CSP revela tecnología revolucionaria de envolvente de batería y paneles sándwich para vehículos eléctricos

Nuevo Centro de Tecnologías Avanzadas en Auburn Hills

Continental Structural Plastics (CSP) (Auburn Hills, Míchigan, EE. UU.), junto con su matriz Teijin Ltd., presentó el 9 de diciembre una innovadora tecnología de paneles Clase A con núcleo sándwich y una avanzada envolvente de batería para vehículos eléctricos (VE) multimaterial que puede moldearse en cualquiera de las formulaciones compuestas propietarias de CSP. Estas tecnologías de componentes se desarrollaron en el nuevo Centro de Tecnologías Avanzadas de CSP en Auburn Hills, Míchigan, la segunda instalación de I+D de la compañía en la ciudad, y marcan la transición de CSP hacia capacidades de I+D más amplias tras la adquisición por Teijin.

El nuevo Centro de Tecnologías Avanzadas es una instalación de 4.413 m² (47.500 ft²), de los cuales 2.230 m² (24.000 ft²) están dedicados a esfuerzos de I+D para desarrollar materiales y procesos de próxima generación que lleven a CSP y Teijin más allá del compuesto de moldeo en lámina (SMC) y hacia nuevos mercados y tecnologías. El equipamiento incluye una prensa de 4.000 toneladas con nivelación y vacío, una prensa de 750 toneladas con vacío, una prensa de 400 toneladas con bancada de 3 m, seis termoladores, dos robots FANUC y una máquina de medición por coordenadas (CMM).

"Estamos desarrollando tecnologías y procesos aquí que aprovechan la experiencia de CSP y Teijin en compuestos termoplásticos y termoestables, fibra de carbono y fabricación para ofrecer a nuestros clientes nuevas opciones para programas de vehículos existentes y futuros", dice Hugh Foran, director ejecutivo de Desarrollo de Negocio, Nuevos Mercados y Tecnologías. "Podemos reducir peso mientras mejoramos durabilidad y seguridad de los ocupantes —claves para vehículos autónomos, conectados y eléctricos."

Proceso de fabricación de paneles sándwich ultraligeros

El primero de estos proyectos es el nuevo proceso de fabricación de paneles sándwich de CSP que produce paneles Clase A ultraligeros. Considerados compuestos "sándwich", estos paneles utilizan un núcleo de panal ligero, revestido con pieles de fibra natural, vidrio o carbono impregnadas con resina de poliuretano (PUR). CSP afirma que este proceso permite el moldeo de formas complejas y bordes afilados, resultando en paneles que ofrecen una rigidez muy alta a un peso muy bajo.

Envolvente de batería multimaterial de una pieza

CSP también está en desarrollo y producción de más de 34 tapas de cajas de baterías para VE diferentes tanto en EE. UU. como en China. Sin embargo, para ampliar la oferta y proporcionar a los clientes una envolvente superior, CSP y Teijin han desarrollado una envolvente de batería de tamaño completo multimaterial con cubierta compuesta de una pieza y bandeja compuesta de una pieza con refuerzos de aluminio y acero.

Según ambas compañías, los fabricantes de automóviles a menudo enfrentan desafíos con las actuales envolventes de batería de acero y aluminio multipieza, incluyendo el peso total de la caja (típicamente más de 450 kg) y la necesidad de múltiples soldaduras, sujetadores y pernos que pueden resultar en fugas. Al moldear la cubierta y la bandeja cada una como una sola pieza, CSP dice que ha creado un sistema más fácil de sellar y que puede certificarse antes del envío. La compañía tiene dos patentes pendientes para sus innovadores sistemas de ensamblaje y sujeción de la caja.

La compañía también desarrolló un bastidor de montaje utilizando espuma estructural para absorción de energía. Esto permite un grosor y peso reducidos del bastidor, mejorando el rendimiento en choque. Beneficios adicionales de la envolvente de batería multimaterial:

• No conductora
• Moldeable en formas complejas
• Menor complejidad en utillaje
• Alta resistencia
• Estabilidad dimensional
• Características de sellado moldeadas
• Capacidad de moldear blindaje, incluyendo protección EMI y RFI
• Resistencia a la corrosión
• Coste de utillaje reducido

En conjunto, la envolvente de batería multimaterial de CSP se dice que es 15% más ligera que una caja de batería de acero. Aunque tiene el mismo peso que una envolvente de aluminio, la de CSP ofrece mejor resistencia a la temperatura que el aluminio, especialmente si se usa sistema de resina fenólica. Además, el diseño de una pieza para la bandeja no tiene agujeros pasantes, por lo que no se requiere sellado ni sellador. Esto no solo elimina la posibilidad de fugas, sino que reduce costes y complejidad de producción.

Opciones de materiales compuestos avanzados

Muchos de estos beneficios no habrían sido posibles sin la superior química de compuestos desarrollada por el equipo de I+D de materiales de CSP. Esta gama de compuestos avanzados permite a los clientes seleccionar la formulación para la cubierta y/o base que mejor cumpla sus especificaciones. Las opciones de materiales para la envolvente de batería de CSP incluyen:

• Sistema tradicional de poliéster/éster vinílico de alta carga ATH que usa químicas SMC convencionales, se adapta fácilmente a herramientas existentes y ofrece un rendimiento base excelente en el diseño adecuado.
• Sistema intumescente usando química similar al SMC tradicional, pero con mejor rendimiento en inflamabilidad y fuga térmica.
• Sistema fenólico ideal para aplicaciones de alta temperatura donde las piezas deben cumplir requisitos de seguridad contra incendios, emisión de humo, combustión y toxicidad. Un sistema fenólico tendrá excelente retardancia a la llama, resistencia al calor y química y características de no conductividad eléctrica.

Cada una de estas químicas puede adaptarse utilizando diferentes tipos o formatos de fibra (vidrio/carbono/mezclados/otros, picados y/o continuos), y cualquiera puede formularse para lograr los requisitos VOC más estrictos.

"El trabajo que se realiza en el Centro de Tecnologías Avanzadas, combinado con los avances en materiales que se logran en nuestra instalación de I+D en la sede, permite a CSP mantener nuestra posición de liderazgo en compuestos avanzados y establecernos como actor global en el campo multimaterial", dice Steve Rooney, CEO de CSP. "Junto con la experiencia en fibra de carbono y materiales que aporta Teijin, estamos desarrollando soluciones ligeras que permiten a nuestros clientes pensar fuera de la caja en el diseño de vehículos."

El equipo del Centro de Tecnologías Avanzadas incluye actualmente cinco ingenieros y diseñadores. El Departamento de Tecnologías Avanzadas de CSP, en combinación con I+D y Desarrollo de Producto, comprende más de 80 ingenieros, diseñadores y científicos. Antes de que CSP fuera adquirida por Teijin, esta instalación era un centro de I+D de Teijin, donde se desarrolló el proceso de fabricación Sereebo, ahora en uso para fabricar la caja de pickup GMC Sierra Denali ganadora del premio PACE, CarbonPro, considerada la primera caja de pickup de fibra de carbono de la industria.