用于豪华轿车的轻质复合材料电池载重舱

作者:本刊编译 发布时间:2021-11-11
在发生碰撞事故时,必须确保车载电源电池得到可靠保护。由朗盛Tepex dynalite 连续纤维增强热塑性复合材料制成的梅赛德斯-奔驰S级轿车的电源电池载重舱,为此提供了足够的强度和刚性。

朗盛的Tepex dynalite 连续纤维增强热塑性复合材料在轻量化设计中正越来越多地取代金属,其中,一项新的应用是制造梅赛德斯-奔驰S级轿车的载重舱,用于容纳48V的车载电源电池。这种复合材料的部件能够承受高的机械应力,要比类似的金属板材部件约轻30%。

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该载重舱能够承受高机械应力,比类似的金属板材设计约轻30%(图片来自朗盛) 

“发生碰撞时,必须确保电池不被刺穿,或者,这种载重舱的凹壁不能出现任何形式的损坏,这就需要依靠我们的织物基复合材料所提供的高强度和高刚性来保证。”朗盛Tepex 应用技术专家Klaus Vonberg博士介绍说,“这种复合材料的设计还确保了载重舱的密封性,能防止液体如水和电池电解液等出现渗漏。”

低成本的功能集成

采用由水切割机制成的大约110cm×80cm大小的坯料,在一个混合成型过程中,可以经济地制造该安全部件。坯料由基于聚酰胺6基体树脂的Tepex dynalite 102-RG600(2)复合材料制成,该复合材料由两层连续玻纤织物增强。采用朗盛易于流动的Durethan BKV60H2.0EF DUS060聚酰胺6进行背部注射,可以低成本地集成紧固件,也可以集成加强肋。Durethan BKV60H2.0EF DUS060聚酰胺6含有60%质量百分比的短玻纤,这使其强度和刚性极高,并能与Tepex完美匹配。

复杂的成型过程

坯料的成型(悬垂)是通过一台压机实现的,这是一个极为复杂的过程,其中的一个原因是高拉伸比,这是因为,这种复合材料不会像金属板材那样发生塑性膨胀,但会因为纤维材料的运动(悬垂)而发生变形,这意味着在成型过程中,外界必须持续不断地供应这种材料。如果运动过大,纤维会抑制成型过程,结果会出现断裂,从而影响其余的过程。

综合仿真节省开发成本

朗盛使用了一系列的计算模型来精确模拟悬垂过程,对成型效果进行预测和分析,并作出相应的反应。除了能够确定坯料的最佳二维切割形状外,还能对坯料的成型行为进行虚拟分析,并使其适应客户的模具概念,这样,就能及早发现并消除薄弱之处,从而在这些工艺的设计过程中就能极大地节省成本。

“我们还确定了载重舱成型过程中达到织物临界剪切角的时间、褶皱形成的地方以及纤维开始断裂的时间。”Vonberg说,“我们的计算和仿真还有助于确保部件的圆角可以承受预期的载荷。”

在部件上拥有明显三维轮廓的区域,如圆角处,连续纤维本身的局部取向也得到了模拟,这为利用综合仿真来精确预测部件的力学行为提供了先决条件。

“所有这些,都是我们以HiAnt 为品牌提供的服务的一部分。通过这些服务,我们为客户的开发专家设计这种载重舱提供了支持。”Vonberg说道。

更多的量产应用

目前,Tepex dynalite复合材料还被用于制造梅赛德斯-奔驰C级轿车的载重舱,用于容纳车载电源电池。“我们还看到了电动汽车对安全装置、完整的电池系统外壳或储存空间部件的巨大需求潜力。由于我们的轻质结构材料要比金属更轻,因此有助于延长电动汽车的续驶里程。”Vonberg对未来充满了信心。

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