对于新能源汽车来说，不仅要减重，更要耐碰撞，保护好电池才能实现安全驾驶。近日，朗盛及TRB 公司分别推出了可帮助新能源汽车结构件减重及提高耐碰撞性能的复合材料解决方案，并通过批量生产的方式实现成本效益，降本又增效。


减重40%且耐碰撞的电池支架


在梅赛德斯-奔驰 S 级轿车的高级自动化驾驶辅助系统结构件中，采用朗盛Tepex 连续纤维增强热塑性复合材料制造电池支架，为该系统的“智能驾驶”供电。



据介绍，这款弓形支架由德国洛恩的Poeppelmann Kunststoff-Technik 公司制造。它的基材为聚丙烯基 Tepex dynalite 104-RGUD600(4)/47%。制造方法是将复合材料的成型（悬垂）与注射成型相结合的两步法工艺。


“采用复合材料意味着成品可比金属造的减重 40%，” Poeppelmann 轻量化设计专家 Joachim Schrapp 说。“注塑成型步骤还可实现集成功能，不仅使安装支架变得更加容易，而且还可减少了传送运输工作。这些加工工艺有助于降低制造成本。”


01优化受力分布


据介绍，该支架的作用是通过单独夹紧将重约 10 公斤的电池牢牢固定在车辆后舱中，即使受到碰撞产生的加速力也不会对支架造成影响。支架充分利用Tepex 坯料出色强度和刚度性能，确保大部分受力通过复合材料的连续玻璃纤维进行传递。


“这款复合材料的优势在于，与其他纤维增强注塑复合材料相比，它在高持续应力下不会发生蠕变，不会变形。这可确保电池永久固定到位，”朗盛 Tepex 销售和项目经理 Philipp Maas 说。该坯料还具有高度的疲劳强度，可确保材料不会因频繁或剧烈振动（例如坑洼引起的振动）而随着时间的推移而变脆和破裂。


02“夹入的”控制单元


在注塑阶段集成在支架中的功能包括用于电缆的导轨以及用于两个控制单元的支架和紧固件。Schrapp补充说这两件设备在安装过程中只是简单地夹到位，无需花时间将它们拧入。


03牢固的材料结合


Tepex材料的聚丙烯基材由四层连续玻璃纤维增强，其中大部分沿一个方向排列。用短玻璃纤维增强的注射成型化合物也是采用聚丙烯基材。“由于粘合基材和注塑材料匹配，这在它们之间形成了非常牢固的粘合。再加上复合材料的高比刚度，这会提高成品的强度和刚度。”Maas 说。


04耐腐蚀和电绝缘


复合半成品的另一个好处是它耐腐蚀，这使得运输和储存比金属卷更容易。结构材料的电气特性也起着关键作用。“它对车身和电池的金属部件是电绝缘的，这大大降低了短路的风险。然而，由金属制成的组件需要额外的措施来防止短路。”Schrapp 说。


复合材料车底保护板：减重50%耐冲击力提高数倍


英国的TRB Lightweight Structures 公司开发了一种复合材料车底保护板，它可以在减轻重量的同时显着提高耐冲击力。这些面板由材料和专有的增韧TRB 树脂组合而成，可实现大批量生产。TRB公司表示，采用这种新解决方案具有成本效益，目前已在北美和英国试运行。



该保护板采用先进材料的夹层结构，智能分层以根据位置提供不同的冲击吸收强度。测试表明，与一流的钢材解决方案相比，该保护板的冲击吸收率翻倍，同时重量减半。TRB 表示，这些保护板可以涂漆，但与钢不同的是，它不需要油漆来防止腐蚀，而重量轻的结构简化了安装和更换。


该保护板采用先进材料的夹层结构，智能分层以根据位置提供不同的冲击吸收强度。测试表明，与一流的钢材解决方案相比，该保护板的冲击吸收率翻倍，同时重量减半。TRB 表示，这些保护板可以涂漆，但与钢不同的是，它不需要油漆来防止腐蚀，而重量轻的结构简化了安装和更换。


新型碳复合材料，可为车辆减重


一家名为Plasan的以色列公司发布了一种新型碳复合材料，这种材料可用于车身和车架的生产。据悉，全新的材料造价比传统钢材略贵，但低于碳纤维的造价，且具有高强度和重量更轻的特点，并且可以进行批量生产。据悉，这种新材料有望在未来3-4年问世。



碳纤维材质是目前汽车领域中高强度和轻盈兼顾的理想之选，但其不仅制造成本高，而且工艺比较复杂，不利于量产。而Plasan发布的新材料则为碳复合材质，不仅具有碳纤维高强度和轻盈的特点，而且相比于碳纤维材质在造价方面有所降低，不过最重要的是其利于大规模生产。


Plasan发布的新材料实际上是基于拉挤成型制造工艺，这是一个应用非常广泛的制造工艺，它可以制造成不同造型，并且具有碳丝作为增强材料。因此可以用来制作成车架和车身。新材料的造价虽高于传统钢材，但低于碳纤维，加上其轻盈的特性，非常适用于新能源车型使用。Plasan透露，他们已经在与一些制造商进行会谈，并期望这项技术在3-4年内问世。


当然，除了以上小编说的碳纤维，还有其他的材料，也是“瘦身”利器。


长纤维增强热塑性复合材料


长纤维增强热塑性复合材料(LFT)是纤维增强聚合物领域的一种新型高级轻量化材料。以热塑性树脂为基体，以长纤维(主要为玻璃纤维和碳纤维，10-25mm)为纤维增强材料的热塑性复合材料，具有质量轻、强度高、抗冲击热性强、耐腐蚀、成型加工性能优、可设计与重复回收利用、绿色环保等性能，并具有高的性价比和较低的密度，在汽车轻量化应用中展示了较好前景。



LFT的机械特性与增强纤维的长度有着密切的关系。与相类似的短纤维(纤维长度约小于1mm)增强注塑成型热塑性复合材料相比，LFT材料在强度、抗撞击性能、能量的吸收率等方面都得到了很大提高。这些特性也为LFT在要求更为严格的汽车内外部的结构件和半结构件上的应用创造了条件，成为受汽车行业青睐的主要原因之一。”


具体来说，这一材料主要用于汽车仪表板骨架、前端模块(水箱支架)、天窗支架、蓄电池支架、门板支架、引擎盖、换挡器、油门踏板等。而以仪表板支架为例，其可满足高流动性、高刚度、低蠕变、安全性、尺寸稳定性、轻量化等方面的要求。


玻璃纤维增强材料


作为无机非金属材料的一种，玻璃纤维在绝缘性、耐热性、抗腐蚀性机械强度等方面表现尤佳，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料、电绝缘材料和绝热保温材料等。



早在多年前，名牌汽车便率先使用了玻璃纤维及其复合材料，如美国林肯大陆使用SMC发动机罩、保险杠、后部行李箱盖、玻纤增强PET空调管、排气门等。而今，随着人们对汽车的安全性、舒适性、环保性以及轻量化的要求，国内外汽车车工业则更加青睐这一材料，这基于其优良的特性使之能够在一些汽车半结构制件上取代钢材和铝材。


据了解，汽车用LFT增强纤维通常为玻璃纤维，理论上这种玻璃纤维在制品中的比例可以达到10%～80%(指质量比)，而实际上常用玻璃纤维的比例通常为20%～40%。作为补强材料，玻璃纤维通常被用来制造增强塑料或增强橡胶，而其自身的特点使之被更广泛的而用于前端模块、塑料油箱、车身底部护板、备胎盒、全景天窗、发动机下板等众多部件中。综合各主机厂根据车型选用的以塑代钢轻量化技术，外饰上可带来60kg以上的轻量化效果。


自然纤维复合材料


常见的自然纤维包括木纤维、麻纤维、棉纤维、竹纤维等，在众多轻量化材料中，自然纤维所受到的关注似乎不及其它，然在近两年，这一材料也越来越多地出现在大众的视野，其中尤以木纤维占比最重。



以大众XL1这一车型来说，其内饰件，包括通风管道，就全部使用了木纤维。将其与大众Polo对比，在使用木纤维之后，重量从184公斤，变为了80公斤，减重约57%。


除了大众XL1之外，宝马、奥迪、奔驰等众多车型在门板、嵌饰板、座椅靠背、仪表板、ABC柱、行李箱盖板等部件上也采用了这一材料。

本文来源：CPRJ塑料橡胶，塑料百科，易车