吸能，利用木纖維進行大裂紋破壞的約束，使得材料的吸能效果達到最優，相較傳統鋼製吸能盒有着較好的輕量化水平及耐撞性。隨着製備技術的進步，這種三元複合吸能材料將不僅限於車用吸能盒，將具有更加廣闊的應用場景，在阻尼吸能的各個領域都將大展身手。2020年在東北林業大學開展技術試驗應用。

二、主要解決的問題

（1）填補汽車前端吸能裝置在國產中低端車型的市場空缺，避免汽車因低速碰撞導致縱梁變形引起維修成本增長的情況。

（2）從材料入手解決了低速碰撞下車身前端吸能裝置安全性和輕量化的矛盾，為汽車廠商的前端材料設計提供新型解決方案。

（3）環氧樹脂、空心微珠與木質素纖維均為可再生原料且成本低廉。空心微珠也即粉煤灰作為煤燃燒過程的熔融態產物，會造成大氣污染，對生物和人體造成危害。將其作為生產原料能夠廢物利用，也進而促進了我國環保產業的發展。

三、技術要點

該技術以環氧樹脂為基體，通過添加一定配比的木質素纖維穩定環氧樹脂基體，同時摻入空心微珠進一步降低材料密度並提升基體材料的吸能特性，從而得到一種空心微珠/木質素纖維/環氧樹脂三元複合材料，應用於潰縮式吸能盒的生產製造中。

1、前期調研對車用吸能裝置與環氧樹脂基複合材料進行行業調研分析；調查國產中低端車型中吸能裝置市場年需求量；調查空心微珠、木質素纖維與環氧樹脂成本與理化特性；調查並分析現有環氧樹脂基複合材料生產工藝。

2、材料選用考慮到所選材料需應用於潰縮式吸能盒的生產製造中，根據調研結果，應選用韌性較好、強度較高的E51型環氧樹脂與聚醚胺固化劑；基於成本與環保因素考慮，根據調研結果，可選用粉煤灰式空心微珠與灰分含量11%左右的木質素纖維。

3、材料配比根據原材料所表現出的理化性質，E51型環氧樹脂與聚醚胺固化劑配比應接近3:1；粉煤灰式空心微珠的90%破碎強度應儘量接近基體屈服強度，目數可選用60目，配比含量可選擇10%~15%；木質素纖維配比含量可選擇2%~4%。

4、填料改性為使粉煤灰式空心微珠和木質素纖維與環氧樹脂結合界面更緊密，需使用KH-550醇水溶液對其進行表面改性。當KH-550含量為20%、PH=4、改性溫度為50℃、改性時間2h為佳。

5、製備工藝為使粉煤灰式空心微珠和木質素纖維與環氧樹脂更好的混合，再依次加入環氧樹脂、固化劑與填料後，可通過低速攪拌機進行攪拌，共混30min後壓力注塑至塗覆了6#脫模蠟的模具，固化24~36h後進行脫模處理。

6、材料評價通過對試樣進行准靜態壓縮實驗、動態壓縮實驗與仿真碰撞實驗進行材料體系評價，可為後續重複性實驗提供數據支撐。

四、應用成效

在相同的碰撞條件下,該複合材料吸能盒的比吸能為23KJ/kg,是傳統鋼製吸能盒的2.9倍;吸能盒的質量為1.3kg,較傳統吸能盒的質量降低了0.8kg，能量吸收從5.703kJ增加至 6.728kJ，增幅為17.97%。較傳統鋼製吸能盒有着較好的輕量化水平及耐撞性能，其低成本的特點尤其適合汽車工業的應用,在汽車的抗衝擊吸能提高乘員安全性方面具有獨特的優勢。

五、適用範圍

適用大部分安裝汽車前端吸能裝置的轎車，需要進行吸能設計的結構件或設備。