Mehrmaterialstruktur aus LEONA™ PA und UD-Tape zum Ersatz von Metall in Verbindungsteilen im Automobilbereich

Vorschlag einer Mehrmaterialstruktur aus LEONA™-Polyamidharz und UD-Tape zum Ersatz von Metall in Verbindungsteilen im Automobilbereich

Asahi Kasei schlägt eine Mehrmaterialstruktur vor, die LEONA™-Polyamidharz (PA-GF) und mit Polyamidharz imprägniertes unidirektionales Klebeband (UD-Band) integriert, um eine erhebliche Gewichtsreduzierung bei Automobil-Verbindungsteilen (Aufhängungsarmen) zu erreichen, bei denen hohe Festigkeit und Haltbarkeit erforderlich sind.

Die Kombination von LEONA™ Polyamidharz mit UD Tape bietet mehrere wichtige Vorteile für die Verbindung von Teilen:

Um die Bruchfestigkeit von aus Harz gefertigten Querlenkern vorherzusagen, führten wir Festigkeitssimulationen unter Berücksichtigung der Materialanisotropie bei 80 °C und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit durch, um die heiße, feuchte Umgebung in Benzinfahrzeugen widerzuspiegeln. Die in der folgenden Tabelle zusammengefassten Ergebnisse zeigen, dass Harzteile möglicherweise eine geringere Druckbruchfestigkeit, aber eine höhere Zugbruchfestigkeit aufweisen als Aluminiumteile. Es wird erwartet, dass aus Harz gefertigte Querlenker in Elektrofahrzeugen, bei denen die Erwärmungseffekte der Abgasemissionen nicht auftreten, eine noch höhere Bruchfestigkeit aufweisen.

【Ergebnisse der Festigkeitssimulationen bei 80 °C und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit】
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Modell	Zugbruchlast (kN)	Druckbruchlast (kN)
Geschmiedetes Aluminium	44,6	58.4
PA-GF+UD-Band	73,4	39,0

Asahi Kasei geht davon aus, dass dieses hybride Bauteil aus mehreren Materialien nicht nur in verschiedenen Arten von Verbindungsteilen im Automobilbereich Verwendung finden wird, die üblicherweise aus Aluminium oder anderen Metallen bestehen (einschließlich Querlenkern, Motoraufhängungen, Drehmomentstützen und Stabilisatoren), sondern auch im strukturellen Rückgrat von Produkten wie Drohnen, Roboterarmen und persönlichen Mobilitätsgeräten wie Elektromotorrädern.

Vorteil 1: Vermeidung von Bauteilversagen durch Bindenähte

Die festigkeitssteigernde Wirkung von UD Tape verhindert Bauteilfehler durch Bindenähte. Bindenähte sind Defekte, die durch das Zusammenfließen geschmolzener Harzströme während des Spritzgussverfahrens entstehen. Dies trägt dazu bei, Festigkeit und Steifigkeit zu erhöhen und Spannungen zu verteilen.

Vorteil 2: Deutlich erhöhte Festigkeit und Haltbarkeit

Wie in der folgenden Grafik dargestellt, zeigt ein einfaches Modell, dass Automobil-Verbindungsteile aus einer Kombination von LEONA™ Polyamidharz und UD Tape eine deutlich höhere Festigkeit und Haltbarkeit bieten als Teile, die nur aus GF-verstärktem PA-Harz bestehen.

Darüber hinaus ergaben Wärmezyklustests (500 Zyklen, Temperaturbereich -40 °C bis +90 °C, 50 % relative Luftfeuchtigkeit), dass die Teilefestigkeit nahezu nicht nachlässt und dass das UD-Tape aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungsraten kaum dazu neigt, sich vom Grundmaterial zu lösen.

Vorteil 3: Geringere Prozesssteuerungskosten und reduzierte CO₂-Emissionen aus Produktionsprozessen

Wie unten dargestellt, wird das UD-Tape zu einem Ring vorgeformt und vor dem Formen in die Form eingelegt. Während des Formprozesses verschmilzt das UD-Tape sofort mit dem GF-verstärkten LEONA™-Polyamidharz und bildet eine monolithische Materialstruktur. Diese Fertigungstechnik gewährleistet eine hocheffiziente Produktion.

Die Herstellung von Querlenkern auf diese Weise vereinfacht die Produktionsprozesse und reduziert die Prozesssteuerungskosten im Vergleich zum Schmieden von Teilen aus Aluminium (Neuteile). Mit diesem Ansatz können auch die CO₂-Emissionen aus den Produktionsprozessen um 50-70 % reduziert werden.

Wenn Sie an unserer Mehrmaterialstruktur aus LEONA™ Polyamidharz + UD-Tape als Alternative zu Metallen für Verbindungsteile interessiert sind, die eine hohe Festigkeit und Haltbarkeit erfordern, können Sie sich gerne an uns wenden.