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新型压缩模塑工艺融合连续带材与D-LFT 打造轻量化电动车车身

由德国联邦教育与研究部(BMBF)资助的多年研究项目“面向电动出行的系统集成多材料轻量化设计”(SMiLE),结合复合材料与有色金属,致力于降低电池电动车(BEV)整个白车身(BIW)结构的质量与成本。后地板模块采用两类热塑性复合材料加金属型材与嵌件设计。为快速低成本生产该承载地板,项目开发了单步压缩模塑子工艺及快速加热固化热塑性带材新技术。

UD带材与D-LFT混合应用

混合复合后地板采用单向(UD)热塑性带材与直接长纤维热塑性(D-LFT)复合材料。UD带材提供薄壁轻量化高刚强度抗屈曲能力;D-LFT实现复杂几何成型、功能集成/零部件整合及金属嵌件包覆成型。材料均来自BASF SE:Ultramid B3K PA6 D-LFT(40%玻纤)与八层Ultratape B3WG12 PA6 UD带材(60%玻纤)。

UD带材与D-LFT常见组合方式有二:一是主D-LFT结构局部铺带增强(称定制D-LFT),二是带材与D-LFT分居零件两侧。前者易因D-LFT流动冲移薄带需夹具固定,且强度轻量化不如高带材比例方案;后者虽实现功能集成与高刚强分区,但整体重量较大、刚强度未达最优。

创新工艺:局部先进定制LFT

鉴于后地板安全关键性及吸能需求,研究团队开发新工艺:大部分采用预固化UD带材层压板,仅在肋条等复杂几何区域选择性铺设D-LFT。经仿真优化模具设计,采用六可动型腔(四滑块)成型50mm高、115mm宽深波纹,确保层压板成型质量与D-LFT结合强度。

关键工艺参数:层压板保持≥130℃(PA6熔点下),D-LFT以280℃(熔点上)送入。利用顶针延伸隔热,滑块顺序动作成型波纹,合模后D-LFT在1430MT压力下成型X形晶格肋结构。模具仅在D-LFT流动边缘设剪切刃,实现流动D-LFT与不可流动带材层压板选区共模。

辐射诱导真空固化技术

为匹配自动化铺带速度与压机节拍,Fraunhofer ICT开发辐射诱导真空固化技术(Dieffenbacher商业化为Fibercon设备):带材堆叠置于红外透明玻璃板间,抽真空施加大量红外热,短时快速熔融树脂、排气填补空隙,获高一致性层压板。固化后快速再加热转运至压机,保持成型热态。

最终工艺流程

四设备协同,三设备同步运行:

  1. Fiberforge RELAY自动铺带,分层定向,点焊固定,真空吸持底层,可预留孔窗减少修边废料;
  2. Fibercon真空红外快速固化层压板,加热超PA6熔点(~230℃)流动排气,冷却至结晶温度(~180℃)固化;
  3. 压机顶针延伸隔热装载金属嵌件,热层压板置于顶针上保温;
  4. 双螺杆在线复合挤出D-LFT料饼,两料饼置于层压板上,顶针收回合模,四滑块顺序预成型防皱,全合模后D-LFT成型肋结构,脱模得整体件含金属嵌件。

研究环境下总周期240秒(受厚肋限制),量产预期可<100秒,若层压板预成型可更低。材料搬运量产将改用龙门机器人针式夹具。

树脂

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