CSP revela tecnologia inovadora de painel honeycomb Classe A e invólucro de bateria composto multi-material

Novas tecnologias desenvolvidas no Centro de Tecnologias Avançadas

A Continental Structural Plastics (CSP, Auburn Hills, Michigan, EUA), junto com sua empresa-mãe Teijin Ltd., revelou em 9 de dezembro uma inovadora tecnologia de painel honeycomb Classe A e um avançado invólucro de bateria multi-material para veículos elétricos (EV) que pode ser moldado em qualquer número de formulações compósitas proprietárias da CSP. Essas tecnologias de componentes foram desenvolvidas no novo Centro de Tecnologias Avançadas da empresa em Auburn Hills, Michigan, a segunda instalação de P&D da CSP na cidade, e indicam a transição da empresa para capacidades mais amplas de P&D após a aquisição pela Teijin.

Instalações de ponta para P&D

O novo Centro de Tecnologias Avançadas é uma instalação de 4.413 metros quadrados, dos quais 2.230 são dedicados a esforços de P&D para desenvolver materiais e processos de próxima geração para mover a CSP e a Teijin além do composto de moldagem em chapa (SMC) e para novos mercados e tecnologias. O equipamento inclui uma prensa de 4.000 toneladas com nivelamento e vácuo, uma prensa de 750 toneladas com vácuo, uma prensa de 400 toneladas com mesa de 3 metros, seis termorreguladores, dois robôs FANUC e uma máquina de medição por coordenadas (CMM).

Foco em veículos autônomos, conectados e elétricos

"Estamos desenvolvendo tecnologias e processos aqui que aproveitam a expertise da CSP e da Teijin em compósitos termoplásticos e termofixos, fibra de carbono e manufatura para fornecer aos nossos clientes novas opções para programas de veículos existentes e futuros", diz Hugh Foran, diretor executivo de Desenvolvimento de Novos Negócios, Novos Mercados e Tecnologias. "Podemos reduzir peso enquanto melhoramos durabilidade e segurança dos ocupantes — todos recursos-chave necessários para veículos autônomos, conectados e elétricos."

Processo de fabricação de painéis honeycomb ultra-leves

Além da transição tecnológica, o Centro de Tecnologias Avançadas assumiu alguns projetos para cumprir esses novos esforços de P&D. O primeiro é o novo processo de fabricação honeycomb da CSP, que produz painéis Classe A ultra-leves. Considerados um compósito "sanduíche", esses painéis usam um núcleo honeycomb leve, revestido com peles de fibra natural, fibra de vidro ou fibra de carbono que são umedecidas com resina de poliuretano (PUR). A CSP diz que esse processo permite a moldagem de formas complexas e arestas vivas, resultando em painéis que oferecem rigidez muito alta com peso muito baixo.

Invólucro de bateria multi-material: design em uma peça

A CSP também está atualmente em desenvolvimento e produção de mais de 34 tampas diferentes de caixas de bateria para veículos elétricos (EV) tanto nos EUA quanto na China. No entanto, para expandir a oferta da empresa e fornecer aos clientes um invólucro de bateria superior, a CSP e a Teijin desenvolveram um invólucro de bateria multi-material em tamanho real, com tampa composta em uma peça e bandeja composta em uma peça com reforços de alumínio e aço.

Segundo ambas as empresas, as montadoras frequentemente enfrentam uma série de desafios com os atuais invólucros de bateria EV multi-peças em aço e alumínio, incluindo o peso total do invólucro (tipicamente mais de 450 kg), e a necessidade de múltiplas soldas, fixadores e parafusos que podem resultar em vazamentos. Ao moldar a tampa e a bandeja cada uma como uma única peça, a CSP diz que criou um sistema mais fácil de vedar e que pode ser certificado antes do envio. A empresa tem duas patentes pendentes para seus inovadores sistemas de montagem e fixação da caixa.

Estrutura de montagem com espuma estrutural para absorção de energia

A empresa também desenvolveu uma estrutura de montagem utilizando espuma estrutural para absorção de energia. Isso permite uma redução na espessura e peso da estrutura, enquanto melhora o desempenho em colisões. Benefícios adicionais do invólucro de bateria multi-material incluem:

• Não condutivo
• Pode ser moldado em formas complexas
• Menos complexidade no ferramental
• Alta resistência
• Estabilidade dimensional
• Recursos de vedação moldados
• Capacidade de moldar blindagem, incluindo proteção EMI e RFI
• Resistência à corrosão
• Custo reduzido de ferramental

Comparativo de peso e vantagens

No total, o invólucro de bateria multi-material da CSP é dito ser 15% mais leve que uma caixa de bateria de aço. Embora tenha peso igual a um invólucro de alumínio, o invólucro da CSP oferece melhor resistência à temperatura que o alumínio, especialmente se o sistema de resina fenólica for usado. Além disso, o design em uma peça para a bandeja não tem furos passantes, então nenhuma vedação ou selante é necessário. Isso não apenas elimina a chance de vazamentos, mas reduz custos e complexidade globais de produção.

Opções de química de materiais avançados

Muitos desses benefícios não poderiam ter sido alcançados sem a química de compósitos superior desenvolvida pela equipe de P&D de materiais da CSP, afirma a empresa. Essa variedade de compósitos avançados permite que os clientes selecionem a formulação para a tampa e/ou base que melhor atenda às suas especificações. As opções de materiais para invólucro de bateria da CSP incluem:

• Sistema tradicional de poliéster/éster vinílico de alto enchimento ATH que usa químicas SMC convencionais, é facilmente adaptado a ferramentas existentes e dará excelente desempenho de base no design certo.
• Sistema intumescente usando química similar ao SMC tradicional, mas com melhor desempenho de inflamabilidade e runaway térmico.
• Sistema fenólico ideal para aplicações de alta temperatura onde as peças devem atender a requisitos de segurança contra incêndio, emissão de fumaça, combustão e toxicidade. Um sistema fenólico terá excelente retardância a chamas, resistência ao calor e produtos químicos e características de não condutividade elétrica.

Cada uma dessas químicas pode ser adaptada utilizando diferentes tipos ou formatos de fibra (ex: vidro/carbono/misturados/outros, picados e/ou contínuos), e qualquer uma pode ser formulada para atingir os mais rigorosos requisitos de VOC.

Liderança em compósitos avançados e multi-materiais

"O trabalho sendo feito no Centro de Tecnologia Avançada, combinado com os avanços de materiais sendo alcançados em nossa instalação de P&D na sede, está permitindo que a CSP mantenha nossa posição de liderança em compósitos avançados, e nos estabeleça como um player global no campo multi-materiais", diz Steve Rooney, CEO da CSP. "Juntos, com a expertise em fibra de carbono e materiais que a Teijin traz, estamos desenvolvendo soluções leves que permitem aos nossos clientes pensar fora da caixa quando se trata de design de veículos."

A equipe no Centro de Tecnologias Avançadas atualmente inclui cinco engenheiros e designers. O Departamento de Tecnologia Avançada da CSP, em combinação com P&D e Desenvolvimento de Produto, compreende mais de 80 engenheiros, designers e cientistas. Antes de a CSP ser adquirida pela Teijin, esta instalação era um centro de P&D da Teijin, e é onde o processo de fabricação Sereebo foi desenvolvido. Este é o processo agora em uso para fabricar a caixa de picape CarbonPro da GMC Sierra Denali vencedora do PACE Award, que é dita ser a primeira caixa de picape de fibra de carbono da indústria.