中年混合的热塑性复合材料赋予承载地板冲击强度 |复合材料|热塑性|

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在德国的“为电动汽车开发系统集成的多材料轻量化设计”联盟的领导下，一个雄心勃勃的多年计划项目，已开发出了一种汽车承载地板模块样件。
作为较大型混合材料白车身结构的一部分，它彰显了复合材料和有色金属在中等批量的生产中所具有的巨大应用前景。
这种用于电池电动汽车的后承载地板由两种类型的热塑性复合材料加上金属型材和嵌件组成，它起到行李箱和后乘员舱地板的作用。
通过粘合剂和机械连接的方式，它与第二个混合/热固性复合材料的承载地板相连接。
第二个承载地板是用于汽车前半部分的结构，用以支撑电池，它采用碳纤维增强环氧树脂、通过树脂传递模塑成型而被生产出来，拥有金属嵌件以及含聚氨酯泡沫芯材的局部夹层结构。
整个承载地板模块被连接并用螺栓固定到铝制门槛/侧围上，门槛和侧围本身则由螺栓固定到铝制的单体车身横梁上。
整个承载地板模块示范件的设计实现了减重，为每天300辆这一批量生产的汽车提供了显著的碰撞能量吸收性能。
设计决策

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【中年混合的热塑性复合材料赋予承载地板冲击强度】
参与后承载地板研究的联盟成员包括：
汽车制造商奥迪汽车公司及其母公司大众汽车公司
德国卡尔斯鲁厄理工学院车辆系统技术研究所
弗劳恩霍夫化学技术研究所
弗劳恩霍夫材料力学研究所
热塑性复合材料供应商巴斯夫
机器制造商迪芬巴赫
工装模具制造商Frimo
对于前、后承载地板以及它们所属的较大的白车身结构，开发团队的目标是，在减重降本的同时，能吸收更高的冲击能量。
因此，他们决定采用热塑性复合材料和金属嵌件来生产后承载地板。
该团队想要添加后备箱功能以及第二排安全带连接结构，但他们还想利用承载地板来吸收大量的碰撞能量。
通常情况下，汽车制造商主要是依靠金属承载地板侧面的金属型材来管理乘用车的后碰撞能量，因此，考虑到热塑性复合材料的冲击强度，研究人员们想要知道：复合材料承载地板的整个宽度和长度是否可以被用来管理碰撞载荷，以及是否能够吸收更高的碰撞能量。
研究人员们审视了常见的汽车热塑性复合材料，聚丙烯和聚酰胺6等基体材料都进入了他们的视野，但由于温度原因，他们放弃了PP ，因为后承载地板会随白车身一起经过高温电泳涂装防锈处理。
由于需要连续纤维增强材料来实现最高的刚性和强度，因此他们主要将目标集中在织物增强的有机板材复合材料形式）和单向热塑性预浸带。
基于多种原因，他们选择用预浸带作进一步的原型开发。
研究人员们知道，后承载地板的几何形状会很复杂，因此，他们使用了自动化的铺带机，这样，就可以按任意方向铺放UD带，使得制成窗口/孔的用料要比使用有机板的少，以减少废料，降低重量和成本，并允许最有效地将纤维应用到部件的局部和整个范围内。
而且，由于通过ATL铺放的纤维在叠层的每一层中都是平的或平行的，而不像织物那样是编织的，因而无波动及后续在刚性和强度方面的损失。
不过， UD 带的确有其局限性：它们相对较贵，悬垂性较差，几乎没有流动，因而难以填充复杂的形状。
通过有选择性地使用不连续的/短切的直接长纤维热塑性复合材料，这些问题迎刃而解，因为它们是可流动的，允许实现高度的功能集成/部件整合，而且在没有纤维桥接的情况下更容易形成复杂的肋，又能吸收大量的冲击能量。