刻んだ炭素繊維、ポリアミド、革新性が現代のピックアップトラックのベッドを再定義します

2019ショートベッド（クルーキャブ）GMC Sierra AT4 でデビューしたCarbonPro炭素繊維強化熱可塑性プラスチック（CFRTP）複合ピックアップボックスの最も困難な側面について尋ねられたとき （オフロード）および Sierra Denali ハーフトンピックアップ、ゼネラルモーターズ社（GM、デトロイト、ミシシッピ州、米国）の高度な構造複合材とピックアップボックスのエンジニアリンググループマネージャーであるマークボスは笑います。 「ほとんど やりがいのある部分ですか？」彼は尋ねます。 「このプロジェクトのすべての部分はやりがいがありました。すべてが新しいものでした。新しい設計基準、新しいインパクト、リアバリア性能の仕様に加えて、新しい材料とプロセスがありました。設計プロセスのすべての部分は、ある時点または別の時点で課題でした。ただし、結果はそれ自体を物語っています。CarbonProボックスは画期的な実行です。」

チームアプローチ

以前にコルベットの複合アプリケーションに取り組んだVoss イノベーションについて1つか2つのことを知っており、経営陣に新しいことを試みるように話しかけています。 2011年から、帝人株式会社（東京、日本）との初期交渉とその後の共同開発作業に携わり、帝人が当時新たに開発したSereebo CFRTPシート複合材の自動車用アプリケーションを商品化しました（「SereeboCFRTPシート：「地球を救う」を参照）。 」）。 Vossが「学習サイクル」と呼んでいる3年間（試行と評価の実行、問題の発見と対処、さらに試行と評価の実行）が続き、チームメンバーは資料の動作と使用場所を理解していると感じました。その時、彼らはSereeboの自動車産業デビューのためのアプリケーションとプラットフォームを探し始めました。 2015年までに、彼らは2019年モデルのピックアップボックスを特定しました Sierra Denali 理想として。

決定につながった多くの要因がありました。第一に、小型トラック（ピックアップトラックとスポーツユーティリティビークル）が北米で最も急成長し、最も収益性の高い乗用車セグメントであるため、規模の経済がありました。第二に、トラックはモノコック構造ではなくボディオンフレームを使用するため、ボックスはボディインホワイトに不可欠ではなく、E-coat（シャーシに適用される電気泳動腐食コーティング）に耐えるために熱性能を必要としません。車両製造開始時のコンポーネント。第三に、ボックスは客室の外側にあるため、衝撃試験と荷重ケースはキャブ構造自体の場合よりも厳しくなく、新しい材料とプロセスを試すためのリスクの少ない場所になります。最後に、GMCの顧客は通常、ハイテクで豪華なテクノロジーを採用しているため、チームが計画していたすべての独自の機能を歓迎することが期待されています。

Vossは、CarbonProを実現するための材料およびプロセス開発作業に対する「真のチームアプローチ」について説明しています。そのチームには、GM、帝人、成形業者のContinental Structural Plastics（CSP、米国ミシガン州オーバーンヒルズ）が含まれ、GMと帝人が共同開発したプロセスの商業化とCarbonProボックスの製造を支援する取り組みに2015年に参加しました。 2017年に帝人が購入したCSPは、シートモールディングコンパウンド（SMC）で他の複合ピックアップボックスを製造してきた長い歴史があります。

進化するテクノロジー

Sereeboは、不連続/チョップドカーボンファイバー（25ミリメートル、24Kトウ）で強化されたポリアミド6（PA6）マトリックスを特徴とするシート状の複合材料です。繊維床は非常によく分布していると説明されており、成形方法に応じて材料に等方性の特性を与えます。

熱可塑性マトリックスには多くの利点があります。まず、熱可塑性樹脂は事前に重合されて供給されるため、ツール内で重合して架橋する熱硬化性樹脂よりもはるかに速く成形されます。ただし、事前に重合されたポリマーの欠点は、分子鎖がより長く、より硬く、より絡み合っているため、良好な繊維のウェットアウトを得るのが難しいことです。したがって、繊維体積分率は熱硬化性樹脂よりも低くなる傾向があります。第二に、熱可塑性樹脂は熱硬化性樹脂よりも密度が低い傾向があり、軽量化の機会に貢献します。最も重要なことは、熱可塑性樹脂がツールからはるかに優れた表面を生成し、熱硬化性複合材料でしばしば必要となる、研磨や塗装などの重要な成形後の仕上げを排除することです。さらに、PA6のような「丈夫な」ポリマーは、自動車で使用される熱可塑性複合材料の最も一般的なマトリックスであるポリプロピレンと比較して、熱性能を拡張し、耐損傷性を向上させます。もう1つの利点は、熱可塑性の内臓/スクラップを、材料を粉砕して同じ樹脂システムで別のフィードストリームに入れることで簡単にリサイクル（溶融再処理）できることです。ただし、これにより繊維強化が短縮されます。

もちろん、炭素繊維はガラス繊維よりも高い剛性と強度をもたらし、軽量で壁の部分が薄くなりますが、衝撃強度はわずかに犠牲になりますが、樹脂を選択することで改善できます。重いトウは、細かい航空宇宙グレードよりも手頃な価格であり、自動車業界で一般的に使用されています。自動車業界では、通常、弾性率が最終的な強度ではなく設計の制限要因になります。連続繊維強化ではなくチョップド繊維強化を使用することにより、極限強度は低下しますが、自動車用途には十分すぎるほどであり、より厚いセクションまたはジオメトリ（リブなど）の追加、あるいはその両方によって改善できます。伝えられるところによると、ピックアップボックスのほとんどのコンポーネントの成形には、2つの厚さの単一グレードのSereeboが使用されています。

ハイブリッド形成

Sereeboは、予熱されてツールに配置されると流れますが、その自然な等方性を維持するために、チームは従来のガラスマット熱可塑性プラスチック（GMT）、直接長繊維熱可塑性プラスチック（D-LFT）、またはSMCのように流れを形成しません。 。むしろ、興味深いハイブリッド成形プロセスが使用されます。これは、ロボットに取り付けられた予備成形装置（RMPD）を使用して達成された革新的な予備成形ステップと、それに続く「従来の圧力」での圧縮成形を組み合わせたものです。 RMPDは、成形される各部品に固有の複雑なアームエンドツーリングとして説明されています。部品は必要以上に大きく成形され、成形後に最終サイズにトリミングされます。

「Sereeboの等方性特性は金でその重量に見合う価値があるため、これらの材料特性を保持するプロセスを作成しました」とVoss氏は述べています。 「それでも、構造のサイドパネルで14〜16インチ[36〜41センチメートル]の描画深度を達成しています。 材料」と彼は付け加えます。

「GMTやD-LFTのようなSereebo材料の型」と、プログラムおよび製品開発のCSPエンジニアリングディレクターであるStevePelczarskiは説明します。 「ただし、予熱中のブランク温度を制限し（樹脂とUV安定剤の両方を保護する選択）、成形直前にプレス上でシートを予備成形することにより、意図的に流量を低く抑えています。 Sereeboで作成できる描画の深さと機能は、ツールに材料を提示する前に形状をプリフォームする限り、無限です。」

ヘッドボード、左右のサイドパネル、プラットフォーム/フロアの4つの最大のCarbonProパーツは、新しい3,600メートルトンのディーフェンバッハープレスで高速（5 秒）で形成されます。 ）米国インディアナ州ハンティントンのCSP工場での開閉サイクル（「CarbonProボックス：新しい成形プロセス」を参照）、GMのフォートウェイン組立工場（米国インディアナ州ロアノーク）から30分、2019年シボレーシルバラード および GMCシエラ ピックアップが組み立てられています。いくつかの小さなCarbonPro部品（未使用のSereeboおよび一部のリサイクルLFT（粉砕されたSereeboスクラップと一部の未使用のPA6を使用して流れを強化））は、小型の1,200メートルトンのプレスで近くで圧縮成形されます。 3つのサブボンディングステップがクロスカーシル、ホイールウェル、サイドパネルモジュールを結合し、次にこれらのサブアセンブリが最終的なメインボックスボンディングステップにまとめられ、そこで最終的なボックスアセンブリが行われます。 2液型ウレタン構造用接着剤（米国オハイオ州コロンバスのAshlandLLCのPliogrip8500）が全体に使用されています。

「リサイクルされたSereeboで、左右のステークポケットの資産を75％保持しています」とVoss氏は付け加えます。 「これは、プロセスをより持続可能にしながら、ビジネスケースに役立つため、大きなメリットがあります。」ポストインダストリアルリサイクル（PIR）部品が現場でどのように運ばれるかに応じて、GMとCSPは、Sereeboスクラップの100％を車両の他の場所で再利用する計画を立てています。これにより、新しいプロセスがゼロウェイストになります。

CSPはまた、ガラス繊維/ PP D-LFTの圧縮成形エンドゲートカバー、ガラス繊維/ PA6の射出成形ホイールハウスアセンブリとフロントフィラーパネル、ガラス繊維強化エポキシ引抜成形品のミニシル、および3つのSereeboにあるボックスの4つのクロスカーシル。

顧客重視の機能

CarbonProボックスには、車両とその貨物スペースを強化する特別な機能も含まれています（「機能の識別」を参照）。まず、ボックスは非常に耐衝撃性があることが証明されています（以下のビデオを参照 ）、これはベッドライナーの必要性を排除する大きな機能上の利点です。錆びたりへこんだりしないだけでなく、カラー成形（MIC）の黒色複合材は、引っかき傷や風化から保護するために塗料やコーティングを必要としません。

第二に、波形の床構造の設計に多くの作業が費やされました。トラフには軽い質感を採用し、汚れや汚れを簡単に洗い流し、「グリッピー」なアグレッシブな質感をクレストに成形し、ベッドが濡れたりほこりっぽい場合でも安定性を確保します。ヘッドボードの特別なオートバイポケットと接着されたタイダウン（それぞれ227キログラムの負荷が可能）により、顧客は左側と右側に2台のダートバイク、またはボックスの中央前面にハーレーダビッドソンの「ファットボーイ」オートバイを固定できます。 。追加のタイダウンは、さまざまな負荷を安定させるために戦略的に分散されます。一体型ライトは、フェンダーフレアとテールゲートの周りのボックス内部を照らします（標準または6ポジションのマルチプロのいずれか-「識別機能」を参照）。

複合ボックスは、シエラので重要な役割を果たします。 混合材料構造（アルミニウム、高強度鋼、ロール成形鋼、および複合材料とプラスチックの組み合わせ）、出力モデルから163キログラムを削減する組み合わせ。