Application ng tuluy -tuloy na hibla na pinatibay na mga composite sa mga takip ng baterya ng kuryente

Dahil sa simula ng ika-21 siglo, ang pagkahinog ng teknolohiya ng baterya ng lithium-ion ay gasolina ang mabilis na pag-unlad ng mga de-koryenteng sasakyan (EV). Sa mga nagdaang taon, ang pagtagos ng EV ay pinabilis, na lumilikha ng isang nakakagambalang takbo laban sa tradisyonal na panloob na mga sasakyan ng pagkasunog ng engine. Gayunpaman, ang mga hamon tulad ng saklaw ng pagkabalisa, nabawasan ang pagganap sa taglamig, at ang kaligtasan ng baterya ay pumipigil pa rin sa mas malawak na pagtanggap sa merkado ng mga EV. Ang pagtugon sa mga isyung ito ay nangangailangan ng karagdagang pagbabago sa teknolohiya ng baterya ng kuryente, na malapit na nakatali sa pag -unlad at aplikasyon ng mga bagong materyales. Kasama sa mga materyales na ito hindi lamang mga materyales sa elektrod sa loob ng mga cell ng baterya kundi pati na rin ang mga istrukturang materyales sa antas ng pagsasama ng system, tulad ng mga materyales sa pabahay ng baterya.

Ang mga housings ng baterya ng kuryente, kabilang ang mga enclosure ng system at mga takip, ay karaniwang gawa sa mga materyales na metal tulad ng bakal at aluminyo. Nag -aalok ang mga materyales na ito ng mataas na lakas at itinatag na mga proseso ng pagmamanupaktura, natutugunan ang mga kinakailangan sa pagganap ng mekanikal ng mga housings ng baterya. Gayunpaman, habang ang mga hinihingi para sa density ng enerhiya, thermal pagkakabukod, at iba pang mga katangian ay nagdaragdag, ang mga magaan na composite na materyales ay nagsimulang palitan o bahagyang pagpapalit ng mga metal. Ito ay naging isang makabuluhang kalakaran sa teknolohiya sa pag -unlad ng pabahay ng baterya, pagkakaroon ng pagtaas ng pansin at mga aplikasyon ng exploratory. Sa partikular, ang mga composite na takip ay nakamit ang paggawa ng masa sa mga modelo ng sasakyan na handa sa merkado, kasama ang kanilang paggamit at saklaw ng aplikasyon na patuloy na lumalawak at nakatakda upang maglaro ng isang mas kritikal na papel sa hinaharap.

1. Pangkalahatang -ideya ng mga composite material application

1.1 Pangkalahatang -ideya ng mga composite ng automotiko

Sa industriya ng automotiko, ang mga komposisyon na pinalakas ng hibla/plastik (FRP) ay malawakang ginagamit. Ang kanilang mga pinaka -karaniwang aplikasyon ay nagsasangkot sa pagpapalit ng mga tradisyunal na materyales na metal upang makamit ang pagbawas ng timbang sa mga sangkap tulad ng mga katawan ng sasakyan, interior at exterior trim, at mga panel ng underbody. Depende sa mga katangian ng pagproseso ng resin matrix, ang mga FRP ay inuri sa thermosetting at thermoplastic composite, kapwa nito ay malawak na pinagtibay sa larangan ng automotiko.

• Mga Thermosetting composite
  Kasama sa mga karaniwang thermosetting resins ang epoxy resin, na nailalarawan sa pamamagitan ng isang beses na pag-init ng init, mataas na lakas, mahusay na paglaban sa init, higit na mahusay na mga katangian ng elektrikal, paglaban ng kaagnasan, paglaban sa pagtanda, at dimensional na katatagan.

• Thermoplastic composite
  Ang mga karaniwang thermoplastic resins ay kinabibilangan ng polypropylene (PP), nylon/polyamide (PA), polycarbonate (PC), at polyethylene (PE). Ang mga materyales na ito ay lumambot kapag pinainit at tumigas sa paglamig, na nagpapahintulot sa paulit -ulit na pagproseso. Nag -aalok sila ng epekto ng paglaban, kadalian ng pagproseso, at pag -recyclability.

Ang mga karaniwang pampalakas na hibla na ginamit sa mga automotive FRP ay may kasamang carbon fiber at glass fiber. Habang ang carbon fiber ay may higit na lakas, ang mga kumplikadong proseso ng pagmamanupaktura at mataas na gastos ay nililimitahan ang malakihang aplikasyon nito sa mga EV. Ang glass fiber ay hindi gaanong malakas ngunit mas mabisa. Gayunpaman, ang pag -recycle at muling paggamit ng parehong mga composite ng carbon at glass fiber ay nananatiling mapaghamong, potensyal na posing na mga alalahanin sa kapaligiran.

Ang pagpapatibay ng mga hibla ay ikinategorya batay sa mga napanatili na sukat ng hibla sa pinagsama -samang produkto: mga maikling hibla, mahabang hibla, at patuloy na mga hibla. Ang patuloy na mga composite na pinalakas ng hibla ay nagpapakita ng pinakamahusay na lakas, higpit, at paglaban sa epekto, na nagtatanghal ng makabuluhang potensyal para sa magaan na mga aplikasyon ng automotiko.

---

1.2 Composite na mga proseso ng paghuhulma

Ang mga materyal na composite na batay sa resin ay maaaring hugis sa pamamagitan ng mga proseso tulad ng paghuhulma ng compression, paghubog ng resin transfer (RTM), paikot-ikot na filament, at pag-pulso. Para sa mga malalaking istruktura ng panel tulad ng mga takip ng baterya, ang pangunahing pamamaraan ay ang paghubog ng compression at RTM.

• Paghuhubog ng compression: Ang isang tinukoy na halaga ng materyal na paghuhulma ay inilalagay sa isang metal na amag, pagkatapos ay pinainit at pinindot upang pagalingin sa hugis. Kasama sa mga kategorya ang:

• Hindi mapigilan ang mga composite ng thermosetting ng hibla: SMC (sheet molding compound), BMC (bulk molding compound), TMC (makapal na paghubog ng tambalan).

• Hindi mapigilan ang mga thermoplastic composite ng hibla: GMT (Glass Mat Thermoplastics), LFT-D (Direct Long Fiber Thermoplastic), LFT-G (Long Fiber Thermoplastic Granule Injection).

• Patuloy na mga composite ng hibla: PCM (prepreg compression paghuhulma), WCM (wet compression molding).

• Resin Transfer Molding (RTM): Ang prosesong ito ay nagsasangkot ng pag -iniksyon ng dagta sa isang saradong amag upang ma -impregnate ang mga materyales sa pampalakas at pagalingin ang produkto. Ang tradisyonal na RTM ay may mga limitasyon, tulad ng mababang mga rate ng impregnation ng resin na nagdudulot ng porosity, daloy ng dagta na nakakagambala sa pagkakahanay ng hibla, at hindi pantay na pamamahagi ng dagta sa malalaking produkto. Ang mga isyung ito ay humantong sa mga pinahusay na proseso tulad ng high-pressure RTM (HP-RTM) at vacuum-assisted resin transfer molding (VARTM). Halimbawa, ang HP-RTM, ay nagpapahusay ng presyon ng iniksyon ng dagta, na lumilikha ng mga produkto na may mababang porosity at mataas na mga fraction ng dami ng hibla.

  
  

• 2. Mga pinagsama -samang materyales sa mga takip ng baterya ng kuryente

• Ang mga karaniwang materyales para sa mga takip ng baterya ng kapangyarihan ay may kasamang bakal, haluang metal na aluminyo, at mga composite:

• Bakal: Ang mga takip ng bakal ay nag -aalok ng mataas na lakas at mababang gastos. Ang mga high-lakas na steel (hal., HC340, DP590) ay nagbibigay-daan sa mga kapal ng 0.8mm o 0.7mm para sa lightweighting. Ang mga paggamot sa ibabaw tulad ng electrophoresis ay nagpapabuti sa paglaban ng kaagnasan, habang ang mga coatings ng fireproof ay nagpapaganda ng proteksyon ng thermal.

• Aluminyo haluang metal: Nag -aalok ang aluminyo ng mas mataas na tiyak na lakas kaysa sa bakal, na nagpapagana ng karagdagang pagbawas ng timbang. Karaniwan, ang 5-series na aluminyo na haluang metal ay ginagamit, na may mga kapal na mas mababa sa 1.2mm o 1.5mm. Habang ang aluminyo ay bumubuo ng isang natural na layer ng oxide para sa paglaban ng kaagnasan, ang mga paggamot tulad ng electrophoresis, spray coating, o paglalapat ng mga proteksiyon na layer ay nagpapabuti sa pagkakabukod at proteksyon ng thermal.

• Mga komposisyon: Ang mga maagang aplikasyon ng mga composite sa mga takip ng baterya ay kasangkot sa mga proseso ng SMC gamit ang mga walang tigil na mga hibla ng salamin, tulad ng mga takip ng baterya ng mga sasakyan ng BAIC EU5. Gayunpaman, ang mababang lakas ng mga materyales ng SMC (makunat na lakas <100MPa) ay nangangailangan ng mga kapal ng 2mm o higit pa, na nililimitahan ang mga benepisyo ng lightweighting. Ang mga kamakailang pagsulong sa patuloy na mga proseso ng paghuhulma ng hibla (hal., PCM at HP-RTM) ay nagpalawak ng mga diskarte sa composite ng carbon fiber sa mas maraming mga composite na glass fiber.

• Ang tuluy-tuloy na mga composite na pinalakas ng hibla ng hibla ay nakakamit ngayon ng mas mataas na lakas (lakas ng tensile> 400MPa) kaysa sa mga haluang metal na aluminyo, na may mas mababang density (~ 1.9g/cm³). Ang mga kapal ay maaaring mabawasan sa 1.2mm o mas payat, na nagpapagana ng makabuluhang lightweighting. Bukod dito, ang likas na paglaban ng sunog ng materyal at mga katangian ng pagkakabukod ay nagpapaganda ng kaligtasan kumpara sa aluminyo. Gayunpaman, ang mga gastos ay mananatiling mas mataas kaysa sa bakal o aluminyo.

• Ang paggawa ng masa ng tuluy-tuloy na glass fiber-reinforced composite na sumasaklaw ay pangunahing gumagamit ng mga proseso ng PCM at HP-RTM.

• PCM: Mas mababang pamumuhunan sa itaas, manu -manong paglalagay ng prepreg, mas mabagal na produksyon, mainam para sa mga maliliit na batch o prototypes.

• HP-RTM: Mas mataas na kagamitan at mga gastos sa amag, dry fiber na mga materyales sa tela, vacuum high-pressure resin injection, mas mabilis na mga rate ng produksyon, at mahusay na kalidad ng ibabaw.