面向CFRP组件的创新模塑紧固件

来源：CW

今年巴黎JEC展汽车世界展区项目展示中，展出由Böllhoff Otalu(法国La Ravoire)，德国紧固件供应商Böllhoff(比勒费尔德)法国子公司开发的模塑嵌入式紧固件。Yann Bernard任Böllhoff IMTEC HR产品经理，IMTEC HR代表In-Molding TECnology High mechanical Resistance紧固件。他解释IMTEC HR与汽车OEM创新部门共同开发。“要求我们攻克重型结构达高性能。我们能造极强复合件，但弱点在装配。需求是总成装配如座椅，须固定地板。”Bernard注：典型金属结构用拉铆螺母或焊接螺母固定地板。“但现在地板可能是复合材料。如何紧固这类复合结构？”

目标是足够强固定复合件、又具成本竞争力、适应大批量生产。“金属地板连接易用全机器人流程工业化，”Bernard说。“故IMTEC HR构想为复合材料工业化解决方案，零人工操作。”IMTEC HR紧固件可置入复合地板结构模具，成型过程中集成。Bernard称IMTEC HR兼容热固性热塑性成型工艺，含树脂传递模塑(RTM)、压缩成型、注塑/包覆成型。

注塑成型中，紧固件机器人先放置于模具固定销上。销定位紧固件并保护内部螺纹免被树脂涂覆。随后复合材料机器人放入模具。合模、注塑、脱模时紧固件已集成。

压缩成型工艺基本相同，但销为塑料旋拧“盖”，同时将材料推开为插入紧固件腾空间，免钻孔。这不仅省时，还避免切断纤维。盖帽再次保护内部螺纹成型中不受污染，脱模后移除。

“地板生产后无额外操作，”Bernard注。“我们信此技术助复合地板或任何结构件实现可负担生产成本。复制盲铆螺母用于金属地板的用法，因紧固件已在成型复合件中。现用标准方式安装座椅。这拉平竞争场，因零件可像连接金属地板一样连接复合地板。”

为抗电化学腐蚀，IMTEC HR提供镀锌钢和不锈钢，后者主要用于碳纤维增强塑料(CFRP)。另有螺栓(柱销)、螺母、垫片等版本。“也可按特定要求改孔径和紧固件尺寸，”Bernard说。

吸能特殊形状

我问Bernard这些紧固件形状，解释类似我见过的Big Head和Spida Fixings。他说形状虽相似但不同，为碰撞工况下渐进释放能量设计。“足够强提供高力学性能，但能碰撞测试条件下吸能避免灾难性脆性失效，”他解释。“实现弹性后塑性变形不断裂。无此行为，连接处复合地板会变形断裂或金属紧固件断裂。这是适配紧固件至复合结构的问题之一。”

Big Head(左)和Spida Fixings(右)复合材料紧固件。来源：Big Head和Spida Fixings。

形状另一层面是花瓣。“设计为成型时嵌入复合材料，”Bernard说。“必须设计紧固件嵌入零件而非留在模具中。”他还注紧固件法兰在复合件后方不减薄零件截面。“这对实现嵌入式紧固件同时保持截面赋予结构性能至关重要。”

Böllhoff IMTEC HR紧固件为成型工艺嵌入复合件不减薄截面。来源：Böllhoff。

IMTEC® HR特制版本与Cetim开发，兼容QSP生产线。Cetim为开发高度自动化复合件生产Quilted Stratum Process(QSP)的法国研究机构。

据Cetim发表文章，专利待批的QSP用IMTEC HR紧固件较常规紧固件拉穿性能增30-75%，剪切性能提升60-75%。