對(duì)于新能源汽車來(lái)說(shuō)，不僅要減重，更要耐碰撞，保護(hù)好電池才能實(shí)現(xiàn)安全駕駛。近日，朗盛及TRB 公司分別推出了可幫助新能源汽車結(jié)構(gòu)件減重及提高耐碰撞性能的復(fù)合材料解決方案，并通過(guò)批量生產(chǎn)的方式實(shí)現(xiàn)成本效益，降本又增效。


減重40%且耐碰撞的電池支架


在梅賽德斯-奔馳 S 級(jí)轎車的高級(jí)自動(dòng)化駕駛輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件中，采用朗盛Tepex 連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造電池支架，為該系統(tǒng)的“智能駕駛”供電。



據(jù)介紹，這款弓形支架由德國(guó)洛恩的Poeppelmann Kunststoff-Technik 公司制造。它的基材為聚丙烯基 Tepex dynalite 104-RGUD600(4)/47%。制造方法是將復(fù)合材料的成型（懸垂）與注射成型相結(jié)合的兩步法工藝。


“采用復(fù)合材料意味著成品可比金屬造的減重 40%，” Poeppelmann 輕量化設(shè)計(jì)專家 Joachim Schrapp 說(shuō)?！白⑺艹尚筒襟E還可實(shí)現(xiàn)集成功能，不僅使安裝支架變得更加容易，而且還可減少了傳送運(yùn)輸工作。這些加工工藝有助于降低制造成本?！?/span>


01優(yōu)化受力分布


據(jù)介紹，該支架的作用是通過(guò)單獨(dú)夾緊將重約 10 公斤的電池牢牢固定在車輛后艙中，即使受到碰撞產(chǎn)生的加速力也不會(huì)對(duì)支架造成影響。支架充分利用Tepex 坯料出色強(qiáng)度和剛度性能，確保大部分受力通過(guò)復(fù)合材料的連續(xù)玻璃纖維進(jìn)行傳遞。


“這款復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)在于，與其他纖維增強(qiáng)注塑復(fù)合材料相比，它在高持續(xù)應(yīng)力下不會(huì)發(fā)生蠕變，不會(huì)變形。這可確保電池永久固定到位，”朗盛 Tepex 銷售和項(xiàng)目經(jīng)理 Philipp Maas 說(shuō)。該坯料還具有高度的疲勞強(qiáng)度，可確保材料不會(huì)因頻繁或劇烈振動(dòng)（例如坑洼引起的振動(dòng)）而隨著時(shí)間的推移而變脆和破裂。


02“夾入的”控制單元


在注塑階段集成在支架中的功能包括用于電纜的導(dǎo)軌以及用于兩個(gè)控制單元的支架和緊固件。Schrapp補(bǔ)充說(shuō)這兩件設(shè)備在安裝過(guò)程中只是簡(jiǎn)單地夾到位，無(wú)需花時(shí)間將它們擰入。


03牢固的材料結(jié)合


Tepex材料的聚丙烯基材由四層連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)，其中大部分沿一個(gè)方向排列。用短玻璃纖維增強(qiáng)的注射成型化合物也是采用聚丙烯基材?！坝捎谡澈匣暮妥⑺懿牧掀ヅ?，這在它們之間形成了非常牢固的粘合。再加上復(fù)合材料的高比剛度，這會(huì)提高成品的強(qiáng)度和剛度。”Maas 說(shuō)。


04耐腐蝕和電絕緣


復(fù)合半成品的另一個(gè)好處是它耐腐蝕，這使得運(yùn)輸和儲(chǔ)存比金屬卷更容易。結(jié)構(gòu)材料的電氣特性也起著關(guān)鍵作用?！八鼘?duì)車身和電池的金屬部件是電絕緣的，這大大降低了短路的風(fēng)險(xiǎn)。然而，由金屬制成的組件需要額外的措施來(lái)防止短路?！盨chrapp 說(shuō)。


復(fù)合材料車底保護(hù)板：減重50%耐沖擊力提高數(shù)倍


英國(guó)的TRB Lightweight Structures 公司開發(fā)了一種復(fù)合材料車底保護(hù)板，它可以在減輕重量的同時(shí)顯著提高耐沖擊力。這些面板由材料和專有的增韌TRB 樹脂組合而成，可實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。TRB公司表示，采用這種新解決方案具有成本效益，目前已在北美和英國(guó)試運(yùn)行。



該保護(hù)板采用先進(jìn)材料的夾層結(jié)構(gòu)，智能分層以根據(jù)位置提供不同的沖擊吸收強(qiáng)度。測(cè)試表明，與一流的鋼材解決方案相比，該保護(hù)板的沖擊吸收率翻倍，同時(shí)重量減半。TRB 表示，這些保護(hù)板可以涂漆，但與鋼不同的是，它不需要油漆來(lái)防止腐蝕，而重量輕的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了安裝和更換。


該保護(hù)板采用先進(jìn)材料的夾層結(jié)構(gòu)，智能分層以根據(jù)位置提供不同的沖擊吸收強(qiáng)度。測(cè)試表明，與一流的鋼材解決方案相比，該保護(hù)板的沖擊吸收率翻倍，同時(shí)重量減半。TRB 表示，這些保護(hù)板可以涂漆，但與鋼不同的是，它不需要油漆來(lái)防止腐蝕，而重量輕的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了安裝和更換。


新型碳復(fù)合材料，可為車輛減重


一家名為Plasan的以色列公司發(fā)布了一種新型碳復(fù)合材料，這種材料可用于車身和車架的生產(chǎn)。據(jù)悉，全新的材料造價(jià)比傳統(tǒng)鋼材略貴，但低于碳纖維的造價(jià)，且具有高強(qiáng)度和重量更輕的特點(diǎn)，并且可以進(jìn)行批量生產(chǎn)。據(jù)悉，這種新材料有望在未來(lái)3-4年問(wèn)世。



碳纖維材質(zhì)是目前汽車領(lǐng)域中高強(qiáng)度和輕盈兼顧的理想之選，但其不僅制造成本高，而且工藝比較復(fù)雜，不利于量產(chǎn)。而Plasan發(fā)布的新材料則為碳復(fù)合材質(zhì)，不僅具有碳纖維高強(qiáng)度和輕盈的特點(diǎn)，而且相比于碳纖維材質(zhì)在造價(jià)方面有所降低，不過(guò)最重要的是其利于大規(guī)模生產(chǎn)。


Plasan發(fā)布的新材料實(shí)際上是基于拉擠成型制造工藝，這是一個(gè)應(yīng)用非常廣泛的制造工藝，它可以制造成不同造型，并且具有碳絲作為增強(qiáng)材料。因此可以用來(lái)制作成車架和車身。新材料的造價(jià)雖高于傳統(tǒng)鋼材，但低于碳纖維，加上其輕盈的特性，非常適用于新能源車型使用。Plasan透露，他們已經(jīng)在與一些制造商進(jìn)行會(huì)談，并期望這項(xiàng)技術(shù)在3-4年內(nèi)問(wèn)世。


當(dāng)然，除了以上小編說(shuō)的碳纖維，還有其他的材料，也是“瘦身”利器。


長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料


長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(LFT)是纖維增強(qiáng)聚合物領(lǐng)域的一種新型高級(jí)輕量化材料。以熱塑性樹脂為基體，以長(zhǎng)纖維(主要為玻璃纖維和碳纖維，10-25mm)為纖維增強(qiáng)材料的熱塑性復(fù)合材料，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗沖擊熱性強(qiáng)、耐腐蝕、成型加工性能優(yōu)、可設(shè)計(jì)與重復(fù)回收利用、綠色環(huán)保等性能，并具有高的性價(jià)比和較低的密度，在汽車輕量化應(yīng)用中展示了較好前景。



LFT的機(jī)械特性與增強(qiáng)纖維的長(zhǎng)度有著密切的關(guān)系。與相類似的短纖維(纖維長(zhǎng)度約小于1mm)增強(qiáng)注塑成型熱塑性復(fù)合材料相比，LFT材料在強(qiáng)度、抗撞擊性能、能量的吸收率等方面都得到了很大提高。這些特性也為L(zhǎng)FT在要求更為嚴(yán)格的汽車內(nèi)外部的結(jié)構(gòu)件和半結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用創(chuàng)造了條件，成為受汽車行業(yè)青睞的主要原因之一?！?/span>


具體來(lái)說(shuō)，這一材料主要用于汽車儀表板骨架、前端模塊(水箱支架)、天窗支架、蓄電池支架、門板支架、引擎蓋、換擋器、油門踏板等。而以儀表板支架為例，其可滿足高流動(dòng)性、高剛度、低蠕變、安全性、尺寸穩(wěn)定性、輕量化等方面的要求。


玻璃纖維增強(qiáng)材料


作為無(wú)機(jī)非金屬材料的一種，玻璃纖維在絕緣性、耐熱性、抗腐蝕性機(jī)械強(qiáng)度等方面表現(xiàn)尤佳，但缺點(diǎn)是性脆，耐磨性較差。它是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝制造成的，其單絲的直徑為幾個(gè)微米到二十幾米個(gè)微米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的 1/20-1/5 ，每束纖維原絲都由數(shù)百根甚至上千根單絲組成。玻璃纖維通常用作復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料、電絕緣材料和絕熱保溫材料等。



早在多年前，名牌汽車便率先使用了玻璃纖維及其復(fù)合材料，如美國(guó)林肯大陸使用SMC發(fā)動(dòng)機(jī)罩、保險(xiǎn)杠、后部行李箱蓋、玻纖增強(qiáng)PET空調(diào)管、排氣門等。而今，隨著人們對(duì)汽車的安全性、舒適性、環(huán)保性以及輕量化的要求，國(guó)內(nèi)外汽車車工業(yè)則更加青睞這一材料，這基于其優(yōu)良的特性使之能夠在一些汽車半結(jié)構(gòu)制件上取代鋼材和鋁材。


據(jù)了解，汽車用LFT增強(qiáng)纖維通常為玻璃纖維，理論上這種玻璃纖維在制品中的比例可以達(dá)到10%～80%(指質(zhì)量比)，而實(shí)際上常用玻璃纖維的比例通常為20%～40%。作為補(bǔ)強(qiáng)材料，玻璃纖維通常被用來(lái)制造增強(qiáng)塑料或增強(qiáng)橡膠，而其自身的特點(diǎn)使之被更廣泛的而用于前端模塊、塑料油箱、車身底部護(hù)板、備胎盒、全景天窗、發(fā)動(dòng)機(jī)下板等眾多部件中。綜合各主機(jī)廠根據(jù)車型選用的以塑代鋼輕量化技術(shù)，外飾上可帶來(lái)60kg以上的輕量化效果。


自然纖維復(fù)合材料


常見的自然纖維包括木纖維、麻纖維、棉纖維、竹纖維等，在眾多輕量化材料中，自然纖維所受到的關(guān)注似乎不及其它，然在近兩年，這一材料也越來(lái)越多地出現(xiàn)在大眾的視野，其中尤以木纖維占比最重。



以大眾XL1這一車型來(lái)說(shuō)，其內(nèi)飾件，包括通風(fēng)管道，就全部使用了木纖維。將其與大眾Polo對(duì)比，在使用木纖維之后，重量從184公斤，變?yōu)榱?0公斤，減重約57%。


除了大眾XL1之外，寶馬、奧迪、奔馳等眾多車型在門板、嵌飾板、座椅靠背、儀表板、ABC柱、行李箱蓋板等部件上也采用了這一材料。

本文來(lái)源：CPRJ塑料橡膠，塑料百科，易車