Революция в автомобильном дизайне: Первые изогнутые пультрудированные компоненты

Пультрузия — один из старейших процессов формовки термореактивных композитов, и говорят, что это был первый процесс формовки термореактивных композитов с непрерывным волокном. Сегодня она используется для производства продуктов от столбов линий электропередач до оконных рам, а также лестниц, арматуры и компонентов ветряных турбин. Легко автоматизируемая с низким трудом и способная производить высокопрочные компоненты — некоторые довольно большие — при разумной стоимости и скорости, традиционная пультрузия может производить профили (полые или твердые, симметричные или асимметричные) почти в любой форме, которую можно выдавить через фильлю. Однако эта форма должна иметь постоянное поперечное сечение/толщину. Также, в отличие от термопластичного экструзионного или экструзионного производства металлических труб — где давление и тепло могут применяться к профилям во время производства или после к готовым деталям для их изгиба в новые формы — было трудно использовать пультрузию для производства чего-либо, кроме прямых линейных профилей. Это, конечно, ограничивало использование пультрузии во многих отраслях, особенно в высокообъемных сегментах, как автомобильная, которая хотела бы использовать пультрузию, за исключением того, что на машинах не так много прямых балок, которые были бы хорошими кандидатами.

Это начинает меняться благодаря Thomas GmbH + Co. Technik + Innovation KG (TTI, Бремерфёльде, Германия), которая разработала запатентованный процесс для преодоления многих ограничений традиционной пультрузии. Фактически, первый изогнутый пультрудированный автомобильный компонент только что пошел в коммерческое производство с запуском спортивного автомобиля 2020 Chevrolet Corvette компанией General Motors Co. (Детройт, штат Мичиган, США) (см. полную статью о пультрудированной задней бамперной балке Corvette). Тьер-1 поставщик Shape Corp. (Гранд-Хэвен, штат Мичиган, США) производит изогнутую заднюю бамперную балку для автомобиля с использованием процесса пультрузии с движущейся формой TTI в углеродно-волокнисто-усиленном полиуретане-акрилате.

Вот почему это большое дело.

Движущаяся vs неподвижная форма

В обычной линейной пультрузии рециркулирующая тяговая система с захватами используется для вытягивания сухих армирующих материалов с их крейлов через ванну, где они пропитываются жидкой термореактивной смолой. Затем пропитанные армирующие материалы вытягиваются в неподвижную нагретую филью, где профиль формируется и полностью отверждает. При выходе из фили движущийся профиль охлаждается (все еще вытягиваемый блоком вытяжки) и затем режется на длину и упаковывается.

Изначально волоконная армировка была строго ограничена однонаправленными прядями — другими словами, непрерывными стеклянными, углеродными или другими волокнами, ориентированными на 0 градусов к оси вытягивания. Однако со временем разнообразные мультиаксиальные ткани — как ткаческие, так и некрученые (NCF) — были включены в пультрудированные профили, обеспечивая ряд ориентаций волокон без искажения/движения волокон. Почти любая термореактивная смольная система может использоваться для пропитки армирующих материалов в пультрузии, хотя значительное количество применений использует полиуретан. В последние десятилетия пультрузия даже модифицировалась для использования предварительно полимеризованных термопластов.

Многие особенности обычной пультрузии были перевернуты в процессе радиальной пультрузии TTI, но самый важный аспект для понимания заключается в том, что с радиальной пультрузией форма не неподвижна; скорее, она движется и вытягивает материал для создания либо линейного постоянного поперечного сечения, либо постоянно изогнутого профиля.

Филя, или серия филий, не только движется взад-вперед над профилем, формируя и отверждая материал, пока оба движутся вдоль пути — в этом случае с профилем, движущимся в одном направлении, а филей — в обоих — но филя также вытягивает сухие армирующие материалы через смоляную ванну и отвердевший профиль к захватам и резаку. Для производства линейного поперечного сечения и филя, и профиль движутся вдоль прямого участка пути; для производства изогнутого поперечного сечения филя и профиль движутся вдоль изогнутого участка пути.

«В этой технологии филя эффективно заменяет рециркулирующий тяговый механизм, который заменяется неподвижными захватами, которые открываются и закрываются, но иначе не движутся», — объясняет Себастьян Мертенс, руководитель продаж TTI. «Захваты закрываются и поддерживают отвердевший профиль, когда он достигает заранее заданной длины и готов к резке, но в остальное время остаются открытыми и позволяют профилю двигаться к резаку».

Для снижения риска вытягивания волокон из горячего материала нагретые филии хромируются.

Кроме того, компактная система гораздо легче в доставке, может перемещаться только вилочным погрузчиком, быстрее настраивается, чем обычные линии, и требует гораздо меньше места на заводском полу. «Это может иметь интересные преимущества в некоторых применениях», — отмечает Мертенс. «Например, станок можно установить рядом с ремонтом моста для производства структурных элементов по мере необходимости. Или его можно установить при укладке новой трассы и производить арматуру, которую можно резать на заказные длины прямо на строительной площадке». Еще одно преимущество pullCUBE — безопасность рабочих, так как блок полностью закрыт, и операторы не обожгут руки на горячих поверхностях форм и не будут зажаты захватами или разрезаны пилой.