第一個(gè)應(yīng)用于車身的耐候性，彩色模制（MIC）碳纖維增強(qiáng)

　　

　　熱塑性塑料（CFRTP）大尺寸結(jié)構(gòu)，首次亮相于Jeep車頂接收器（支架）

　　

　　設(shè)計(jì)成果

　　

　　1.與壓鑄鋼相比，其機(jī)械性能相當(dāng)，質(zhì)量降低79%，成本降低38%。

　　

　　2.符合美學(xué)要求，同時(shí)改善耐候性、彩色模壓配方中的劃痕和損傷，無需打磨和粉末涂層。

　　

　　3.從海外金屬部件轉(zhuǎn)換為復(fù)合材料部件，縮短了供應(yīng)鏈，并減少了制造和使用壽命的碳足跡。

　　

　　

　　

　　KyronMax™材料最初是為航空航天應(yīng)用而開發(fā)的，后來擴(kuò)展到高性能體育用品領(lǐng)域，其高溫?zé)崴苄曰w是一個(gè)優(yōu)勢，可以在復(fù)雜的幾何形狀中實(shí)現(xiàn)高纖維滲透的能力。它對于滿足低重量的苛刻力學(xué)要求至關(guān)重要，毫無疑問，這些材料在汽車領(lǐng)域越來越受歡迎，因?yàn)樽⑺艹尚凸に嚪浅＿m合滿足該行業(yè)的高產(chǎn)量、高可重復(fù)性和再現(xiàn)性要求以及極具競爭力的成本目標(biāo)。

　　

　　KyronMAX™碳纖維復(fù)合材料車頂接收器的開發(fā)始于一次會議，會上討論了三菱化學(xué)公司的哪些材料可能對當(dāng)時(shí)的菲亞特克萊斯勒汽車公司（FCA，現(xiàn)為Stellantis）創(chuàng)新有用。經(jīng)過對KyronMax™產(chǎn)品線的討論，確定了具有不同基體和纖維重量分?jǐn)?shù)（FWF）的幾種產(chǎn)品。

　　

　　Jeep車頂接收器最初由鑄鋼生產(chǎn)，因?yàn)檫@些部件是結(jié)構(gòu)部件，尺寸適中，但幾何形狀復(fù)雜。此外，考慮到它們位于車頂頂部，如果能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的重量減輕，那么將有助于降低車輛的重心，并將改善用于在崎嶇地形下越野的車輛的操控性和穩(wěn)定性。另一個(gè)考慮因素是，鋼制接收器是由一家海外供應(yīng)商生產(chǎn)的。

　　

　　在結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，正如最初為2018-2021Jeep牧馬人和角斗士車型設(shè)計(jì)的那樣，有三種類型的鋼制接收器，尺寸大致相同，但幾何形狀不同，每種接收器都有左側(cè)和右側(cè)版本：有兩個(gè)外板和兩個(gè)內(nèi)板，都安裝在前車頂交叉構(gòu)件上，對于Jeep Freedom Panel硬頂，用板材成型復(fù)合材料(SMC)成型，兩個(gè)額外的后接收器安裝在后車頂交叉構(gòu)件上。

　　

　　

　　

　　

　　

　　有兩個(gè)外側(cè)接收器（左側(cè)和右側(cè)）和兩個(gè)內(nèi)側(cè)接收器（左側(cè)和右側(cè)）-兩種類型都安裝在前車頂橫梁上

　　

　　帶有軟頂?shù)能囕v僅使用前外置接收器，而SMC Freedom Panel硬頂則使用所有六個(gè)接收器。鋼制零件進(jìn)行了粉末涂層，具有耐腐蝕、防紫外線和美觀性。在使用中，支架永久安裝在車輛上，面板可以通過啟動(dòng)釋放手柄來拆卸。

　　

　　Jeep工程團(tuán)隊(duì)確定了每種類型的接收器在使用中的一系列關(guān)鍵載荷：外側(cè)的X、Y和Z載荷，內(nèi)側(cè)和后部的Z載荷，以及內(nèi)側(cè)和外側(cè)的非對稱載荷。為了通過CPN（克萊斯勒零件號）的驗(yàn)證測試，碳纖維熱塑性復(fù)合材料接收器需要通過與鋼制接收器相同的測試，包括在濕/熱和干/冷操作條件下的加速風(fēng)化，評估噪音/振動(dòng)/粗糙度（NVH）的振動(dòng)臺測試，顏色匹配，接收器必須表現(xiàn)出優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性/零彎曲蠕變，以確保良好的屋面板密封。此外，不允許更改包裝或裝配線；復(fù)合材料接收器必須在相同的封裝空間中提供類似鋼的性能，并且以相同的方式組裝到車輛上。

　　

　　另一個(gè)要求是復(fù)合接收器需要在視覺上與基準(zhǔn)鋼組件相匹配，以確保它們向后兼容服務(wù)/售后更換。因此，候選材料需要滿足苛刻的機(jī)械要求，重量輕，提供a級耐候性表面，并滿足OEM的成本目標(biāo)。

　　

　　其次，復(fù)合材料接收器需要在視覺上與基準(zhǔn)鋼構(gòu)件相匹配，以確保它們在維修/售后更換時(shí)向后兼容。因此，候選材料需要通過苛刻的機(jī)械要求，重量輕，提供A級耐候表面，并滿足OEM的成本目標(biāo)。

　　

　　由Jeep、三菱化學(xué)和工具制造商Maple Mold Technologies組成的合作團(tuán)隊(duì)開始研究碳纖維復(fù)合材料接收器的潛在設(shè)計(jì)。從針對各種接收器的五套初始設(shè)計(jì)中，選擇兩套進(jìn)行了原型設(shè)計(jì)和測試，包括Maple Mold生產(chǎn)的四套原型工具。外側(cè)原型工具使多種設(shè)計(jì)能夠被注入測試。比較保守的兩種舷外設(shè)計(jì)在復(fù)合材料中有金屬插入，而另一種沒有。接收器設(shè)計(jì)進(jìn)行了輕微修改，以提供防卡箍/防錯(cuò)功能，因此在裝配線上不會出現(xiàn)左側(cè)和右側(cè)的裝配錯(cuò)誤。

　　

　　對于每個(gè)基體，評估了許多FWF和纖維類型和長度選項(xiàng)，包括USCF、短玻璃、長玻璃和長碳纖維。在兩套設(shè)計(jì)中，幾種不同的聚合物/纖維選擇從虛擬原型發(fā)展到物理原型。最后兩種復(fù)合材料/設(shè)計(jì)組合在啟動(dòng)前四個(gè)月進(jìn)入車輛驗(yàn)證測試階段。

　　

　　在材料選擇中，對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了重要的考慮。最初共評估了26種金屬和復(fù)合材料選項(xiàng)，其中超過15種是高溫聚酰胺（PA）材料，其他則是聚鄰苯二甲酰胺（PPA）或PA9T。這兩個(gè)系列都具有高耐熱性、耐化學(xué)品性、防潮性和耐磨性，同時(shí)具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性和成型性。

　　

　　對于每種基體，評估了不同纖維重量體積分?jǐn)?shù)、纖維類型和長度等參數(shù)，包括USCF、短玻璃纖維、長玻璃纖維和長碳纖維。在這兩組設(shè)計(jì)中，幾種不同的聚合物/纖維選項(xiàng)從虛擬原型發(fā)展到了物理原型，最后兩種復(fù)合材料/設(shè)計(jì)組合在啟動(dòng)前四個(gè)月進(jìn)入車輛驗(yàn)證測試。

　　

　　經(jīng)過評估顯示：綜合物理測試性能最好的復(fù)合材料配方是KyronMax S-4330，這是專門為該應(yīng)用開發(fā)的新等級產(chǎn)品。該化合物為30%USCF/PPA。有趣的是，全復(fù)合材料車頂接收器的機(jī)械性能實(shí)際上優(yōu)于采用金屬嵌套的版本。此外，30%的USCF/PPA在關(guān)鍵指標(biāo)上也優(yōu)于50%的短玻璃纖維和40%的長碳纖維PPA。與短纖維或長纖維熱塑性塑料相比，KyronMax化合物據(jù)說像純樹脂一樣成型，并提供各向同性性能（像金屬一樣）。

　　

　　盡管注射成型工藝很嚴(yán)格，但據(jù)說纖維長度得到了保留，不會進(jìn)一步減少。生產(chǎn)工具上帶有直接閥門澆口的熱流道可最大限度地減少澆口痕跡。此外，USCF化合物以較低的殘余/內(nèi)應(yīng)力離開模具，從而提供更好的編織線/焊接線強(qiáng)度，減少翹曲，從而獲得更高的尺寸精度和更好的美觀性。

　　

　　最終，注射成型復(fù)合材料提供了性能與金屬相當(dāng)?shù)牧慵?，但質(zhì)量降低了79%（六接收器/硬頂版本），成本也下降了38%，同時(shí)滿足或超過了Stellantis對負(fù)載偏轉(zhuǎn)、扭矩和白車身扭矩保持的所有性能要求，確保了封閉密封的完整性。此外，通過耐候性的彩色模具(MIC)配方，可以改善劃痕和劃痕，該配方與基準(zhǔn)鋼材美學(xué)相匹配，并在客戶可見的表面上進(jìn)行了選擇性紋理處理。取消了拋光和粉末涂層等精加工步驟。

　　

　　圖片最后三種類型的復(fù)合屋頂接收器以及粒狀超短CFRTP注塑材料

　　

　　從海外生產(chǎn)的金屬零件轉(zhuǎn)向陸上生產(chǎn)的復(fù)合材料零件縮短了供應(yīng)鏈，降低了長距離運(yùn)輸相對較重零件的能源需求。因此，與鋼部件相比，復(fù)合材料接收器的制造有利于支持可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。該應(yīng)用被認(rèn)為是第一個(gè)大尺寸結(jié)構(gòu)CFRTP MIC和耐候車身應(yīng)用