SABIC и Airborne запускают цифровую линию композитов для волокно-армированных термопластичных ламинатов

SABIC (Берген-оп-Зум, Нидерланды) решила в 2012 году войти в термопластичные композитные ленты. У компании уже был широкий полимерный ассортимент в коротковолокнистых литьевых и длинноволокнистых термопластиках (LFT) (оба с стекловолоконным и углеродоволоконным армированием), поэтому непрерывные волокнистые ленты были логическим расширением его основной технологии. Кроме того, гравитация к термопластичным лентам согласовывалась с отраслевыми трендами в пользу материалов и процессных технологий с более низким энергопотреблением и более устойчивыми, позволяющими более здоровую среду для работников. SABIC стала убеждена, что есть много неиспользованных возможностей для термопластичных лент на множественных рынках (см. «Потребительская электроника: гибридные композитные чехлы»).

Изначально команда, вовлеченная в термопластичные ленты, решила сфокусироваться на трех взаимосвязанных технологиях: материалах, дизайне и обработке.

«Наша цель была разработать технологию ленты, способную к массовому производству, стоимостной эффективности и воспроизводимости, так что каждая деталь имела то же высокое качество», — объясняет Джино Франкато, глобальный лидер по композитам SABIC. «Мы хотели, чтобы любой материал, который мы производили, хорошо обрабатывался, был очень эффективен и лился в очень короткое время цикла. И поскольку многие из наших клиентов были более знакомы с металлическим дизайном, мы знали, что нам нужно привносить новые концепции и инструменты дизайна».

Обширный бенчмаркинг прояснил, что ключевыми параметрами для последовательного производства высококачественных тонких лент с желаемой размерной стабильностью были технологии распределения волокна и пропитки. В конечном счете, SABIC связалась с Fiber Reinforced Thermoplastics B.V. (Лелистад, Нидерланды), которая предложила сильно нужную экспертизу, и SABIC приобрела контрольный пакет акций в компании в 2015 году.

Неудивительно, дизайн и процессное моделирование представляли другую область недостатка. Пока многие клиенты SABIC были комфортны проектированием с коротко- и длинноволокнистыми стекловолокнистыми литьевыми сортовыми материалами, непрерывноволокнистые продукты были другой историей, особенно в комбинации с овермолдингом литья под давлением.

«Отрасли вроде автопрома и потребительской электроники не могут вести бизнес с подходами проб и ошибок [сделай и ломай] больше, поэтому им нужно точно знать, как предсказать поведение каждого из этих материалов и взаимодействие между ними», — объясняет Скотт Дэвис, научный сотрудник SABIC по глобальной прикладной технологии. Это привело к амбициозной программе внутри SABIC для разработки предиктивных инструментов, которые работали бы в консерте с популярными структурными и процессными инструментами компьютерно-управляемой инженерной аналитики (CAE). Материальные карты сейчас, как говорится, доступны для пакетов на основе конечного элемента (FEA), таких как LS-DYNA (от Livermore Software Development Corp., Ливермор, Калифорния) и ABAQUS (от Dassault Systèmes, Велизи-Виллакубле, Франция).

Другое осознание, которое быстро последовало, было в том, что способность последовательно производить хорошие ленты не была бы достаточной для такой «недоразвитой» технологии, потому что процессно-инженерное ноу-хау и автоматизированное оборудование для обработки лент на высоких скоростях производства еще не были на уровне, который команда чувствовала, что им нужно.

«Мы ожидали, что много компаний смогут производить этот тип высококачественного продукта, но это не был случай», — добавляет Франкато. «Мы проверили отрасль и посмотрели на много компаний, но большинство были сфокусированы на нуждах автопрома, и мы не могли найти ни одной, которую мы чувствовали на правильном уровне — особенно для обслуживания рынка потребительской электроники». Именно тогда команда термопластичных лент SABIC была представлена Airborne (Гаага, Нидерланды), производителю машин и разработчику линий обработки композитов. Airborne уже имел успех в разработке оборудования для производства труб из термопластичных лент для нефтегазовой отрасли. Компания также имела опыт с термореактивными лентами в авиации.

«Мы почувствовали, что у Airborne те же цели, что и у нас», — продолжает Франкато. «Они не просто производители машин, они также знали композиты и знали вызовы с композитами», — объясняет он. «У них был весь этот опыт в автоматизации ленточных линий, но они не хотели вникать в материалы, а у нас была материальная экспертиза, но автоматизация не была нашей областью компетенции».

В 2017 году SABIC купила меньшинственную долю в Airborne; две компании работали вместе для разработки процесса и оборудования, необходимого для производства термопластичных ламинатов на основе лент в высоком объеме — миллионы в год — в полностью автоматизированной обстановке. Эта система в конечном счете стала называться Цифровой линией производства композитов (см. «Высокоскоростное, высокопроизводительное производство термопластичных композитов»).