Переход к армирующим материалам из непрерывных волокон

SABIC объединилась с Airborne для разработки линии по производству цифровых композитов, которая быстро превращает термопластические ленты UD в плоские ламинаты почти чистой формы (слева), затем объединяет их в процессе контактного нагрева (в центре) и, наконец, подрезает и осматривает их (справа). Ожидается, что Airborne начнет поставки нестандартных ламинатов потребителям бытовой электроники в следующем году. Источник | САБИК.

В 2012 году компания SABIC (Берген-оп-Зум, Нидерланды) решила заняться производством термопластичных композитных лент. Компания уже имела широкий ассортимент полимеров для инъекций коротких волокон и термопластов с длинными волокнами (LFT) (как с армированием стекловолокном, так и с углеродным волокном), поэтому ленты из непрерывных волокон были логическим продолжением ее основной технологии. Кроме того, тяга к термопластическим лентам соответствует отраслевым тенденциям в пользу материалов и технологических процессов с меньшим энергопотреблением, которые являются более экологичными и обеспечивают более здоровую окружающую среду для рабочих. SABIC убедилась, что у термопластических лент есть много неиспользованных возможностей на различных рынках (см. «Бытовая электроника:гибридные композитные покрытия»).

Первоначально команда, занимающаяся термопластическими лентами, решила сосредоточиться на трех взаимосвязанных технологиях:материалы, дизайн и обработка.

«Наша цель состояла в том, чтобы разработать ленточную технологию, которая была бы способна к массовому производству, рентабельности и воспроизводимости, чтобы каждая деталь имела одинаково высокое качество», - объясняет Джино Франкато, лидер в области производства композитных материалов SABIC. «Мы хотели, чтобы любой материал, который мы производим, хорошо обрабатывался, был очень эффективным и формировался за очень короткое время цикла. А поскольку многие из наших клиентов были более знакомы с дизайном из металла, мы знали, что нам нужно привнести новые концепции и инструменты дизайна ».

Обширный сравнительный анализ показал, что ключевыми параметрами для стабильного производства высококачественных тонких лент с желаемой стабильностью размеров являются технологии укладки волокон и пропитки. В конце концов, SABIC связалась с Fiber Reinforced Thermoplastics B.V. (Лелистад, Нидерланды), которая предложила столь необходимый опыт, и SABIC приобрела контрольный пакет акций компании в 2015 году.

Неудивительно, что дизайн и моделирование процессов представляют собой еще одну область недостатка. В то время как многим клиентам SABIC было комфортно разрабатывать изделия из стекловолокна для литья под давлением из короткого и длинного стекловолокна, с изделиями из непрерывного волокна все было иначе, особенно в сочетании с литьем под давлением.

«Такие отрасли, как автомобилестроение и бытовая электроника, больше не могут вести бизнес, основанный на методах проб и ошибок [сделать и сломать], поэтому им необходимо точно знать, как предсказать поведение каждого из этих материалов и взаимодействие между ними», - объясняет Скотт Дэвис. , Штатный научный сотрудник SABIC - глобальные прикладные технологии. Это привело к появлению в SABIC амбициозной программы по разработке инструментов прогнозирования, которые будут работать вместе с популярными инструментами автоматизированного проектирования конструкций и процессов (CAE). В настоящее время говорят, что карты материалов доступны для пакетов на основе анализа конечных элементов (FEA), таких как LS-DYNA (от Livermore Software Development Corp., Ливермор, Калифорния) и ABAQUS (от Dassault Systèmes, Велизи-Виллакубле, Франция).

Еще одно осознание, которое быстро последовало, заключалось в том, что возможности стабильного производства хороших лент было недостаточно для такой «недостаточно развитой» технологии, потому что технологические ноу-хау и автоматизированное оборудование для обработки лент на высоких скоростях производства еще не были на должном уровне. команда чувствовала, что они должны быть такими.

«Мы ожидали, что многие компании смогут производить такой высококачественный продукт, но этого не произошло», - добавляет Франсато. «Мы проверили отрасль и посмотрели множество компаний, но большинство из них были ориентированы на потребности автомобилестроения, и мы не смогли найти ни одной, которая, по нашему мнению, находится на нужном уровне, особенно для обслуживания рынка бытовой электроники». Именно тогда команда SABIC по производству композитных лент была представлена ​​компании Airborne (Гаага, Нидерланды), производителю оборудования и разработчику линий для обработки композитных материалов. Airborne уже успешно разработала оборудование для производства труб из термопластичных лент для нефтегазовой промышленности. Компания также имела опыт работы с термореактивными лентами в аэрокосмической промышленности.

«Мы чувствовали, что у Airborne были те же цели, что и у нас», - продолжает Франсато. «Они были не только машиностроителями, они также знали композиты и знали проблемы, связанные с композитами», - объясняет он. «У них был весь этот опыт в автоматизации ленточных конвейеров, но они не хотели углубляться в материалы, и у нас был опыт в области материалов, но автоматизация не входила в нашу компетенцию».

В 2017 году SABIC приобрела миноритарный пакет акций Airborne; две компании работали вместе, чтобы разработать процесс и оборудование, необходимые для производства термопластичных ламинатов на основе ленты в больших объемах - миллионы в год - в полностью автоматизированной установке. Эта система в конечном итоге стала называться «Линия по производству цифровых композитов» (см. «Высокоскоростное высокопроизводительное производство термопластичных композитов»).