CpK Interior Products Inc. (Corbyville, Ontario, Canada) 是汽車制造商 Stellantis (Hoofddorp, 荷蘭) 的一個部門，專門從事儀表板等汽車內飾部件的材料和制造。該公司最近將復合材料電池外殼添加到其產品列表中，此前該公司開發了一種制造高質量、高復雜性的盒子和托盤的工藝，該工藝具有低周期時間和低工具成本?！拔覀兪谴怪闭系模饕铝τ谄噧蕊棏玫牟牧祥_發，”CpK 內飾產品研發主管解釋道。該公司在密歇根州安大略/底特律地區經營著四家工廠，每家工廠都服務于塑料或復合汽車零部件制造過程中的一個步驟。位于安大略省貝爾維爾的樹脂復合工廠生產塑料，如柔性聚氯乙烯 (PVC)、熱塑性聚氨酯 (TPU) 和其他熱塑性塑料。該設施還充當研發 (R&D) 中心，包括新產品領域和新材料的工作，例如天然纖維復合材料和石墨烯增強復合材料。Belleville 的材料被運往安大略省霍普港，在那里它們被制造成塑料部件或與纖維增強材料結合使用公司的加工能力制造復合部件：注塑成型、樹脂傳遞模塑 (RTM)、熱成型等。在 OEM 交付之前，零件在安大略省圭爾夫的工廠完成并組裝。

電動汽車電池盒：循環時間更短，質量更高

現在，該公司憑借其當前的專業知識和地理位置，正在進入復合電池外殼的世界。Farrar 解釋說：“安大略省的電動汽車 [EV] 電池供應鏈正在增長，需要輕質外殼。我們想抓住這個機會，成為供應鏈的一部分?！盋pK Interior Products 研發和可持續發展負責人指出，許多公司都在研究復合電池外殼，因為與金屬相比具有已知的優勢：重量更輕、控制熱管理或控制熱失控問題的能力更強、無 腐蝕等等。CpK Interior Products 希望將其制造低成本、高質量塑料和零件的經驗與復合材料在此類應用中的優勢相結合。

在CpK Interior的電池外殼設計中，碳纖維復合材料將用于頂部和底部托盤以及電池隔板。

2019 年，CpK 內飾產品團隊首先比較了各種加工方法的周期時間、零件質量、可能的零件復雜性和模具成本：濕法壓縮成型 (WCM)、高壓樹脂傳遞成型 (HP-RTM) 和預浸料 高壓滅菌。

HP-RTM 和熱壓罐加工生產出高質量和高度復雜的零件，但周期時間和模具成本相對較高，而 WCM 能夠以較低的模具成本快速生產零件，但相對質量和復雜性較低。

因此，CpK Interior Products 著手開發一種制造電池外殼的方法，該方法具有熱壓罐或 HP-RTM 加工的質量和復雜性，但循環時間和加工成本比 WCM 更低。

該項目與多個行業合作伙伴合作，涉及材料開發和測試以及工藝設計。從研發實驗室開始，由此產生的流程稱為 UniFORM，“將 WCM 與專有工具設計相結合，我們在工具中使用真空袋，使我們能夠以極短的周期時間生產高質量的零件，”相關人員說。

他解釋說：“它的工作方式是我們將織物放入工具中，涂上液態樹脂，然后關閉工具。工具保持在樹脂的固化溫度，我們抽真空，零件就成型了?！痹摴に囎罱K成為真空輔助 HP-RTM 和 WCM 的混合體，三個關鍵要素是真空輔助工具、高溫固化和快速固化樹脂。根據零件設計的復雜性，演示了需要或不需要預成型的過程。

相關人員指出，到目前為止，已經對多種碳纖維類型進行了測試并確認了其可行性，并且幾種材料的循環時間都小于一分鐘?；厥詹牧虾托奔y材料也進行了測試，導致循環時間更長，長達三分半鐘。

第一個電池盒原型

為了測試其新技術，該公司于 2021 年進入了一家專注于電池外殼設計的北美 OEM。根據要求的規格，外殼具有碳纖維/環氧樹脂頂部和底部托盤，并包括金屬和注塑成型的塑料內框架組件。

在復合托盤上，首先使用有限元分析 (FEA) 建模來分析與鋼或鋁相比的抗沖擊性、抗壓性和結構剛度等特性。CpK 內飾產品模型通過了每個 OEM 要求。

該公司希望首次研發工作能夠帶來新的機會，將其研究、材料開發、制造和組裝能力用于電動汽車電池市場。

最終，使用 UniFORM 技術構建了工具和原型?！拔覀儨y試了在沒有任何預制件的情況下生產電池盒的可能性，只需原材料，”Reddy 說。每個托盤的生產周期為 2 分鐘，纖維體積為 50%。最終重量為每個托盤 44 磅——與 324 磅的鋼制版本相比，重量減輕了 86.4%，與 110 磅的鋁制版本相比，重量減輕了 60%。整體零件厚度為 3 毫米，尺寸為 2,061 毫米 x 1,361 毫米?！拔覀兎浅３晒?，”他說。

CpK Interior Products繼續進行內部測試——關于電磁干擾（EMI）屏蔽和其他特性——以產生關于其能力的完整數據集，以提供給潛在客戶。

相關人員說，最終目標是利用CpK Interior的每一項能力-研發、設計工程、材料開發、制造和組裝-以滿足汽車市場對輕量化、高質量復合電池外殼的需求，價格和周期時間符合實際。

編譯：賽奧碳纖維
文章來源：CompositesWorld