巴斯夫仿真软件 ULTRASIM和新型聚酰胺被用于制造灭火器阀门

巴斯夫提高设计效率的重要性不仅局限于汽车行业：家具、水管零件、电气设备行业的制造商正逐渐意识到计算机仿真技术在新部件开发上的优势。在金属零部件替代方面，这一优势尤为明显。采用CAE（计算机辅助工程）技术设计新的塑料部件往往可以省去昂贵的原型加工，节省时间与成本。奥地利的Multiplast和巴斯夫在为新一代灭火器开发塑料阀门时，充分利用了这一优势。

新型灭火器的主阀采用巴斯夫特种规格聚酰胺UltramidTKR4355G10制造，代表了这种高比例玻纤增强塑料新品的首次批量应用。这一充满挑战的塑料部件，替代了之前铜制的灭火器主阀。该产品Multiplast为欧洲的灭火器市场开发。全球最大的灭火器生产商之一，泰科灭火及楼宇产品(TycoFireSuppression&BuildingProducts)，与Multiplast在早期开发阶段进行了合作。批量生产开始后，泰科立即决定在约90%的产品上改用这种新阀门。位于奥地利Moosbrunn的生产线现已投入满负荷运转。

优于黄铜的塑料

这种新阀门被用于贮气瓶式灭火器中带有独立加压储瓶的产品系列。可靠性，制造商要求阀门能够在零下30到零上60摄氏度之间承受80巴的压力。同时，使用寿命应达到15至20年。对于制造商Multiplast而言，进口金属质量的不稳定性是黄铜阀门的一大劣势。

所以，大家共同的目标是开发出一个能通过注塑成型实现高效生产的塑料部件，并且与传统的黄铜部件相比，质量更稳定，性能更出色。这种应用所需要的塑料必须具有良好的耐热性、高强度和刚度以及出色的尺寸稳定性。之前已经出现了一些使用塑料来制造灭火器阀门的尝试，但没能获得成功，因为所用材料的工程性质无法达到要求。标准的聚酰胺在这里并不合适。所用材料最终必须通过多项安全测试才能批量应用于灭火器上。测试内容包括使用寿命、爆裂压力、对灭火剂的耐受性以及长期紫外照射之后的稳定性。

充分发挥塑料性能--仿真技术必不可少

为了快速、高效、可靠地进行复杂部件的开发，巴斯夫采用了其特有的ULTRASIM(TM)仿真软件。经典的充模仿真代表了目前计算机辅助工程领域的先进技术。而ULTRASIM还可以将纤维的方向作为填充压力和浇口位置的一个函数确定下来，并在此信息基础上对部件的机械性能进行优化。这在部件的玻纤含量高达50%且玻纤方向具有显著各异性的情况下并非易事。三种负荷情况的模拟十分重要：表压达到120巴时阀门的工作情况，水平状态下受到加压储瓶施加的弯曲负荷时的工作情况，以及灭火器被突然提起时手柄施加的动态负荷造成的影响。

在阀门上还必须设计一个"脆弱点"，以防压力过高造成的危险。这个脆弱点会在压力超过105到110巴时发生破裂，这样就避免了整个灭火器的意外爆炸。借助ULTRASIM，专家们精确定义了预设破裂点位置的函数，并通过实验充分确认了这一函数。

当灭火器水平存放时，粉末或液态灭火剂与阀门是相互接触的。Ultramid阀门无论是在模拟还是实际情况下都能承受这样的负荷状态。

最后，在用手柄突然提起灭火器时，也不能出现任何问题：这对操作杆和模拟技术都是一项挑战，因为材料性质由应变率决定。在这方面，模拟情况与实验结果再一次表现出高度的一致性。

有了这些知识，就能够完成复杂部件的精确设计，使其适合于一次注塑成型生产，在集成各种附加功能的同时无需金属嵌件。就连阀体上四处公制螺纹也是塑料的，这对塑料性能和生产工艺都带来了挑战。凭借

Ultramid特种产品出色的耐化学性，新主阀还很快就被获准在海洋环境中使用--该应用领域对灭火器安全性的要求更为严格。此外，阀门的最终版本可以在零下40到零上80摄氏度之间工作，而且将破裂压力提高到了100巴，并能够承受最高为250巴的压力峰值，与黄铜部件的特点相比具有明显的优势。对灭火剂以及紫外线、臭氧等环境因素的耐受性也不可忽视。最后值得一提的是，手提式灭火器的便携性和手柄性能也得到了大幅的提高。

ULTRASIM--不再局限于汽车领域的应用

没有强大的计算机工具，用塑料代替黄铜生产灭火器阀门就无从实现。同时，要在这一层面上利用ULTRASIM，广泛的材料数据不可或缺，必须掌握或提前确立具体特种树脂的数据。在计算机工具与材料数据的共同帮助下，巴斯夫综合大量方法和程序，通过了此项汽车行业以外的极为关键的测试。

巴斯夫在过去四年中成功推出了多种在高负荷环境下使用的汽车零部件，包括第一款保险杠防撞杆、发动机悬置和车身塑料结构嵌件。现在，新的机遇已经浮现：将计算机仿真高度精确的预测能力与合适的塑料材料相结合，可以省去原型的反复制造和昂贵的测试，如本文所述的

例子。这使很多行业的企业都能利用特定的材料来制造高负荷塑料部件，并且实现高效率和具有良好成本效益的生产。

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