혁신적인 섬유강화 열가소성 휠블레이드, 완전 전기 SUV에 동력 공급

자동차 휠용 스포크 형태 블레이드 인서트, 즉 휠블레이드는 휠의 미학과 공기역학을 향상시키려는 설계 엔지니어들에게 인기 있는 도구가 되었습니다. 탄소섬유가 이러한 비구조 부품의 인기 소재 선택이지만, 많은 설계자들은 외부 부품과 액센트 영역에 일반적으로 사용되는 전통적인 직조 외관 외에도 소재를 다양한 방식으로 선보이려 합니다. Covestro(독일 레버쿠젠, 중국 상하이)는 최근 자사의 Maezio 연속 섬유강화 열가소성(CFRTP) 복합소재가 NIO(중국 상하이)가 제조하는 ES6와 ES8 완전 전기 SUV의 알루미늄 휠용 복합 휠블레이드 생산에 사용된다고 발표했습니다. 이 소재는 OEM과 설계자들에게 탄소섬유의 전통적인 직조 외관을 대체하는 새로운 대안을 제공하며, 단방향 탄소섬유 광학과 다양한 마감 옵션으로 독특한 외관을 선사합니다.

"설계자들은 애플리케이션을 차별화할 새로운 스타일을 찾고 있습니다."라고 Covestro 자동차 복합소재 전문가 Florian Dorin은 말합니다.

"Maezio 복합소재는 탄소섬유와 연관된 아름다움을 재정의하는 매우 독특한 소재입니다."라고 NIO의 선임 CMF 디자이너인 Yanbing Wang은 덧붙입니다. "단방향 섬유 가닥이 역동적이고 에너지 넘치는 느낌을 주어 새로운 미적 방향을 제시했습니다."

2018년 10월 출시된 Maezio는 폴리카보네이트(PC) 매트릭스 내에 함침된 탄소섬유로 만든 단방향(UD) 강화 테이프와 시트를 포함합니다. Maezio UD 테이프는 다양한 각도로 라미네이트되어 다양한 성능과 기계적 기준을 충족하는 시트를 형성할 수 있습니다. 결과 시트는 강하고 단단하며 가볍고 자연스러운 단방향 표면 마감을 가집니다.

Covestro의 Maezio 연속 CFRTP 복합소재에 대해 더 알아보기:

• Covestro launches Maezio continuous fiber thermoplastics
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NIO의 휠블레이드용으로 Maezio 시트는 필요한 두께까지 UD 테이프 플라이로 적층됩니다. 나사 보스가 오버몰딩된 후 부품에 용접됩니다. Maezio의 열가소성 매트릭스 시스템은 가공 중 다른 기능성 부품과의 접합을 용이하게 합니다. 이 경우 휠블레이드 인서트는 오버몰딩된 폴리카보네이트 나사 보스를 통해 스포크에 접합됩니다. 동일한 수지 사용으로 나사 보스와 휠블레이드 간 접착이 보장됩니다.

NIO는 휠블레이드 소재로 Maezio를 주로 미적 특성과 공기역학(블레이드가 휠 주변 풍항을 줄여 연비 향상을 위해 설계된 비구조 부품) 기반으로 선정했습니다. 그러나 Dorin은 고려해야 할 여러 성능 요소도 있었다고 강조합니다. 휠블레이드는 회전력과 제동으로 인한 고열에 노출됩니다. Dorin에 따르면 Covestro의 Makrolon 폴리카보네이트가 Maezio의 매트릭스를 제공하며, 우수하고 직관적인 접착 특성과 다양한 코팅 및 장식 공정과의 호환성으로 독특한 표면 설계가 가능하면서도 성능 요구사항을 충족합니다.

Covestro는 코팅 공급업체를 밝힐 수 없었지만, 휠블레이드용 코팅 시스템이 개발되어 단방향 섬유의 아름다움을 유지하면서 필요한 보호 기능을 제공합니다. 이 코팅 시스템은 충격, 내화학성, 내후성 등 엄격한 안전 및 성능 요건을 충족합니다. 또한 폴리카보네이트는 높은 열안정성을 보여 휠블레이드 인서트가 제동 유발 온도 최대 150°C까지 견딜 수 있습니다. 부품 자체는 기계적 테스트를 거쳐 롤링, 벤딩, 내구성, 제동 테스트를 받았습니다. 고압 워터제트, 자갈 충격, 장기 열노화 테스트, 온도, 가솔린, 디젤, 브레이크 오일 같은 화학물질 노출 테스트도 거쳤습니다. 모든 요건을 통과했습니다.

NIO 휠블레이드의 성공을 기반으로 Covestro는 다른 애프터마켓 휠에서의 활용 가능성도 보고 있으며, 이 응용은 스포일러 같은 다른 외부 응용 분야에 대한 소재 전반적 성능 검증 기회가 되었습니다. Dorin은 자동차 인테리어 응용 분야에서의 잠재력도 언급했습니다.

"특히 인테리어에서는 모든 구성 공간의 1밀리미터를 놓고 다툽니다."라고 Dorin은 말합니다. "부품을 얇게 만들면서 강성과 구조적 물성을 유지하고 미적 표면을 가능하게 하는 복합소재의 상당한 활용이 우리 소재의 큰 이점이라고 봅니다."

Maezio의 차량 인테리어 잠재적 활용에 대해 더 알아보기:

Covestro uses Maezio thermoplastic composites for prototype future mobility interiors

미학과 내구성 외에도 Maezio는 고량산 생산을 위한 잠재적 소재 인에이블러입니다. 이 소재는 높은 수율과 짧은 사이클 타임으로 열성형되어 연간 수백만 개 부품 생산이 가능합니다. Dorin에 따르면 이 소재의 사이클 타임은 일반적인 사출 성형보다 약간 길 수 있지만 에폭시 기반 소재 가공보다 훨씬 빠릅니다. Covestro와 파트너들이 수많은 기술적 과제를 극복했음에도 NIO 휠블레이드는 단 18개월 만에 처음부터 개발되어 2019년 3분기 양산에 들어갔습니다.