Continu vezelversterkte thermoplastische composieten maken wielblad mogelijk voor volledig elektrische SUV

Gladde afwerking. NIO selecteerde Covestro's Maezio voor zijn wielblad op basis van de esthetiek en aerodynamica van koolstofvezel in één richting. Bron | Covestro

Spaakachtige bladinzetstukken voor autowielen, ook wel wielbladen genoemd, zijn een populair hulpmiddel geworden voor ontwerpingenieurs die de esthetiek en aerodynamica van het wiel willen verbeteren. Hoewel koolstofvezel een populaire materiaalkeuze is voor deze niet-structurele onderdelen, willen veel ontwerpers het materiaal op verschillende manieren laten zien, naast de traditionele geweven look die doorgaans wordt gebruikt voor exterieurcomponenten en accentgebieden. Covestro (Leverkusen, Duitsland; Shanghai, China) heeft onlangs aangekondigd dat zijn Maezio continu vezelversterkte thermoplastische (CFRTP) composieten worden gebruikt bij de productie van een composiet wielblad dat wordt gebruikt op de aluminium wielen voor de volledig elektrische SUV's ES6 en ES8, vervaardigd door NIO (Shanghai, China). Het materiaal geeft OEM's en ontwerpers een nieuw alternatief voor de traditionele geweven look van koolstofvezel, en biedt een uniek uiterlijk met unidirectionele koolstofvezeloptiek en een verscheidenheid aan afwerkingsopties.

"Ontwerpers zijn op zoek naar nieuwe stijlen om hun toepassingen te differentiëren", zegt Florian Dorin, specialist in autocomposieten van Covestro.

"Maezio-composieten zijn een zeer uniek materiaal omdat ze een soort nieuwe definitie geven van hoe schoonheid wordt geassocieerd met koolstofvezel", voegt Yanbing Wang, senior CMF-ontwerper van NIO, toe. "Ze hebben een nieuwe esthetische richting uitgezet met de unidirectionele vezels van vezels die dynamisch en vol energie aanvoelen."

Maezio, geïntroduceerd in oktober 2018, omvat unidirectionele (UD) versterkte tapes en platen gemaakt van koolstofvezels geïmpregneerd in een polycarbonaat (PC) matrix. Maezio UD-tapes kunnen onder verschillende hoeken worden gelamineerd om vellen te vormen die zijn afgestemd op verschillende prestatie- en mechanische criteria. De resulterende platen zijn sterk, stijf, lichtgewicht en hebben een natuurlijke, unidirectionele oppervlakteafwerking.

Meer informatie over Covestro's Maezio continue CFRTP-composieten:

• Covestro lanceert Maezio thermoplasten met continue vezels
• De democratisering van composieten

Voor het wielblad van NIO worden Maezio-platen uit lagen UD-tape op de gewenste dikte gelegd. Schroefnokken worden omgevormd en vervolgens op het onderdeel gelast. Dankzij het thermoplastische matrixsysteem van Maezio kan het tijdens de verwerking gemakkelijk worden verbonden met andere functionele componenten. In dit specifieke geval worden de wielbladinzetstukken met de spaken verbonden door middel van gegoten polycarbonaat schroefnokken. Het gebruik van dezelfde hars zorgt voor hechting tussen de schroefnaaf en het wielblad.

NIO koos Maezio voor zijn wielblad voornamelijk op basis van de esthetische eigenschappen en aerodynamica van het materiaal - de bladen zijn een niet-structureel onderdeel dat is ontworpen om de windweerstand rond de wielen te verminderen om het brandstofverbruik te verbeteren. Dorin benadrukt echter ook dat er met verschillende prestatiefactoren rekening moest worden gehouden. Wheelblades zijn onderhevig aan draaikrachten en hoge thermische belastingen veroorzaakt door remmen. Volgens Dorin biedt Covestro's Makrolon-polycarbonaat, dat de matrix voor Maezio vormt, goede, ongecompliceerde hechtingseigenschappen en is het compatibel met een breed scala aan coatings en decoratieprocessen voor het ontwerpen van unieke oppervlakken terwijl het nog steeds voldoet aan de prestatie-eisen.

Covestro kon zijn coatingleverancier niet noemen, maar voor de wielbladen werd een coatingsysteem ontwikkeld dat niet alleen de schoonheid van de unidirectionele vezels behoudt, maar ook de vereiste bescherming biedt. Het coatingsysteem voldoet aan strenge veiligheids- en prestatie-eisen, waaronder bestendigheid tegen schokken, chemicaliën en weersinvloeden. Bovendien vertoont het polycarbonaat ook hoge thermische stabiliteitseigenschappen, zodat het wielbladinzetstuk bestand is tegen door remmen veroorzaakte temperaturen tot 150°C. Het onderdeel zelf werd mechanisch getest en onderworpen aan rol-, buig-, duurzaamheids- en remtests. Het werd ook onderworpen aan waterstralen onder hoge druk, inslag van grind, langdurige hitteverouderingstests, temperatuur en blootstelling aan chemicaliën zoals benzine, diesel en remvloeistof. Het materiaal voldeed aan alle eisen.

Matte afwerking. Maezio's polycarbonaatmatrix is ​​compatibel met een breed scala aan coatings, waardoor een mat coatingsysteem voor NIO's unidirectionele koolstofvezelwielblad mogelijk is dat de vezels laat zien en toch voldoet aan de prestatie-eisen. Bron | Covestro

Gebaseerd op het succes van NIO's wheelblade, ziet Covestro een mogelijkheid voor gebruik in andere aftermarket-wielen, en de toepassing gaf het bedrijf de mogelijkheid om de algehele prestaties van het materiaal te valideren voor andere buitentoepassingen zoals spoilers. Dorin wees ook op het potentieel van het materiaal voor gebruik in auto-interieurtoepassingen.

“Vooral op het interieur vecht iedereen om elke millimeter constructieve ruimte”, zegt Dorin. "Aanzienlijk gebruik van composieten om onderdelen dunner te maken met behoud van de stijfheid en structurele eigenschappen en het mogelijk maken van esthetische oppervlakken is wat we zien als een groot voordeel van ons materiaal."

Meer informatie over het mogelijke gebruik van Maezio in voertuiginterieurs:

Covestro gebruikt Maezio thermoplastische composieten voor prototypes van toekomstige mobiliteitsinterieurs

Naast zijn esthetiek en duurzaamheid, is Maezio een potentiële materiaal-enabler voor grootschalige productie. Het materiaal kan worden gethermovormd met hoge opbrengst en kortere cyclustijden om miljoenen onderdelen per jaar te produceren. Volgens Dorin zijn de cyclustijden voor het materiaal misschien iets langer dan gebruikelijk bij spuitgieten, maar veel sneller dan bij de verwerking van op epoxy gebaseerde materialen. Ondanks tal van technische uitdagingen die Covestro en zijn partners moesten overwinnen, werd het NIO-wielblad in slechts 18 maanden helemaal opnieuw ontwikkeld en begon de massaproductie in het derde kwartaal van 2019.