CSP onthult doorbraak composiet batterykast en wabe-panelen technologie

Continental Structural Plastics (CSP, Auburn Hills, Michigan, VS), samen met haar moedermaatschappij Teijin Ltd., onthulde op 9 december een innovatieve wabe Klasse A paneeltechnologie en een geavanceerde, multi-materiaal elektrisch voertuig (EV) batterykast die in een willekeurig aantal van CSP's eigen composietformuleringen gegoten kan worden. Deze componenttechnologieën zijn ontwikkeld in het nieuwe Advanced Technologies Center van het bedrijf in Auburn Hills, Michigan, CSP's tweede R&D-faciliteit in de stad, en duiden op de overgang van het bedrijf naar bredere R&D-mogelijkheden na Teijin's overname.

Het nieuwe Advanced Technologies Center is een faciliteit van 47.500 vierkante voet, waarvan 24.000 gewijd is aan R&D-inspanningen om next-generation materialen en processen te ontwikkelen om CSP en Teijin verder te brengen dan sheet molding compound (SMC) en in nieuwe markten en technologieën. Uitrusting omvat een 4000-ton pers met nivellering en vacuüm, een 750-ton pers met vacuüm, een 400-ton pers met een 10-voet bed, zes thermolators, twee FANUC Robotica en een coördinaatmeetmachine (CMM).

"We ontwikkelen hier technologieën en processen die CSP en Teijin's expertise in thermoplastische en thermohardende composieten, koolstofvezel en productie benutten om onze klanten nieuwe opties te bieden voor bestaande en toekomstige voertuigprogramma's," zegt Hugh Foran, uitvoerend directeur, New Business Development, New Markets and Technologies. "We kunnen gewicht reduceren terwijl we duurzaamheid en insassenveiligheid verbeteren — alle sleutelkenmerken die nodig zijn voor autonoom, verbonden en elektrische voertuigen."

Naast de technologische transitie, nam het Advanced Technologies Center een paar projecten op om deze nieuwe R&D-inspanningen te vervullen. Het eerste van deze projecten is CSP's nieuwe wabe-productieproces dat ultra-lichte Klasse A panelen produceert. Gezien als een "sandwich" composiet, gebruiken deze panelen een lichte, wabe-kern, bekleed met natuurlijke vezel, glasvezel of koolstofvezel-huiden die benat zijn met polyurethaan (PUR) hars. CSP zegt dat dit proces het gieten van complexe vormen en scherpe randen mogelijk maakt, en resulteert in panelen die zeer hoge stijfheid bieden bij een zeer laag gewicht.

CSP is momenteel ook in ontwikkeling en productie van meer dan 34 verschillende elektrische voertuig (EV) batterykastdeksels in zowel de VS als China. Om de aanbod van het bedrijf uit te breiden en klanten een superieure batterykast te bieden, hebben CSP en Teijin een full-size, multi-materiaal batterykast ontwikkeld met een een-stuks composietdeksel en een een-stuks composietbak met aluminium- en staalversterkingen.

Volgens beide bedrijven komen automakers vaak uitdagingen tegen met huidige multi-piece staal- en aluminium EV-batterykasten, waaronder het totale gewicht van de kast (doorgaans meer dan 1000 pond), en de noodzaak voor meerdere lassen, bevestigingen en bouten die uiteindelijk tot lekkages kunnen leiden. Door het deksel en de bak elk als één stuk te gieten, zegt CSP dat het een systeem heeft gecreëerd dat makkelijker te verzegelen is en vóór verzending gecertificeerd kan worden. Het bedrijf heeft twee octrooien in aanbouw voor zijn innovatieve kastmontage- en bevestigingssystemen.

Het bedrijf ontwikkelde ook een montagerahmen met behulp van structurele schuim voor energie-absorptie. Dit maakt een verminderde raamdikte en gewicht mogelijk, terwijl de crashprestaties verbeteren. Aanvullende voordelen van de multi-materiaal batterykast zijn:

• Niet-geleidend
• Kan in complexe vormen gegoten worden
• Minder complexiteit in gereedschap
• Hoge sterkte
• Dimensionele stabiliteit
• Ingegoten afdichtingskenmerken
• Mogelijkheid om afscherming in te gieten, inclusief EMI- en RFI-bescherming
• Corrosiebestendigheid
• Verminderde gereedschapskosten

Kortom, de CSP multi-materiaal batterykast wordt gezegd 15% lichter te zijn dan een staal batterykast. Hoewel het gelijk is in gewicht aan een aluminium kast, biedt de CSP kast betere temperatuurbestendigheid dan aluminium, met name als het fenolharsysteem wordt gebruikt. Bovendien heeft het een-stuks ontwerp voor de bak geen doorboringen, dus geen afdichting of kit is vereist. Dit elimineert niet alleen de kans op lekkages, het verlaagt ook de totale productiekosten en complexiteit.

Veel van deze voordelen zouden niet bereikt kunnen zijn zonder de superieure composietchemie die door CSP's materialen R&D-team is ontwikkeld, stelt het bedrijf. Deze reeks geavanceerde composieten stelt klanten in staat de formulering voor het deksel en/of de basis te selecteren die het beste aan hun specificaties voldoet. CSP's batterykast materiaalopties omvatten:

• Traditionele high-fill polyester/vinylester ATH-systeem dat conventionele SMC-chemieën gebruikt, gemakkelijk aanpasbaar aan bestaande gereedschappen en uitstekende basale prestaties levert in het juiste ontwerp.
• Intumescent systeem met vergelijkbare chemie als traditionele SMC, maar met betere brandbaarheid en thermische runaway prestaties.
• Fenol-systeem dat ideaal is voor hoge temperatuurtoepassingen waar onderdelen moeten voldoen aan brandveiligheid, rookemissie, verbranding en toxiciteitseisen. Een fenolsysteem zal uitstekende vlamvertraging, hitte- en chemische bestendigheid en elektrische niet-geleidingskenmerken hebben.

Elke van deze chimieën kan aangepast worden met behulp van verschillende vezeltypes of formaten (bijv. glas/koolstof/geblend/andere, gehakt en/of continu), en elk kan geformuleerd worden om de meest strenge VOC-eisen te halen.

"Het werk dat wordt gedaan in het Advanced Technology Center, gecombineerd met de materiaalvoortgang die wordt bereikt in ons R&D-faciliteit op het hoofdkantoor, stelt CSP in staat onze leidende positie in geavanceerde composieten te behouden, en ons te vestigen als een globale speler in het multi-materialen veld," zegt Steve Rooney, CEO van CSP. "Samen, met de koolstofvezel- en materiaalkennis die Teijin meebrengt, ontwikkelen we lichtgewicht oplossingen die onze klanten in staat stellen om buiten de doos te denken bij voertuigontwerp."

Het team op het Advanced Technologies Center omvat momenteel vijf ingenieurs en ontwerpers. CSP's Advanced Technology Department, in combinatie met R&D en Productontwikkeling, omvat meer dan 80 ingenieurs, ontwerpers en wetenschappers. Voordat CSP door Teijin werd overgenomen, was deze faciliteit een Teijin R&D-centrum, en is de plek waar het Sereebo productieproces is ontwikkeld. Dit is het proces dat nu gebruikt wordt om de PACE Award winnende GMC Sierra Denali pick-up bak CarbonPro te produceren, wat gezegd wordt de eerste koolstofvezel pick-up bak in de industrie.