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从一辆电动自行车看懂巴斯夫24种创新材料

1865年,Karl Drais 发明第一辆自行车,此后逐渐风靡全球;同年,Badische Anilin与Soda-Fabrik(巴登苯胺和苏打水厂,即巴斯夫)宣告成立。概念1865电动自行车的诞生,即是为了纪念这一段历史,向先辈的发明创造精神致敬。

为此,巴斯夫启动了一个独一无二的思考实验,向世人提问:如果用现代尖端材料来重新制作第一辆自行车,结果将会怎样?巴斯夫与DING3000设计事务所合作,开发了一辆代表目前最高技术水平的电动自行车。这辆自行车结构上沿袭了1865年世界首辆自行车的形状,却使用了巴斯夫24种创新材料,包括聚氨酯、热塑性塑料、泡沫、环氧树脂和复合材料等。下面就由小编为你解剖这款代表目前最高技术水平的电动自行车的材料构成!!!

从一辆电动自行车看懂巴斯夫24种创新材料

  图 巴斯夫橡塑展展出的自行车


 一  椅壳(Ultradur®)

椅壳采用Ultradur®——聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT),除了拥有卓越的刚度以外,还源于这款材料在高温下保持良好的形状;其尺寸稳定性、耐水解性、长期电气/热行为等非常出色,此外还可作为电池的绝缘材料

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图 Ultradur®应用于椅壳

另外,该材料的吸水性非常低,其机械和电气性质几乎不受气候条件的影响,这一点在电动交通应用中尤为重要。该材料制造的零部件具有优异的可靠性和耐用性,能够显著改善零件和组件的电器安全性,可用于生产电池支架、插头、电气设备外壳和控制单元。


 二  刹车碟(Ultrason®)

刹车碟采用碳纤维增强的Ultrason®材料,这款材料在较高的温度下仍能保持必要的刚度和形状。特别是在200℃条件下,机械性质与内在阻燃性能依然出色,常被加工成增强型热塑性塑料层压板。

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图 Ultrason®材料应用于刹车碟

 

 三  后轮轮圈(Ultramid® Structure)

Ultramid® Structure材料,即使在极低/极高的温度下也能保持卓越的耐冲性能和韧性,其强化纤维的长度远大于标准短玻纤产品中的纤维,可在注塑成型过程中形成一个玻璃纤维网,从而改善耐扭曲、耐蠕变和吸能性能。因此,代替金属轮圈,不仅不需要再劳神费力安装辐条,成本亦更加低廉。

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图 Ultramid® Structure材料应用于后轮轮圈

 四  电动机盖(Ultramid®B系列)

从外观上来看,很难发现概念1865是一辆电动自行车。尽管装备有电动机,但自行车的整体轮廓非常修长,线条简洁利落。处于美观考虑,设计师用一块聚酰胺盖子(Ultramid®B)隐藏了集成的后轴中的电动机。同时,这块蓝色盖子还有另外一个重要的作用:保护电动机免遭湿气、尘土和石渣破坏。

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图 电动机盖

 五  车灯(Elastollan®)

概念1865后叉上镶嵌的光波导管采用脂肪族热塑性聚氨酯Elastollan®制成,相当酷炫。得益于材料的高弹性、高透明度、不黄变等优点,灯光非常均匀,不刺眼,而且能耗极低。结合车叉上的LED灯和后轮上的印花图案,整体更显柔和。这种柔性材料的颜色和形状可根据客户要求进行调节,定能为设计师提供无限的创意可能。

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图 脂肪族热塑性聚氨酯Elastollan®应用有光波导管

 六  座椅插销(Ultraform®材料)

这是巴斯夫旗下的热塑性聚甲醛产品品牌。即使在面对机械负荷和高温环境下,或者接触化学品和燃油等其他介质时,Ultraform®材料也依然能够保持高刚度、高强度、高回弹、滑动摩擦行为和尺寸稳定性出色的优点。通过注塑成型等工艺,这些材料可生产出具有复杂形状和美观结构的产品,比如扬声器和通风格栅灯。

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图 Ultraform®材料应用于座椅插销

 七  座椅支架(Ultrason® E 2010C6)

这部电动自行车的电池隐藏在座椅内。为了便于日常充电,支架采用了无轴承、免维护的设计,使其能够轻松拆装。得益于优良的滑动摩擦行为及材料本省的阻燃和隔热性质,碳纤维增强的Ultrason® E2010 C6为电池插头和座椅支架提供了一个理想选择。 从一辆电动自行车看懂巴斯夫24种创新材料

图 Ultrason® E2010 C6 应用于座椅支架

 八  座椅悬挂(Cellasto®

Cellasto®微孔聚氨酯适合需要减震隔音的应用。Cellasto®定制辅助弹簧主要应用于汽车减震。在概念1865电动自行车上,这种耐用材料被用于生产座椅悬挂。由于在压力下的横向膨胀和变形较小,长期性能出色,Cellasto®部件可提高座椅的舒适性。得益于其逐渐挠曲的特点,它们可用于在狭小的空间以减小冲击力。此外,它们还可以用于电梯、送料辊、办公椅、轮椅、自行车和门锁的减震和隔音。

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图 Cellasto®微孔聚氨酯应用于座椅悬挂


 九  曲柄(Ultramid® D HMG)

创新塑料解决方案正逐渐取代金属。它们甚至可以用于自行车的曲柄,这样可能需要承受巨大的压力。

此处采用Ultramid®D是一种聚酰胺材料。由于玻璃纤维含量较高和特殊的聚合物组分,它主要用于高应力、高刚度的部件的——“HMG”后缀意为“高模量型号”。Ultramid®易于加工,表面质量出色。作为聚酰胺材料,它们的材料性质和尺寸稳定性受湿气影响极小,也不易发生蠕变。

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图 Ultramid®D材料应用于曲柄

 十  脚踏(Ultraso® KR 4113 )

Ultraso® KR 4113 是一种真正意义上的高性能塑料。Ultraso®出色的滑动摩擦性和尺寸稳定性,DING3000的设计师成功去掉了脚踏上的所有滚珠轴承,从而减小了日常使用的轴承磨损,使维护工作更加简单。这主要得益于加入碳纤维、石墨和聚四氟乙烯(PTFE)。Ultraso®产品属于非晶热塑性复合材料,同时也继承了聚醚砜材料的高温稳定性。 

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图 脚踏

出色的材料性质使其被广泛应用于生产高科技零部件和高应力产品。此外,它们也可以采用热塑性塑料的传统进行加工。Ultraso®的耐热性和耐水解性优于其它工程塑料,可用于代替热固性塑料、金属和陶瓷。


 十一  胎芯(E-TPU)

19世纪的胎芯的自行车使用的是实心橡胶胎芯。但由于这种轮胎过重、过硬,因此始终未能广泛使用。在概念车1865的轮胎中,巴斯夫首次使用了发泡热塑性聚氨酯(E-TPU)——一种轻盈、耐用、弹性极佳的材料。此前,巴斯夫曾与Adidas合作,将这种创新颗粒泡沫用于生产Energy Boost的中底。

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图 E-TPU应用于胎芯

在生产过程中,首先需要使用创新的工艺将TPU颗粒发泡。然后,利用空气压力压缩这些5-10毫米大小的椭圆形颗粒,使其在蒸汽作用下融合到一起。这样一来,Infinergy就结合了颗粒泡沫和热塑性聚氨酯两者之长,具有出色的加工性质和回弹性。即使连续使用,材料仍然可以保持良好的回弹性。Infinergy的其它优点还包括:密度小、抗撕裂和温度稳定性好。

 十二  前轮轮圈(UltracomTM)

Ultratape™产品组合主要包含三类:连续纤维增强的半成品,包覆成型材料和工程支持UltralaminateUltratape—连续纤维增强层压板和胶带半成品—只需一道工序即可完成热成型,然后与短纤维增强的Ultramind®COM一起增强固化。

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图 UltracomTM材料应用于前轮轮圈

通过这些工艺,连续纤维出色的机械性质与短纤维易于加工的特点结合到一起Ultramid®是巴斯夫旗下的半结晶热塑性聚氨酯品牌。此类材料具有优异的机械强度、刚度和热稳定性。此外,聚氨酯可在低温下保持良好的韧性和滑动摩擦行为,而且加工也十分简单。巴斯夫Ultramid®产品属于聚酰胺成型化合物,多为长/短纤维增强的聚酰胺6和聚酰胺66材料。此外也包括聚酰胺66/6等共聚多酰胺和半芳香族聚酰胺。

得益于出色的材料性质,这些产品已经成为不可或缺的机械零部件材料和高规格电气绝缘材料。此外,聚酰胺可使用添加剂盒填充材料进行改性,因此蕴藏着巨大的创新潜力。

 十三  胎面花纹(Elastollan®)

对于半透明的亮蓝色胎面花纹,使用了Elastollan®材料。尽管热塑性聚氨酯弹性体(TPU)材料在胎面花纹应用处于试验阶段,但已经表现出了令人深刻的耐磨和耐割性能,而且能防止裂口继续增大。

令人深刻的耐磨和耐割性能可以让轮胎无论是在沥青路面还是砂石路面,都可以应付自如。此外,该材料在高低温下仍然可以保持良好的弹性,而且滚动阻力极小。

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图 Elastollan®热塑性聚氨酯应用于亮蓝色胎面花纹

因此,对概念1865电动自行车而言,Elastollan®热塑性聚氨酯极为重要。这种用途广泛的材料被大量用于轮胎、座椅、车叉、刹车软管、光波导管和贴花等部位。聚氨酯的特点之一还在于可以根据应用要求调节塑料硬度

 十四  把套(Elastoform®)

Elastoform®软质自结皮泡沫用途广泛。它具有轻质有弹性的泡沫芯和致密坚韧的表皮。其触感特别舒适,机械性质和耐磨性也非常出色。此外,表面可通过模具形成装饰图案。Elastoform®主要用于生产扶手、治疗台、方向盘套和换挡杆把手等。


 十五  刹车软管(Elastollan® Hose)

刹车软管必须耐磨、耐刹车液腐蚀同时保持弹性。Elastollan® 材料在压力下的破例行为非常出色,具有极其优异的耐磨性,并且可剧烈弯折的特性使得其制作成软管,性能突出。

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图 Elastollan® Hose应用于刹车软管

 十六  结构泡沫(Krrdyn®和Elastolit®D)

自行车在行驶途中车叉难免会遇到剧烈的冲撞。作为两条叉腿的交汇处,叉肩要承受较大的应力。在碳纤维增强的车叉中引入结构泡沫,即可通过整个结构分散力,并且可以吸收震动。这里就采用了聚氨酯组合料Elastolit®和Krrdyn®材料。

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图 Elastolit®D应用于结构泡沫


 十七  叉芯(Krrdyn®)        

这种结构泡沫(板状或块状)需要能够承受连续的静态和动态荷载。对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的Krrdyn®挤出结构泡沫不仅拥有优异的强度、还有卓越的机械性质、高温稳定性和耐化学腐蚀性,可兼容多种不同的加工技术等,在复合芯材应用于优势突出。

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图 Krrdyn®应用于叉芯


 十八  变速器线(Elastollan®)  

久经考验的Elastollan®线缆封套可为电线和控制线缆提供最高标准的保护。它们弹性极佳,可抵挡石屑、水、臭氧和低温的侵袭,非常适合各种户外应用。其硬度也可随意调整,而这正是DING3000设计师梦寐以求的材料。

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图 变速器线览

 十九  坐垫(Elastoflex®W) 

为了提高车座的缓冲性能,选择了Elastoflex®W坐垫泡沫。这种柔软的成型泡沫常在家具和汽车行业被用于生产座椅、扶手和靠背。作为一种分区泡沫,它只需要一道工序即可在不同的软硬度,而插入的内存材料也可以直接发泡。该系统良好的流动性为设计师提供了广阔的设计空间,也可以实现内芯直接发泡。

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图 Elastoflex®W坐垫泡沫

 二十  基体系统 

车架和车叉单元(包括把立和把横)的出色强度来自于增强连续纤维的碳纤维织物。巴斯夫为这些复合材料提供了两种不同的基体聚合物——环氧树脂和聚酰胺组合料。这些高强度轻质材料采用树脂传递注塑(RTM)工艺生产。首先,把碳纤维织物放入加热的模具中,在低粘度活性树脂体系完成注塑和所有纤维充分浸润之后,聚合过程开始。反应结束后,部件可立刻脱模。

 

 二十一  电池绝缘(Neopolen®P) 

作为一种外壳绝缘材料,多功能的Neopolen®P(膨胀聚丙烯泡沫)可保护集成电池不受冲击、震动和温度变化影响。即使遭受反复撞击,这种材料也可保持优异的吸能性能,此外它还具有质量轻、回弹性好、温度稳定性出色等优点。

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图 Neopolen®P应用于外壳绝缘材料

 二十二  贴花(Elastollan®)

印花和压花采用Elastollan®热塑性聚氨酯,主要是源于聚氨酯具有良好的弹性和耐冲击性,对于表面保护有非常好的效果此外,Elastollan®还具有优异的耐水解性和抗菌性

从一辆电动自行车看懂巴斯夫24种创新材料图 Elastollan®热塑性聚氨酯应用于贴花

而在概念1865电动自行车上,这种耐切割、耐撕裂的材料发挥了同样的作用:它被用于保护碳纤维增强材料免遭划伤或被石屑割伤;甚至连车架背后的印花图案也使用了这种高透明度、不黄变的薄膜来提供保护。


 二十三  车架(Baxxodur®)

巴斯夫Baxxodur®品牌为纤维增强复合材料的高效生产提供了多种环氧树脂体系。车架的碳纤维织物被嵌入到基体中。Baxxodur®的独特之处在于它能够快速、充分地浸润玻璃纤维和碳纤维,从而确保复合材料的优异质量和零部件的机械强度。最重要的是,随着可操作时间的延长和部件固化时间的缩短,生产流程变得更易调节 从一辆电动自行车看懂巴斯夫24种创新材料

图 Baxxodur®品牌材料应用于车架


 二十四  前叉(包括把立和把横)

前叉单元由前叉、把立和把横组成,是由碳纤维布浸入到Elastolit®R聚氨酯基体中制造而成。由于采用了改良的内脱模剂,巴斯夫非发泡型PU反应性树脂体系更容易脱模,且加工窗口非常宽。其反应活性可根据客户的需求进行定制,以兼容各种传统纤维类型和尺寸。这些纤维增强部件对连续荷载具有优异的耐受性和损伤容限。

从一辆电动自行车看懂巴斯夫24种创新材料图 Elastolit®R聚氨酯基体+碳纤维应用于前叉


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作者 ab