對于新能源汽車來說，不僅要減重，更要耐碰撞，保護好電池才能實現安全駕駛。近日，朗盛及TRB 公司分別推出了可幫助新能源汽車結構件減重及提高耐碰撞性能的復合材料解決方案，并通過批量生產的方式實現成本效益，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 級轎車的高級自動化駕駛輔助系統結構件中，采用朗盛Tepex 連續纖維增強熱塑性復合材料制造電池支架，為該系統的“智能駕駛”供電。



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


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


01優化受力分布


據介紹，該支架的作用是通過單獨夾緊將重約 10 公斤的電池牢牢固定在車輛后艙中，即使受到碰撞產生的加速力也不會對支架造成影響。支架充分利用Tepex 坯料出色強度和剛度性能，確保大部分受力通過復合材料的連續玻璃纖維進行傳遞。


“這款復合材料的優勢在于，與其他纖維增強注塑復合材料相比，它在高持續應力下不會發生蠕變，不會變形。這可確保電池永久固定到位，”朗盛 Tepex 銷售和項目經理 Philipp Maas 說。該坯料還具有高度的疲勞強度，可確保材料不會因頻繁或劇烈振動（例如坑洼引起的振動）而隨著時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軌以及用于兩個控制單元的支架和緊固件。Schrapp補充說這兩件設備在安裝過程中只是簡單地夾到位，無需花時間將它們擰入。


03牢固的材料結合


Tepex材料的聚丙烯基材由四層連續玻璃纖維增強，其中大部分沿一個方向排列。用短玻璃纖維增強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。再加上復合材料的高比剛度，這會提高成品的強度和剛度?！盡aas 說。


04耐腐蝕和電絕緣


復合半成品的另一個好處是它耐腐蝕，這使得運輸和儲存比金屬卷更容易。結構材料的電氣特性也起著關鍵作用?！八鼘嚿砗碗姵氐慕饘俨考请娊^緣的，這大大降低了短路的風險。然而，由金屬制成的組件需要額外的措施來防止短路?！盨chrapp 說。


復合材料車底保護板：減重50%耐沖擊力提高數倍


英國的TRB Lightweight Structures 公司開發了一種復合材料車底保護板，它可以在減輕重量的同時顯著提高耐沖擊力。這些面板由材料和專有的增韌TRB 樹脂組合而成，可實現大批量生產。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試運行。



該保護板采用先進材料的夾層結構，智能分層以根據位置提供不同的沖擊吸收強度。測試表明，與一流的鋼材解決方案相比，該保護板的沖擊吸收率翻倍，同時重量減半。TRB 表示，這些保護板可以涂漆，但與鋼不同的是，它不需要油漆來防止腐蝕，而重量輕的結構簡化了安裝和更換。


該保護板采用先進材料的夾層結構，智能分層以根據位置提供不同的沖擊吸收強度。測試表明，與一流的鋼材解決方案相比，該保護板的沖擊吸收率翻倍，同時重量減半。TRB 表示，這些保護板可以涂漆，但與鋼不同的是，它不需要油漆來防止腐蝕，而重量輕的結構簡化了安裝和更換。


新型碳復合材料，可為車輛減重


一家名為Plasan的以色列公司發布了一種新型碳復合材料，這種材料可用于車身和車架的生產。據悉，全新的材料造價比傳統鋼材略貴，但低于碳纖維的造價，且具有高強度和重量更輕的特點，并且可以進行批量生產。據悉，這種新材料有望在未來3-4年問世。



碳纖維材質是目前汽車領域中高強度和輕盈兼顧的理想之選，但其不僅制造成本高，而且工藝比較復雜，不利于量產。而Plasan發布的新材料則為碳復合材質，不僅具有碳纖維高強度和輕盈的特點，而且相比于碳纖維材質在造價方面有所降低，不過最重要的是其利于大規模生產。


Plasan發布的新材料實際上是基于拉擠成型制造工藝，這是一個應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材料。因此可以用來制作成車架和車身。新材料的造價雖高于傳統鋼材，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，他們已經在與一些制造商進行會談，并期望這項技術在3-4年內問世。


當然，除了以上小編說的碳纖維，還有其他的材料，也是“瘦身”利器。


長纖維增強熱塑性復合材料


長纖維增強熱塑性復合材料(LFT)是纖維增強聚合物領域的一種新型高級輕量化材料。以熱塑性樹脂為基體，以長纖維(主要為玻璃纖維和碳纖維，10-25mm)為纖維增強材料的熱塑性復合材料，具有質量輕、強度高、抗沖擊熱性強、耐腐蝕、成型加工性能優、可設計與重復回收利用、綠色環保等性能，并具有高的性價比和較低的密度，在汽車輕量化應用中展示了較好前景。



LFT的機械特性與增強纖維的長度有著密切的關系。與相類似的短纖維(纖維長度約小于1mm)增強注塑成型熱塑性復合材料相比，LFT材料在強度、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LFT在要求更為嚴格的汽車內外部的結構件和半結構件上的應用創造了條件，成為受汽車行業青睞的主要原因之一?！?/span>


具體來說，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，其可滿足高流動性、高剛度、低蠕變、安全性、尺寸穩定性、輕量化等方面的要求。


玻璃纖維增強材料


作為無機非金屬材料的一種，玻璃纖維在絕緣性、耐熱性、抗腐蝕性機械強度等方面表現尤佳，但缺點是性脆，耐磨性較差。它是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經高溫熔制、拉絲、絡紗、織布等工藝制造成的，其單絲的直徑為幾個微米到二十幾米個微米，相當于一根頭發絲的 1/20-1/5 ，每束纖維原絲都由數百根甚至上千根單絲組成。玻璃纖維通常用作復合材料中的增強材料、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合材料，如美國林肯大陸使用SMC發動機罩、保險杠、后部行李箱蓋、玻纖增強PET空調管、排氣門等。而今，隨著人們對汽車的安全性、舒適性、環保性以及輕量化的要求，國內外汽車車工業則更加青睞這一材料，這基于其優良的特性使之能夠在一些汽車半結構制件上取代鋼材和鋁材。


據了解，汽車用LFT增強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到10%～80%(指質量比)，而實際上常用玻璃纖維的比例通常為20%～40%。作為補強材料，玻璃纖維通常被用來制造增強塑料或增強橡膠，而其自身的特點使之被更廣泛的而用于前端模塊、塑料油箱、車身底部護板、備胎盒、全景天窗、發動機下板等眾多部件中。綜合各主機廠根據車型選用的以塑代鋼輕量化技術，外飾上可帶來60kg以上的輕量化效果。


自然纖維復合材料


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注似乎不及其它，然在近兩年，這一材料也越來越多地出現在大眾的視野，其中尤以木纖維占比最重。



以大眾XL1這一車型來說，其內飾件，包括通風管道，就全部使用了木纖維。將其與大眾Polo對比，在使用木纖維之后，重量從184公斤，變為了80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。

本文來源：CPRJ塑料橡膠，塑料百科，易車