Автоматизацията разкрива нов потенциал за въглеродни влакна - Доклад за иновациите
Независимо от отличните свойства на материала, досега областта на приложение на армирани с въглеродни влакна пластмаси (CFRP) по икономически причини е ограничена главно до специални приложения в областта на високите технологии, като например в космическата и космическата сфера. Решаващ фактор за разходите при производството на CFRP конструкции е ниското ниво на автоматизация в производствения процес, тъй като ниската твърдост на подложките от въглеродни влакна предотвратява използването на индустриални роботи. С помощта на нов тип свързваща система вече е възможно да се проектират производствените процеси по такъв начин, че CFRP компонентите в автомобилния сектор да са икономически жизнеспособни.
С икономия на тегло от около 30 процента в сравнение с алуминия и 50 процента в сравнение със стоманата, CFRP са сред най-леките строителни материали. Така че „лека тежест“ досега е успявала предимно да завладее райони, където всеки спестен килограм буквално се отплаща. Компонентите за космически пътувания са също толкова голяма част от него, колкото компонентите за самолети и състезателни автомобили.
Намаляването на теглото обаче не е единствената сила на CFRP. По-скоро те са в състояние значително да увеличат якостта и твърдостта на компонентите, от една страна, но в същото време придават на механичните вибрации подходящ „амортисьор“. Желанието да се прехвърли ноу-хау, придобито в областта на специалните пазари, например на серийни превозни средства, досега се провали поради високата цена на CFRP компонентите.
„Производствените разходи за CFRP компоненти представляват 55%“, казва д-р. Томас Леман, мениджър за развитие на продукти в WACKER SPECIALTIES, баланс. Причината за това е ниското ниво на автоматизация в CFRP технологията. В така наречения процес на пренос на смола (RTM), подложките от въглеродни влакна, необходими за производството на CFRP структурни части, трябва да бъдат подредени ръчно една върху друга поради ниската им твърдост преди пресоване. Само след това изтривалките могат да бъдат снабдени с течна смола и втвърдени в матрицата.
Производителността се удвоява
Приложните инженери от WACKER вече са намерили начин за драстично ускоряване на времената на цикъла в пресите. Ключът към успеха беше свързващата система VINNEX ®. Ядрото на новото поколение свързващи вещества е термопластичен и в същото време самоомрежващ се полимер. След като праховите гранули се синтероват при 170 ° С и последващ етап на предварително нагряване, се получава заготовка от въглеродни влакна след формоването на рогозките в инструмента за студено пресоване. Благодарение на системата за свързващ агент VINNEX, тези заготовки са достатъчно твърди, за да ги вмъкнат в формовъчния инструмент с помощта на индустриални роботи и да ги обработват допълнително в процеса на RTM. Заедно с високата скорост на реакция при самостоятелно свързване в мрежа, автоматизацията има решаващ принос за съкращаване на времената на цикъла. Дори ако рентабилността все още не може да бъде изчислена в евро и центове, експерти като Dr. Lehmann, в зависимост от сложността на конструкциите, с почти удвояване на производителността.
Закалените с VINNEX ® заготовки се характеризират не само с по-ниски производствени разходи, но и с редица подобрени свойства на материала. По този начин нетъканите и тъканите, покрити със системата за подвързване, могат лесно да се режат и обработват. Особено предимство на VINNEX ® става очевидно само под микроскопа. По този начин се създават селективни връзки навсякъде, където влакната се срещат или пресичат. Макроскопски, точковите връзки от този вид водят до повишена стабилност и драстично намалена тенденция към умора на материала.
WACKER вижда най-големия потенциал за иновативни CFRP приложения предимно в автомобилния сектор, където ниското тегло на CFRP конструкциите се отразява, наред с други неща, в по-ниския разход на гориво. Ако по-високо разположените компоненти като покрива на автомобила са изработени от CFRP, центърът на тежестта на превозното средство също може да бъде изместен надолу, което от своя страна води до подобрено задържане на пътя. „Високата твърдост на влакната се отразява в по-доброто предаване на мощност“, добавя д-р. Леман. Не на последно място, има и екологични причини за използването на специалното свързващо вещество. Тъй като не съдържа компоненти с ниско молекулно тегло, във вътрешността на автомобила не се отделят вредни вещества.