Des ailettes de roue en thermoplastique renforcé de fibres révolutionnaires propulsent les SUV tout-électriques

Finition lisse. NIO a sélectionné Maezio de Covestro pour son ailette de roue basée sur l'esthétique et l'aérodynamique de la fibre de carbone unidirectionnelle. Source | Covestro

Les inserts de lame de roue de type rayons, aussi connus sous le nom d'ailettes de roue, sont devenus un outil populaire pour les ingénieurs de conception cherchant à améliorer l'esthétique et l'aérodynamique de la roue. Bien que la fibre de carbone soit un choix de matériau populaire pour ces pièces non structurelles, de nombreux concepteurs cherchent à mettre en valeur le matériau de façons différentes au-delà de l'aspect tissé traditionnel généralement utilisé pour les composants extérieurs et zones d'accent. Covestro (Leverkusen, Allemagne ; Shanghai, Chine) a récemment annoncé que ses composites thermoplastiques renforcés de fibres continues (CFRTP) Maezio sont utilisés dans la production d'une ailette de roue composite utilisée sur les roues en aluminium pour les SUV tout-électriques ES6 et ES8 fabriqués par NIO (Shanghai, Chine). Le matériau donne aux OEM et concepteurs une nouvelle alternative à l'aspect tissé traditionnel de la fibre de carbone, offrant une apparence unique avec une optique de fibre de carbone unidirectionnelle et une variété d'options de finition.

« Les concepteurs cherchent de nouveaux styles pour différencier leurs applications », dit le spécialiste composites automobiles de Covestro, Florian Dorin.

« Les composites Maezio sont un matériau très unique car ils redéfinissent en quelque sorte comment la beauté est associée à la fibre de carbone », ajoute Yanbing Wang, designer senior CMF de NIO. « Ils ont défini une nouvelle direction esthétique avec les brins unidirectionnels de fibres qui ressentent dynamiques et pleins d'énergie. »

Introduit en octobre 2018, Maezio inclut des rubans et feuilles renforcés unidirectionnels (UD) faits de fibres de carbone imprégnées dans une matrice de polycarbonate (PC). Les rubans UD Maezio peuvent être stratifiés à différents angles pour former des feuilles ajustées pour répondre à une variété de critères de performance et mécaniques. Les feuilles résultantes sont fortes, rigides, légères et ont une finition de surface unidirectionnelle naturelle.

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Pour l'ailette de roue de NIO, les feuilles Maezio sont posées à partir de plis de ruban UD à l'épaisseur requise. Les embases de vis sont surmoulées puis soudées sur la pièce. Le système de matrice thermoplastique de Maezio lui permet d'être facilement joint à d'autres composants fonctionnels pendant le traitement. Dans ce cas particulier, les inserts d'ailette de roue sont joints aux rayons par des embases de vis en polycarbonate surmoulées. L'utilisation de la même résine assure l'adhésion entre l'embase de vis et l'ailette de roue.

NIO a sélectionné Maezio pour son ailette de roue principalement basé sur les propriétés esthétiques et aérodynamiques du matériau — les lames sont une pièce non structurelle conçue pour réduire la résistance au vent autour des roues pour améliorer l'efficacité énergétique. Cependant, Dorin souligne aussi qu'il y avait plusieurs facteurs de performance à prendre en considération. Les ailettes de roue sont soumises à des forces de rotation et des charges thermiques élevées créées par le freinage. Selon Dorin, le polycarbonate Makrolon de Covestro, qui fournit la matrice pour Maezio, fournit de bonnes propriétés d'adhésion simples et est compatible avec une large gamme de revêtements et procédés de décoration pour concevoir des surfaces uniques tout en répondant aux exigences de performance.

Covestro n'a pas pu nommer son fournisseur de revêtement, mais un système de revêtement a été développé pour les ailettes de roue qui non seulement retient la beauté des fibres unidirectionnelles mais fournit aussi la protection requise. Le système de revêtement remplit les exigences rigoureuses de sécurité et performance incluant la résistance aux chocs, chimique et météo. En plus, le polycarbonate affiche aussi des qualités de stabilité thermique élevée, donc l'insert d'ailette de roue peut survivre aux températures induites par le freinage jusqu'à 150 °C. La pièce elle-même a subi des tests mécaniques et a été soumise à des tests de roulement, flexion, durabilité et freinage. Elle a aussi été soumise à de l'hydrojet haute pression, impact de gravier, tests de vieillissement thermique long terme, température et exposition à des produits chimiques tels que essence, diesel et liquide de frein. Le matériau a passé toutes les exigences.

Finition mate. La matrice polycarbonate de Maezio est compatible avec une large gamme de revêtements, permettant un système de revêtement mat pour l'ailette de roue en fibre de carbone unidirectionnelle de NIO qui met en valeur les fibres tout en remplissant les exigences de performance. Source | Covestro

Basé sur le succès de l'ailette de roue de NIO, Covestro voit une opportunité possible pour une utilisation dans d'autres roues d'après-vente, et l'application a donné à l'entreprise l'opportunité de valider la performance globale du matériau pour d'autres applications extérieures telles que les ailerons. Dorin a aussi noté le potentiel du matériau pour une utilisation dans les applications intérieures automobiles.

« Particulièrement à l'intérieur, tout le monde se bat pour chaque millimètre d'espace constructif », dit Dorin. « L'utilisation significative de composites pour rendre les pièces plus fines tout en conservant la rigidité et les propriétés structurelles et en permettant des surfaces esthétiques est ce que nous voyons comme un grand avantage de notre matériau. »

En savoir plus sur l'utilisation potentielle de Maezio dans les intérieurs de véhicules :

Covestro utilise les composites thermoplastiques Maezio pour un prototype d'intérieurs mobilité future

En plus de son esthétique et durabilité, Maezio est un activateur de matériau potentiel pour la production à haut volume. Le matériau peut être thermoformé à des taux de rendement élevés et des temps de cycle plus courts pour produire des millions de pièces par an. Selon Dorin, les temps de cycle pour le matériau sont peut-être légèrement plus longs que ceux généralement vus dans le moulage par injection, mais beaucoup plus rapides que le traitement de matériaux à base d'époxy. Malgré de nombreux défis techniques que Covestro et ses partenaires ont dû surmonter, l'ailette de roue de NIO a été développée de zéro en seulement 18 mois, et la production de masse a commencé au troisième trimestre 2019.