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les Bio-composés divisent en applications des véhicules à moteur structurelles

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Une société basée sur bio, composé de polyamide vient avec un profil unique de propriété qui peut l'aider à découper un créneau dans des applications des véhicules à moteur

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les systèmes basés sur bio de résine ne sont pas nouveaux à la fabrication de composés. En fait, de bio matériaux ont été employés comme matière de base dans quelques systèmes de résine pour plus qu'une décennie, commençant par l'huile de soja et l'éthanol de maïs utilisés dans le polyester insaturé et le progrès à la canne à sucre, aux huiles de lignine et végétales, aux glycérols et à d'autres biomasses basées sur usine. De tels matériaux ont été lancés sur le marché principalement en tant que solutions de rechange plus vertes aux résines basées sur hyrdrocarbon traditionnelles, conçues pour réduire l'empreinte de pas de carbone du produit fini en lequel ils sont employés. Cependant, en dépit de leur disponibilité large, les résines basées sur bio ont lutté pour déplacer leurs prédécesseurs basés sur pétrole. Cela commence à changer, cependant, et des preuves de ceci peuvent être trouvées sur le marché des véhicules à moteur de composés.

C'est où les plastiques d'ingénierie de DSM (Geleen, Pays-Bas) se trouve avec sa PA 410 d'EcoPaXX, un polyamide basé sur bio qui a été certifié comme neutre de carbone, merci principalement à son être 70% dérivé de la plante de haricot d'huile de ricin. Cette résine est disponible dans un certain nombre de verre - fibre - et versions remplies de fibre de carbone, aussi bien que dans une ligne des bandes (UD) unidirectionnelles qui sont visées vers les pièces des véhicules à moteur. L'environnement des véhicules à moteur est un bon équiper de la stabilité à hautes températures du polymère, du hydrophobicity augmenté comparé à d'autres polyamides, et de la résistance d'huile et chimique supérieure.

Une des premières applications commerciales d'EcoPaXX, une couverture de vilebrequin sur les moteurs diesel du MDB-4 TDI de Volkwagen utilisés dans un grand choix de modèles de voiture faits par VW, Audi et d'autres, a gagné une société 2014 de récompense d'innovation d'ingénieurs de plastiques (SPE) dans la catégorie de Powertrain, remplaçant une couverture en aluminium moulée sous pression par l'épargne en résultant d'un poids de 40% et l'épargne d'un coût du système total de 25%. La pièce, construite par KACO Gmbh (Kirchardt, l'Allemagne), comporte une fibre de verre coupée par 50%, catégorie de moulage par injection d'insertion d'EcoPaXX a moulé au-dessus d'un joint plasma-activé et dynamique de PTFE, avec un joint statique en caoutchouc liquide de silicone. KACO a développé le processus breveté de phoque de PTFE, on dit que qui réduit le frottement et améliore l'efficacité de moteur.

La couverture de vilebrequin est approximativement 200 millimètres long par 120-140 millimètres de large par 2-4 millimètres d'épaisseur. En fonction, l'intérieur de la pièce est entièrement immergé dans l'huile. Ronald Ligthart, chef de produit technique global de DSM, Stanyl et EcoPaXX, dit pour cette application, le polymère 410 concurrence du polyamide 46 et 66, aussi bien que le polyphthalamide (PPA). Il note que tandis que la molécule d'EcoPaXX 410 fournit les propriétés mécaniques semblables à la PA 66 et la PA 46 (le polymère comportant la ligne de Stanyl de DSM des résines), il est la combinaison du monomère 4 (diamino butane 1-4) avec du monomère 10 (acide sébacique), qui donne la résistance augmentée de produit chimique, de pétrole et à l'eau comparée à ces autres options matérielles.

« La nature aliphatique et hydrophobe du monomère 10 agit en tant que contrepoids aux propriétés hydrophiles de la PA 46 et 66, qui est critique pour une partie telle que la couverture de vilebrequin car elle fournit une meilleure stabilité dimensionnelle dans le feu vif et l'humidité trouvés sous le capot, » indique Ligthart. Quand les clients recherchent la stabilité dimensionnelle améliorée et/ou l'hydrolyse/résistance chimique améliorées contre la PA 66 en ces conditions, il dit qu'EcoPaXX est améliorée, remplacement de réunion informelle pour des moules de la PA 66.

La structure moléculaire d'EcoPaXX fournit également à la catégorie remplie de verre de moulage par injection, formellement QHG10, la basse viscosité et la stabilité à hautes températures — propriétés on dit que qui la rendent facile à mouler. « La fenêtre de traitement de la PA 66 est très restreinte, typiquement à une gamme de 20-30°C ; cependant, avec EcoPaXX, par suite du monomère 10, la fenêtre de traitement est vraiment large, de l'ordre de 250-350°C, qui donne au mouleur beaucoup de flexibilité de régler avec précision l'écoulement pendant le traitement, » rapporte Ligthart.

Les bandes d'UD visent lightweighting des véhicules à moteur

Envisageant l'avenir, DSM prévoit l'installation en 2019 d'une chaîne de production pour des rouleaux 1m-wide du verre continu - fibre - et des bandes de tissu-renforcé d'EcoPaXX de carbone, aussi bien que les bandes ont fait à partir de ses autres résines de polyamide, telles que Stanyl. Les bandes d'EcoPaXX ont été au commencement développées à partir de 2012 à 2016 en tant qu'élément d'un projet de consortium commandité par l'Union européenne, ENLIGHT, comportant les OEM et les fournisseurs des véhicules à moteur. Le but était d'accélérer le développement de nouveaux matériaux et processus légers pour la fabrication des véhicules à moteur.

DSM, le fournisseur unique de matériaux dans le projet, a formulé des bandes d'EcoPaXX, en partie, comme réponse à l'objectif à court terme de projet pour que le thermoplastique rentable et basé sur bio ramène le poids et l'impact de carbone pour l'application dans le milieu à la production à fort débit de véhicule électrique d'ici 2020-2025, pour des sous-systèmes spécifiques de voiture, y compris le subframe et la suspension, des poutres et des clôtures avant de porte de module et de croix-voiture.

Raj Mathur, DSM directeur global de R et de T, composés avancés de thermoplastique, rapporte que les propriétés matérielles et mécaniques des bandes ont été caractérisées la première fois par l'essai en laboratoire standard. Les données matérielles ont été alors employées comme entrée pour des simulations d'analyse par éléments finis — par exemple, essais latéraux d'accident de poteau des panneaux de porte. Pendant la phase finale du projet, DSM et associés ont démontré des techniques de fabrication viables en tissant la bande d'UD dans des tissus de non-cuir embouti et puis thermoforming et joindre les sections de panneau de porte, et d'autres pièces de démonstrateur, dans la forme finale.

Actuellement, DSM offre des catégories de verre - fibre - et la bande de tissu-renforcé d'EcoPaXX UD de carbone a produit sur une chaîne de production pilote en petits pains 600 millimètres de large et jusqu'à 300m longtemps, en général 0,20 à 0,30 millimètres profondément, avec une teneur en fibres de 50-60%. Mathur dit que les clients ont typiquement fendu la bande aux largeurs (+/- 0,1 millimètres) appropriées pour l'application. En même temps que le projet d'ENLIGHT, DSM a examiné et confirmé que les bandes sont compatibles avec une poignée de processus de fabrication, y compris l'enroulement de bande, fabrication hybride métal-composée et le layup automatisé de bande (ATL) a combiné avec thermoforming et injection overmolding. Le dernier processus a été montré dans une pièce de démonstrateur produite avec les géométries typiquement trouvées dans les parties des véhicules à moteur telles que des couvertures de moteur et de batterie. Pour fabriquer la pièce, d'abord une machine d'ATL équipée d'un bras robotique et le rouleau de remorquage fixe un stratifié jusqu'à 4 millimètres d'épaisseur. Ce stratifié est alors thermoformé à la forme finale dans un processus semblable à l'estampillage en métal. En conclusion, la pièce est fixée dans un outil et l'injection overmolded pour ajouter des caractéristiques à la partie, telle que des nervures et des patrons.

Une de plus d'applications commerciales prometteuses et à long terme nécessite une collaboration entre les roues de Maxion (Konigswinter, Allemagne) et le DSM dans le développement de la roue en acier de MaxFiber de métal-hybride. Un des buts avec la roue était de diminuer l'épaisseur en acier originale de section de jante de roue à 1 millimètre (de 2 millimètres), compensant en enveloppant la jante avec 60% en verre - fibre - a rempli bande d'UD EcoPaXX dans trois emplacements : la « cannelure centrale, » a bien appelé la baisse, et les cannelures bilatérales, une sur à gauche et à droite, ont bien nommé la perle (voir la photo). La blessure de bande dans la baisse est bien deux fois plus large que la blessure de bande dans deux la perle Wells. La résine d'EccoPaXX a été formulée avec les additifs conducteurs afin d'absorber le rayonnement laser pendant l'enroulement et le traitement. L'enroulement suivant réduit d'utiliser-et en acier avec le verre - fibre - bande renforcée a eu comme conséquence environ 2 kilogrammes de l'épargne de poids par norme roue de voiture de tourisme de 16 pouces, et environ 6 kilogrammes de l'épargne de poids par roue standard de camion.

La référence critique pour le succès du projet, Mathur rapporte, passait au SAE J328 l'essai de fatigue radial, qui simule un ensemble de roue/pneu en fonctionnement le fonctionnement normal comme il avec une charge standard de véhicule. Pendant l'essai, au fil du temps, la charge est multipliée, de ce fait simulant le cycle de vie d'une roue dans relativement une courte durée. Tandis qu'il y a plusieurs essais de chargement exigés pour valider une nouvelle roue, le J328 est l'essai qui affecte le plus directement la roue dans le secteur renforcé. Mathur dit les résultats d'essai ont montré que la roue de bande-blessure a eu une force et une fatigue-résistance améliorées environ de 30%, comparées à la roue un contrôle en acier standard des mêmes dimensions et épaisseur, prouvant la faisabilité de valider la conception de roue pour la pleine opération commerciale.

Tandis que l'essai sur la roue de MaxFiber est actuel, Mathur dit que la proposition de valeur de la roue est meilleure pour les camions commerciaux plutôt que des voitures de tourisme car les camions ont plus lourd, et plus, des roues. Avec une moyenne de six roues par camion, à des 6 kilogrammes minimum de l'épargne de poids par roue, toute l'épargne de poids de 36 kilogrammes « ajoute à un nombre suffisamment élevé pour attirer l'attention des opérateurs de camion commerciaux, » dit Mathur.

Le travail de développement sur les roues métal-composées hybrides a indiqué un autre attribut attrayant des bandes d'EcoPaXX : Une fois consolidées dans un stratifié, les bandes ont une résistance au cisaillement interlaminaire plus élevée que beaucoup d'autre verre typique - fibre - a rempli stratifiés thermoplastiques et thermoset, rapports Mathur. « Comparé aux composés généralement qui ont des valeurs de cisaillement interlaminaire typiquement de l'ordre de MPA 50-60, EcoPaXX est MPA 80-90. Ceci signifie qu'un constructeur ou un concepteur peut employer moins de matériel pour faire des parties avec les propriétés structurelles priées. »

Comme avec les produits composés de bande généralement la bande d'EcoPaXX a un avantage inhérent de coût comparé aux pièces traitées dans un autoclave. Mathur dit cela pour assurer la viabilité commerciale d'EcoPaXX, et la ligne de la société des bandes composées thermoplastiques généralement DSM fonctionne avec des fournisseurs d'équipement pour réduire des coûts de fabrication, pour maximiser la sortie et pour réduire des durées de cycle. Finalement, DSM voudrait voir des durées de cycle plus près de 1 minute, qui mettrait le matériel et le processus à l'égal des normes d'industrie automobile.