Endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe ermöglichen Radschaufeln für vollelektrische SUV

Glattes Finish. NIO wählte Maezio von Covestro für sein Wheelblade basierend auf der Ästhetik und Aerodynamik der unidirektionalen Kohlefaser. Quelle | Covestro

Speichenartige Schaufeleinsätze für Automobilräder, auch Wheelblades genannt, sind zu einem beliebten Werkzeug für Konstrukteure geworden, die die Ästhetik und Aerodynamik des Rads verbessern möchten. Obwohl Kohlefaser ein beliebtes Material für diese nicht tragenden Teile ist, versuchen viele Designer, das Material neben der traditionellen Weboptik, die typischerweise für Außenbauteile und Akzentbereiche verwendet wird, auf andere Weise zu präsentieren. Covestro (Leverkusen, Deutschland; Shanghai, China) gab kürzlich bekannt, dass seine Maezio endlosfaserverstärkten thermoplastischen (CFRTP)-Verbundwerkstoffe bei der Herstellung eines Verbundrads für die Aluminiumräder der vollelektrischen SUVs ES6 und ES8 von verwendet werden NIO (Shanghai, China). Das Material bietet OEMs und Designern eine neue Alternative zum traditionellen gewebten Look von Kohlefaser und bietet ein einzigartiges Erscheinungsbild mit unidirektionaler Kohlefaseroptik und einer Vielzahl von Veredelungsoptionen.

„Designer suchen nach neuen Stilen, um ihre Anwendungen zu differenzieren“, sagt Covestro-Automobil-Composite-Spezialist Florian Dorin.

„Maezio-Verbundwerkstoffe sind ein sehr einzigartiges Material, weil sie die Art und Weise, wie Schönheit mit Kohlefaser in Verbindung gebracht wird, neu definieren“, fügt Yanbing Wang, Senior CMF-Designer von NIO, hinzu. „Mit den unidirektionalen Fasersträngen, die sich dynamisch und voller Energie anfühlen, haben sie eine neue ästhetische Richtung gesetzt.“

Maezio wurde im Oktober 2018 eingeführt und umfasst unidirektional (UD) verstärkte Bänder und Platten aus Kohlefasern, die in einer Polycarbonat (PC)-Matrix imprägniert sind. Maezio UD-Bänder können in verschiedenen Winkeln laminiert werden, um Platten zu bilden, die auf eine Vielzahl von Leistungs- und mechanischen Kriterien abgestimmt sind. Die resultierenden Platten sind stark, steif, leicht und haben eine natürliche, unidirektionale Oberflächenbeschaffenheit.

Erfahren Sie mehr über die kontinuierlichen Maezio-CFRTP-Verbundwerkstoffe von Covestro:

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Für das Wheelblade von NIO werden Maezio-Platten aus Lagen UD-Band auf die erforderliche Dicke gelegt. Schraubnaben werden umspritzt und dann auf das Teil geschweißt. Das thermoplastische Matrixsystem von Maezio ermöglicht eine einfache Verbindung mit anderen Funktionskomponenten während der Verarbeitung. In diesem speziellen Fall werden die Radschaufeleinsätze mit den Speichen durch umspritzte Polycarbonat-Schraubnaben verbunden. Die Verwendung des gleichen Harzes gewährleistet die Haftung zwischen der Schraubnabe und dem Radblatt.

NIO wählte Maezio für sein Radblatt in erster Linie aufgrund der ästhetischen Eigenschaften und der Aerodynamik des Materials aus – die Blätter sind ein nicht-strukturelles Teil, das den Windwiderstand um die Räder verringert und so die Kraftstoffeffizienz verbessert. Dorin betont aber auch, dass es mehrere Leistungsfaktoren zu berücksichtigen gab. Wheelblades sind Drehkräften und hohen thermischen Belastungen beim Bremsen ausgesetzt. Laut Dorin bietet das Makrolon-Polycarbonat von Covestro, das die Matrix für Maezio liefert, gute, unkomplizierte Haftungseigenschaften und ist mit einer Vielzahl von Beschichtungen und Dekorationsverfahren kompatibel, um einzigartige Oberflächen zu gestalten und gleichzeitig die Leistungsanforderungen zu erfüllen.

Covestro konnte seinen Beschichtungslieferanten nicht nennen, aber für die Radblätter wurde ein Beschichtungssystem entwickelt, das nicht nur die Schönheit der unidirektionalen Fasern beibehält, sondern auch den erforderlichen Schutz bietet. Das Beschichtungssystem erfüllt strenge Sicherheits- und Leistungsanforderungen, einschließlich Schlag-, Chemikalien- und Wetterbeständigkeit. Darüber hinaus weist das Polycarbonat auch eine hohe thermische Stabilität auf, sodass der Radblatteinsatz bremsbedingte Temperaturen von bis zu 150°C übersteht. Das Teil selbst wurde mechanischen Tests unterzogen und wurde Roll-, Biege-, Haltbarkeits- und Bremstests unterzogen. Es wurde auch Hochdruckwasserstrahl, Kiesschlag, Langzeit-Wärmealterungstests, Temperatur und Exposition gegenüber Chemikalien wie Benzin, Diesel und Bremsflüssigkeit unterzogen. Das Material hat alle Anforderungen erfüllt.

Matt-Finish. Die Polycarbonatmatrix von Maezio ist mit einer Vielzahl von Beschichtungen kompatibel und ermöglicht ein mattes Beschichtungssystem für das unidirektionale Carbonfaserrad von NIO, das die Fasern zur Geltung bringt und dennoch die Leistungsanforderungen erfüllt. Quelle | Covestro

Basierend auf dem Erfolg des Wheelblades von NIO sieht Covestro eine mögliche Gelegenheit für den Einsatz in anderen Aftermarket-Rädern, und die Anwendung gab dem Unternehmen die Möglichkeit, die Gesamtleistung des Materials für andere Außenanwendungen wie Spoiler zu validieren. Dorin wies auch auf das Potenzial des Materials für den Einsatz in Fahrzeuginnenraumanwendungen hin.

„Gerade im Innenraum streiten sich alle um jeden Millimeter konstruktiven Raum“, sagt Dorin. „Der signifikante Einsatz von Verbundwerkstoffen, um Teile dünner zu machen, während die Steifigkeit und die strukturellen Eigenschaften erhalten bleiben und ästhetische Oberflächen ermöglichen, ist der große Vorteil unseres Materials.“

Erfahren Sie mehr über die potenzielle Verwendung von Maezio im Fahrzeuginnenraum:

Covestro verwendet thermoplastische Verbundwerkstoffe von Maezio für Prototypen zukünftiger Mobilitätsinterieurs

Neben seiner Ästhetik und Haltbarkeit ist Maezio ein potenzieller Materialbeschleuniger für die Massenproduktion. Das Material kann mit hoher Ausbeute und kürzeren Zykluszeiten thermogeformt werden, um Millionen von Teilen pro Jahr zu produzieren. Laut Dorin sind die Zykluszeiten für das Material vielleicht etwas länger als beim Spritzgießen üblich, aber viel schneller als bei der Verarbeitung von Materialien auf Epoxidbasis. Trotz zahlreicher technischer Herausforderungen, die Covestro und seine Partner bewältigen mussten, wurde das NIO Wheelblade in nur 18 Monaten von Grund auf neu entwickelt und die Serienproduktion startete im dritten Quartal 2019.