CSP Advanced Materials Center onthult composiet batterijbehuizing en materiaalinnovaties

Continental Structural Plastics (CSP, Auburn Hills, Mich., VS), samen met moederbedrijf Teijin Ltd., onthulde op 9 december een innovatieve honingraatklasse A-paneeltechnologie en een geavanceerde, multi-materiaal batterijbehuizing voor elektrische voertuigen (EV) dat kan worden gegoten in een willekeurig aantal gepatenteerde composietformuleringen van CSP. Deze componenttechnologieën zijn ontwikkeld in het nieuwe Advanced Technologies Center van het bedrijf in Auburn Hills, Michigan, de tweede R&D-faciliteit van CSP in de stad, en duiden op de overgang van het bedrijf naar bredere R&D-mogelijkheden na de overname van Teijin.

Het nieuwe Advanced Technologies Center is een faciliteit van 47.500 vierkante meter, waarvan 24.000 zijn gewijd aan R&D-inspanningen om materialen en processen van de volgende generatie te ontwikkelen om CSP en Teijin verder te brengen dan sheet molding compound (SMC) en naar nieuwe markten en technologieën. De uitrusting omvat een pers van 4000 ton met nivellering en vacuüm, een pers van 750 ton met vacuüm, een pers van 400 ton met een bed van 10 voet, zes thermolatoren, twee FANUC Robotics en een coördinatenmeetmachine (CMM).

"We ontwikkelen hier technologieën en processen die gebruikmaken van de expertise van CSP en Teijin op het gebied van thermoplastische en thermohardende composieten, koolstofvezel en productie om onze klanten nieuwe opties te bieden voor bestaande en toekomstige voertuigprogramma's", zegt Hugh Foran, uitvoerend directeur, New Business Development, Nieuwe markten en technologieën. "We kunnen het gewicht verminderen en tegelijkertijd de duurzaamheid en de veiligheid van de inzittenden verbeteren - alle belangrijke functies die nodig zijn voor autonome, geconnecteerde en elektrische voertuigen."

Naast de technologische transitie heeft het Advanced Technologies Center een aantal projecten op zich genomen om deze nieuwe R&D-inspanningen te vervullen. Het eerste van deze projecten is het nieuwe honingraatproductieproces van CSP dat ultralichtgewicht klasse A-panelen produceert. Deze panelen worden beschouwd als een "sandwich"-composiet en gebruiken een lichtgewicht honingraatkern, bekleed met huiden van natuurlijke vezels, glasvezels of koolstofvezels die zijn bevochtigd met polyurethaanhars (PUR). CSP zegt dat dit proces het vormen van complexe vormen en scherpe randen mogelijk maakt, en resulteert in panelen met een zeer hoge stijfheid bij een zeer laag gewicht.

CSP is momenteel ook in ontwikkeling en productie van meer dan 34 verschillende accubakafdekkingen voor elektrische voertuigen (EV) in zowel de VS als China. Om het aanbod van het bedrijf uit te breiden en klanten een superieure batterijbehuizing te bieden, hebben CSP en Teijin echter een batterijbehuizing van volledige grootte ontwikkeld met een eendelige composietafdekking en een eendelige composietlade met aluminium en stalen versterkingen.

Volgens beide bedrijven worden autofabrikanten vaak geconfronteerd met een aantal uitdagingen met de huidige meerdelige stalen en aluminium EV-batterijbehuizingen, waaronder het totale gewicht van de behuizing (meestal meer dan 1.000 pond), en de behoefte aan meerdere lassen, bevestigingsmiddelen en bouten die kan uiteindelijk leiden tot lekkage. Door het deksel en de bak elk als één stuk te vormen, zegt CSP dat het een systeem heeft gecreëerd dat gemakkelijker te verzegelen is en voorafgaand aan verzending kan worden gecertificeerd. Het bedrijf heeft twee patenten aangevraagd voor zijn innovatieve doosmontage- en bevestigingssystemen.

Het bedrijf ontwikkelde ook een montageframe met een structuurschuim voor energieabsorptie. Dit zorgt voor een verminderde framedikte en -gewicht, terwijl de crashprestaties worden verbeterd. Bijkomende voordelen van de batterijbehuizing uit meerdere materialen zijn onder meer:

• Niet-geleidend
• Kan in complexe vormen worden gegoten
• Minder complexiteit in tooling
• Hoge sterkte
• Dimensionale stabiliteit
• Ingegoten afdichtingskenmerken
• Mogelijkheid om afscherming in te gieten, inclusief EMI- en RFI-bescherming
• Corrosieweerstand
• Verlaagde gereedschapskosten

Alles bij elkaar genomen zou de CSP multi-materiaal batterijbehuizing 15% lichter zijn dan een stalen batterijbox. Hoewel het gewicht gelijk is aan een aluminium behuizing, biedt de CSP-behuizing een betere temperatuurbestendigheid dan aluminium, vooral als het fenolharssysteem wordt gebruikt. Bovendien heeft het ontwerp uit één stuk voor de bak geen doorlopende gaten, dus er is geen afdichting of afdichtmiddel nodig. Dit elimineert niet alleen de kans op lekken, het vermindert de totale productiekosten en complexiteit.

Veel van deze voordelen zouden niet zijn bereikt zonder de superieure composietchemie die is ontwikkeld door het materiaal-R&D-team van CSP, beweert het bedrijf. Dit assortiment van geavanceerde composieten stelt klanten in staat de formulering voor de bekleding en/of basis te selecteren die het beste aan hun specificaties voldoet. De materiaalopties voor batterijbehuizingen van CSP omvatten:

• Traditioneel high-fill polyester/vinylester ATH-systeem dat gebruikmaakt van conventionele SMC-chemie, gemakkelijk kan worden aangepast aan bestaande gereedschappen en uitstekende basisprestaties levert in het juiste ontwerp.
• Opzwellend systeem met vergelijkbare chemie als traditionele SMC, maar met betere ontvlambaarheid en thermische runaway-prestaties.
• Fenolsysteem dat ideaal is voor toepassingen bij hoge temperaturen waarbij onderdelen moeten voldoen aan de eisen op het gebied van brandveiligheid, rookemissie, verbranding en toxiciteit. Een fenolsysteem heeft uitstekende vlamvertraging, hitte- en chemische weerstand en elektrische niet-geleidende eigenschappen.

Elk van deze chemische samenstellingen kan worden aangepast met gebruikmaking van verschillende vezeltypes of -formaten (bijv. glas/koolstof/gemengd/anders, gehakt en/of continu), en elke samenstelling kan worden geformuleerd om aan de strengste VOS-vereisten te voldoen.

“ Het werk dat wordt gedaan in het Advanced Technology Center, gecombineerd met de materiaalverbeteringen die worden bereikt in onze R&D-faciliteit op het hoofdkantoor, stelt CSP in staat onze leidende positie in geavanceerde composieten te behouden en ons te vestigen als een wereldspeler op het gebied van multi-materialen, ', zegt Steve Rooney, CEO van CSP. "Samen met de koolstofvezel- en materiaalexpertise die Teijin inbrengt, ontwikkelen we lichtgewicht oplossingen waarmee onze klanten buiten de gebaande paden kunnen denken als het gaat om voertuigontwerp."

Het team van het Advanced Technologies Center bestaat momenteel uit vijf ingenieurs en ontwerpers. De afdeling Geavanceerde Technologie van CSP, in combinatie met R&D en Productontwikkeling, bestaat uit meer dan 80 ingenieurs, ontwerpers en wetenschappers. Voordat CSP door Teijin werd overgenomen, was deze faciliteit een Teijin R&D-centrum en werd hier het fabricageproces van Sereebo ontwikkeld. Dit is het proces dat nu wordt gebruikt om de PACE Award-winnende GMC Sierra Denali pick-up box te vervaardigen CarbonPro, wat naar verluidt de eerste ophaalbox van koolstofvezel in de branche is.