)
胶带基材碳纤维轻质结构
如 钢铁 坚固
TABASKO（胶带基材碳纤维轻质结构）不仅有助于减少使用塑料材质，还可以使保时捷工程集团所研发的工艺得以运用消费后的回收材料。如此就使得汽车制造更具可持续性。
轻质结构变得越来越重要。原因不外乎安全技术、电子设备和对舒适性日益增长的需求往往会增加汽车的重量。再加上电动车逐渐成为主要趋势，而电动车通常比内燃机车型更重。为了在其他部位减轻重量，内饰方面会大量使用聚丙烯塑料，又称“PP”。PP 的价格相对便宜，易于加工处理，还具有相当好的重复使用特性。但是它有一个缺点：“刚性和耐热性不是 PP 塑料的强项。”车身系统开发专业项目主管米谢尔·约翰（Michael Johann）解释道，“为了改善这一点，通常会加入玻璃纤维。”这种玻璃纤维强化塑料便被称为 PP-GFx，保时捷跑车的许多部件就是用这种材料制成。
约翰对轻质结构这个主题非常着迷。在保时捷工程集团，他带领他的团队负责开发量产塑料组件，例如用于保时捷 Cayenne 的车顶衬里以及车柱和车门的面板。他和同事不断地评估新的结构原理，借此找出最大强度和最低重量的组合。TABASKO 就是这样诞生的。它代表了“胶带基材碳纤维轻质结构”。
米谢尔·约翰的愿景：获得更好材料特性的同时减轻重量。碳被纳入了考量：碳纤维几乎由纯碳构成，强度直逼钢铁，但重量却少了将近 80%。然而，这种材料非常昂贵。
)
准备好进入量产：TABASKO 制作过程
已获专利的制造工艺
TABASKO 部件可以利用标准工艺全自动生产。处理系统将胶带放入注塑机的模型中。真空槽将胶带固定住，使其可以容易地放到组件的顶部或底部。
如果将碳嵌入一层纤薄的聚丙烯膜中，就会形成一种非常特别的材料：碳纤维胶带——这开启了全新的可能性。约翰假设：如果用一些连贯的碳纤维胶带来加强目前使用的 PP 材料，不仅可以缩减托盘的厚度，又不会牺牲稳定性。节省下来的 PP-GFx 还可以平衡额外的碳成本。计算结果证明了他的论点。为了示范作用原理，约翰马上将碳纤维胶带熨烫到 PP-GFx 样品上，然后用一把锤子作为荷重进行了初步弯曲试验。第一次粗略测试过关。
80
%
碳纤维的重量比钢轻了 80% 但刚性不相上下。 几乎由纯碳构成。
下一步，约翰要寻找合作伙伴来实现他的想法。这时，保时捷工程集团与保时捷股份公司之间的密切合作对他派上了用场：材料专家法兰克·霍伊斯勒（Frank Häusler）正是他需要的牵线人，而且也对这个概念感到兴趣。霍伊斯勒的办公桌上汇集了许多想法，而他的任务就是评估这些想法是否有成为量产产品的潜力。“可惜的是，大多数的建议都无法符合我们的要求。”霍伊斯勒说，“但这次不一样：这个概念给人一种技术成熟的印象。它经过深思熟虑，有数据支持而且合理。“
约翰和霍伊斯勒获得了胡伯特·休妲菲尔特博士（Dr. Hubert Stadtfeld）的支持。休妲菲尔特博士是保时捷股份公司战略性产品和制程设计生产研发部门的轻质结构项目主管，并且也成为了这个概念的赞助人。为了替这个概念获得制造原型和进行验证的预算，他们在生产部门登记了一个创新项目。
)
“这个概念给人一 种技术成熟的印 象。它经过深思熟 虑，有数据支持而 且合理。“
法兰克·霍伊斯勒
保时捷股份公司材料专家
原型成功通过测试
在寻找合适的部件作为原型的过程中，开发人员发现了保时捷 Taycan 的行李厢托盘。它的标准材质是玻璃纤维增强塑料，采用注塑工艺制成。这个标配部件尺寸为 65 厘米长、120 厘米宽、52 厘米高，相对较大。“如果大型部件也能成功通过测试，那么我们也可以把结果应用于较小的部件。”约翰如此说明。现在，TABASKO 必须通过专业条件的挑战：霍伊斯勒和约翰用厚度 1.8 厘米的 PP-GFx 制作了一个行李厢托盘，并使用 0.2 厘米薄的碳纤维胶带予以加强。特点是：碳在此处的重量占比只有百分之一，因为连续胶带被精准地用在能够发挥最大效果的位置。
该原型一共接受了三种测试。首先是冲压压力对比试验：在目前的量产行李厢托盘和以 TABASKO 材料所制成的托盘之间比较。一个压模从上方在托盘底部逐渐增加压力，同时测量弯曲程度。结果是：在测试 TABASKO 托盘时，必须施加高出 66% 的压力，才能达到相同的最大允许的下凹度——但 TABASKO 行李厢托盘的重量比标准托盘轻了 15%。
第二项测试是一系列所谓的四点弯曲测试。在这个测试中，开发人员从行李厢托盘底部切下矩形条。接着在室温以及摄氏 90 度的条件下将这些矩形条向所有方向折弯。“很明显可以看到，胶带基材试样的刚性高出 2.5 至 2.8 倍。”霍伊斯勒解释说。
第三项测试旨在测定冲击韧性。在生产 TABASKO 这类材料的过程中，如果使用泡沫注塑成型技术，就会需要这项测试。”因为在过程中所形成的泡沫结构可能会导致基底材料的冲击韧性降低。这项测试显示：结合了拉伸侧的胶带，使得冲击韧性提高了约五倍。TABASKO 在这里也证明了它的优势。
霍伊斯勒继续讲述：“接下来是最重要的一步：将这种材料投入批量生产。问题在于：与目前的技术相比，如何才能做到每年全自动生产多达80,000 个部件且不增加成本？“为此，约翰、霍伊斯勒和休妲菲尔特与一家供应商合作，利用标准自动化注塑机成功开发出一套生产工艺。约翰解释道：“利用处理系统将胶带放入成型模具里，并使用真空槽将胶带固定在组件的顶部或底部。不需要新的机器或工艺——非常有利于生产成本。“
)
“不需要新的机器 或工艺——非常有 利于生产成本。“
米谢尔·约翰
保时捷工程集团车身系统开
发专业项目主管
TABASKO 目前已注册有六项专利，涉及材料结构、生产方式、工具技术和批量生产中的工艺流程。这个项目证明了：TABASKO 有助于大幅减轻部件重量，从而节省资源。此外，还可以使用回收塑料作为制造原料。这一点相当重要。因为根据欧盟法令规定，自 2031 年起，所有类型的车辆上必须使用至少 25% 消费后的回收材料（PCR）。回收 PP 塑料可从旧管路、家具或瓶罐中提取，但回收材料的硬度远不及原始材料。”我们可以借助适当提高碳纤维的比例来弥补降低的刚性。“约翰如此解释。TABASKO 的一大优势：这种调整方式可以毫无问题地应用在工业生产过程中。
新材料的前期开发工作目前已经完成。负责行李厢托盘的专业部门已经表现出对未来车型进行量产的兴趣。目前，正在与塑料供应商进行协谈中。“这就像让一个孩子独立一样，“约翰说，“前期开发人员已无法再为它做什么。”TABASKO 就像一个孩子，它的发展潜力才正要开始。
信息
本文首次发表于《保时捷工程杂志》2024年第2期。
文字：Mirko Heinemann
版权：本文中发布的所有图片、视频和音频文件均版权保护。未经保时捷工程书面许可，不得部分或全部复制。欲了解更多信息，请联系我们。
联系方式
您有问题或想了解更多信息吗？请联系我们：info@porsche-engineering.de