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一種混合材料的結構加強技術，可以在不過度增加質量的前提下提高車身剛性，改善NVH性能，降低通過車輛的沖擊能量。隨著其可選范圍的增加，應用也日益廣泛。
在汽車白車身結構應用領域，雖然復合材料已取得了一些進展，但長期以來，這一汽車應用領域卻一直由鋼材主導，近年來又轉向了鋁材，這使汽車制造商們過度依賴于焊接和機械緊固件如螺栓和螺釘來實現對金屬結構的連接。雖然這些焊接接頭和緊固件通常很結實，但也可能會失效，此外，在不過度增加質量的前提下提高剛性、改善NVH性能或降低通過車輛的沖擊能量方面，它們幾乎不起作用。而應對這些挑戰的一種方法，是通過整合復合材料和結構粘合劑，來對白車身的連接接頭和空腔結構進行增強。
CBS加強技術將金屬車身部分、熱塑性復合材料載體和可膨脹粘合劑整合在一起，可以選擇性地加固白車身的空腔結構和節點/接頭，從而以低于全金屬解決方案的重量和成本，提高乘員的舒適性和安全性。它還改善了NVH性能和耐久性，且不會改變汽車制造的順序（圖片來自L&L Products Inc.）
這種解決方案的一個例子是一種名為“composite body solutions（簡稱CBS）” 的材料/技術，它包括：用于加強汽車主結構的三維結構嵌件，該嵌件整合了白車身元素或其他的車輛子結構；采用連續或不連續纖維增強材料注射成型的熱塑性復合材料的載體；可熱激活的膨脹結構粘合劑。CBS的這些要素，是在車輛制造的早期，在電泳涂裝之前在車身車間中被安裝到位。
CBS部件通常是采用雙組分/二次注射成型工藝被生產出來，生產中，采用可膨脹粘合劑和可能增加功能性的額外的密封劑（在一種3組分工藝中），有選擇性地對含有焊接接頭或卡扣（用于暫時將CBS連接到金屬白車身上）的載體進行二次成型。這種未固化的粘合劑（基于訂制的環氧化學原料）摸起來是干的，可以成型出復雜的形狀，復合材料的車身加強件。通過在復合材料與金屬表面之間保持一定的間隙，這種粘合劑還允許在電泳涂裝之后的加熱爐固化過程中，在熱激活之前，確保電泳涂裝覆蓋到金屬部分。當泡沫膨脹時，載體與周圍組件之間的縫隙即被密封，從而將它們鎖在一個像盒子一樣的“宏觀結構”中，這尤其提高了高動態載荷下的力學性能。
如果在車輛設計的早期階段就將CBS模塊整合進來，則為提高白車身的局部或整體剛性、增強乘員的安全性和舒適性提供了一種低成本、輕量化的選擇方案。相對于較重的全金屬解決方案，它們可以實現中性的或者較低的成本。雖然CBS最初只用于汽車，但隨著載體與粘合劑材料組合的不斷增加，其應用范圍也在不斷擴大。
工程開發應對性能挑戰
CBS技術由位于美國密歇根州Romeo的L&L Products Inc.（以下簡稱L&L）開發并實現了商業化。作為為提高白車身性能而提供汽車密封劑、隔音材料和增強材料的供應商，L&L歷史悠久，其開發的技術能夠幫助客戶以較低的成本和較輕的質量來提高乘員安全性，滿足更加嚴格的汽車碰撞要求，同時能改善車輛制造過程中的加工和裝配流程。
1995～2004年期間，L&L與Gurit Essex公司（瑞士Wattwil）的合資企業CORE Products公司（以下簡稱CORE）負責早期的應用開發和CBS 的制造，后來，CORE資產完全被L&L擁有，現在以L&L Products Europe為公司名運營。
在早期開發及隨后CBS技術的擴展過程中，L&L一直與材料供應商緊密合作，其中的一家是朗盛（德國科隆），該公司一直為L&L提供復合材料的載體以及材料表征和模擬支持。
CBS的應用
除上述提及的優勢外，CBS技術還提供了更好的載荷轉移路徑、多軸載荷管理和能量吸收性能，更大的截面穩定性（抗塌陷或撞擊能的侵入），更低的NVH，同時還提高了較高載荷下的駕駛動力和碰撞性能。此外，它為車輛的設計/再設計過程提供了更快的執行時間，不需要改變車身車間的裝配順序。由于CBS技術可以通過車身結構而更容易地控制能量轉移，同時最大程度地減小了變形和（或）撞擊能量的侵入，因此非常適合的應用包括：抵御來自正面、側面和后方的碰撞或來自車頂的擠壓，從而為乘客、乘員艙和電池提供更好的保護。對于那些必須滿足挑戰性要求如美國高速公路安全保險協會（簡稱IIHS）的小偏置碰撞測試要求的結構而言，它也非常有用。
CBS之所以引人注目，是因為它是第一個模塊化的混合材料方法之一，易于安裝，并提供了電泳涂裝必需的熱穩定性和化學穩定性，同時無需改變車輛裝配順序即可以較輕的質量和中等或較低的成本來提高性能。
“CBS技術的多樣性設計有助于在復雜的或難進入的區域簡化組裝。”L&L Products EMEA公司（法國Altorf）L&L Products Reinforce業務部門的結構產品工程經理Núria Ignés解釋道，“比如，在車門和其他關閉裝置上采用CBS技術不僅可以減輕重量，提高剛性，而且，如果在設計過程的早期階段就將它集成進去，還能簡化車門的制造過程。憑借CAE工具和幾十年的經驗積累，再加上載體與泡沫的組合（一旦固化，就與白車身牢固地連接在一起），我們可以在正確的地方使用正確數量的材料，從而平衡好剛性與質量和成本之間的關系，或者平衡好能量吸收與噪聲和成本之間的關系。”
“CBS技術真正有趣的一面是它的仿生特性?！盠&L全球戰略市場經理Peter Cate補充道，“就像骨骼中心的細胞增強支柱是在空心結構中用于增強剛度并管理好荷載的自然界中最有效的方法一樣，一旦粘合劑膨脹，CBS就會以同樣的方式來加固車體空腔，幫助工程師以最輕的質量來優化結構剛性。”
“通過增加局部和整體的剛性，可以更有效地將載荷分配到結構上。CBS加強件為解決局部剛性和金屬疲勞問題提供了量身訂制的解決方案，而且不會增加質量?！崩适⒐綯epex Automotive部門業務開發經理Pal Swaminathan繼續說道,“在將CBS 技術集成到車身結構中時，NVH性能也會得到改善。而且，認真細致的工程分析，還有助于開發出局部優化的解決方案，以平衡好駕乘體驗和操作性能?！?
早期的應用
CBS技術的首個商業化汽車應用始于1998年，到2002年，這項技術逐漸被市場接受。一個比較好的早期應用案例是PSA集團（法國巴黎，現在是位于荷蘭阿姆斯特丹的Stellantis N.V.）的2006 Citro?n C4 Picasso轎車：9個CBS 部件分別位于A柱的下部、B 柱的下部和上部以及后軸上方的橫梁上，與金屬方案相比，令汽車質量減輕了12kg。一些CBS嵌件有選擇地增加了負載能力，最大程度地減少了碰撞能量對乘員艙的侵入，提高了乘客安全性。其他的CBS嵌件還改善了白車身的NVH性能。所有的載體均采用35wt-%的短玻纖PA6注射成型。類似的CBS 還被用在2012 福特Transit貨車上。
新的載體和泡沫選項
多年來，L&L及其供應商們采用新的泡沫配方、更廣泛的載體樹脂和增強材料擴展了CBS技術，并將此概念應用到不同的結構中。
比如，滿足碰撞應用需求的大多數CBS載體都是采用熱穩定性好的30 wt-%玻纖增強PA6開發的，因為在復雜的三維形狀中，需要平衡好剛性和延展性。據說，將兩個這樣的載體用于一個主流電動汽車平臺的前縱向構件上，不僅簡化了組裝（因為減少了組件數量），還降低了20%的撞擊能量對防火墻的侵入。
現在，混合材料的載體還可以滿足更高的碰撞應用要求，如在鋁車身的2019 保時捷911 Carrera Cabriolet跑車上用于加強A柱。作為一輛敞篷車，對無頂框架進行加固，對于保護乘客以防翻車至關重要。為保持車輛輕便靈活，保時捷公司用CBS嵌件取代了A柱中的重型管狀鋼卷軸。柱殼由高強鋼制成，它通過每個柱子內部的CBS嵌件而得到穩固和加強。主要載體是壓縮成型的有機片材（47vol-%的斜紋玻纖織物/PA6），片材經預熱、預成型后，再由30wt-%的短玻纖/PA66二次注射成型出肋，片材的一面帶有L&L的L-5235膨脹粘合劑。這項混合技術不僅滿足了所有的性能要求，達到了減重目標，還減輕了5.4kg的汽車質量，方便了組裝并降低了汽車重心，從而提高了駕駛的動力性能。
針對加熱爐工藝不能激活膨脹粘合劑或者需要為涂裝車間提供額外支持的應用， L&L表示，其正在研究其他的環境固化解決方案。
一些基于CBS的相關技術也已被開發出來，很快，L&L的連續復合材料系統（簡稱CCS）結合玻璃纖維或碳纖維增強的拉擠載體，如采用或未采用織物以及粗紗的聚氨酯（PUR）——應用了特殊配方的密封劑或結構粘合劑，就會實現第一個商業化的應用。CCS元素也可以結合CBS部件和金屬部件，以較輕的質量（通常比鋼輕75%，比鋁輕30%）來提高等截面結構的剛度和強度。它們耐腐蝕、不導電或電絕緣，提供低線性熱膨脹系數（CLTE），并可實現高度可預測的能量管理，因而非常適合對單體車身車輛上的結構件、非承載式車身汽車的框架型材以及電動汽車的電池架進行增強。
復合材料板材加強件包括與玻璃纖維增強材料共擠出的自粘膨脹結構粘合劑，它被車身車間用到成形好的金屬板材表面上。該系統不僅提高了大型的沒有相應支撐的面板的剛性，減少了波紋和彎曲，還因轉動慣量的增加而改善了NVH性能。其商業化的應用包括：用于車門、車頂和地板的面板，發動機罩蓋、擋泥板、后尾門和舉升門。潛在應用包括電池殼。
蜂窩板加強件采用的是輕質環氧樹脂——人工操作使用的是糊狀材料，自動化的泵送使用的是低粘度的液態樹脂。一旦材料固化，就可以進行機械加工或打磨。它們被用來穩固蜂窩芯材，主要用在飛機內部有特殊考慮的部位，如不增加額外的質量。其他的應用包括邊緣加強（密封型/加強型復合材料板邊緣）、將金屬鉸鏈/嵌件安裝到復合材料板上的嵌件粘接和局部加固。
展望未來
自1999年獲得首個專利以來，L&L已經為CBS技術申請了眾多的發明專利。由于該產品系列中已經擁有廣泛的載體和粘合劑選項可供選擇，因此其應用范圍已超越汽車進入貨車和航空應用領域。
“多年來，CBS產品已經進化到能夠滿足多種新的應用需求并整合各種功能?！盜gnés補充道，“比如，最初只是用于結構加固，現在已經進化到不僅能提高剛性，還能改善聲學性能或增強能量吸收。由于CBS 技術能夠提供一系列非常理想的性能，因此我們不僅希望看到其在汽車行業用量的增長，還包括在其他行業用量的增長。”
封面圖來源圖蟲創意
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