Az automatizálás új potenciált nyit a szénszálak számára - Innovációs jelentés
A kiváló anyagtulajdonságoktól függetlenül a szénszál-erősítésű műanyagok (CFRP) alkalmazási területe gazdasági okokból eddig főként a csúcstechnológiájú területek speciális alkalmazásaira korlátozódott, például az űriparban. A CFRP szerkezetek gyártásának döntő költségtényezője az alacsony automatizáltság a gyártási folyamatban, mivel a szénszálas szőnyegek alacsony merevsége megakadályozza az ipari robotok használatát. Egy új típusú kötőanyag-rendszer segítségével ma már lehetővé válik a gyártási folyamatok megtervezése, hogy a CFRP alkatrészek az autóiparban gazdaságilag életképesek legyenek.
Az alumíniumhoz viszonyított 30, az acélhoz képest 50 százalékos súlymegtakarítással a CFRP-k a legkönnyebb építőanyagok közé tartoznak. Tehát a „könnyűsúlyúak” olyan területeket tudtak meghódítani, ahol minden megtakarított kilogramm szó szerint megtérül. Az űrutazás alkatrészei ennek éppúgy részei, mint a repülőgépek és versenyautók alkatrészei.
A súlycsökkentés azonban nem a CFRP-k egyetlen erőssége. Sokkal inkább képesek egyrészt jelentősen megnövelni az alkatrészek szilárdságát és merevségét, ugyanakkor megfelelő mechanikus rezgéseket adnak a mechanikus rezgéseknek. Az a vágy, hogy például a speciális piacokon megszerzett know-how-t soros járművekbe helyezzék át, a CFRP-alkatrészek magas ára miatt eddig kudarcot vallott.
"Csak a CFRP alkatrészek gyártási költségei 55 százalékot tesznek ki" - mondja dr. Thomas Lehmann, a WACKER SPECIALTIES termékfejlesztési vezetője, mérleg. Ennek oka az alacsony szintű automatizálás a CFRP technológiában. Az úgynevezett gyantaátadási eljárásban (RTM) a CFRP szerkezeti részek gyártásához szükséges szénszálas szőnyegeket a préselés előtt az alacsony merevségük miatt manuálisan egymásra kell rakni. A szőnyegeket csak ezután lehet folyékony gyantával ellátni és kikeményíteni a formában.
A termelékenység megduplázódik
A WACKER alkalmazásmérnökei most megtalálták azt a módszert, hogy drasztikusan felgyorsítsák a présekben a ciklusidőket. A siker kulcsa a VINNEX ® kötőanyag-rendszer volt. A kötőanyagok új generációjának magja egy hőre lágyuló és egyben önhálósító polimer. Miután a porszemcséket 170 ° C-on szinterelték, és egy ezt követő előmelegítési lépést követően szénszálas előformát kaptak, miután a szőnyegeket a hidegprésszerszámban megformázták. A VINNEX kötőanyag-rendszernek köszönhetően ezek az előformák elég merevek ahhoz, hogy ipari robotok segítségével behelyezzék őket az alakító szerszámba, és az RTM folyamatban tovább dolgozzák fel őket. Az önhálózás nagy reakciósebességével együtt az automatizálás döntő mértékben hozzájárul a ciklusidők rövidítéséhez. Még akkor is, ha a jövedelmezőséget még nem lehet euróban és centben kiszámítani, olyan szakértők, mint Dr. Lehmann a struktúrák összetettségétől függően csaknem megduplázza a termelékenységet.
A VINNEX ® -el edzett előformákat nemcsak az alacsonyabb előállítási költségek, hanem számos javított anyagtulajdonság jellemzi. Ily módon a kötőrendszerrel bevont nemszövött és szőtt szövetek könnyen vághatók és feldolgozhatók. A VINNEX ® különös előnye csak a mikroszkóp alatt válik nyilvánvalóvá. Ily módon szelektív kötések jönnek létre bárhol, ahol a rostok találkoznak vagy keresztezik egymást. Makroszkopikusan az ilyen jellegű pontkapcsolatok fokozott stabilitást és drasztikusan csökkent tendenciát eredményeznek az anyag fáradására.
A WACKER az innovatív CFRP alkalmazások legnagyobb potenciálját elsősorban az autóiparban látja, ahol a CFRP szerkezetek alacsony súlya többek között az alacsonyabb üzemanyag-fogyasztásban is megmutatkozik. Ha a magasabban fekvő alkatrészek, például az autó teteje CFRP-ből készülnek, a jármű súlypontja lefelé is eltolható, ami viszont javítja az úttartást. "A szálak nagy merevsége a jobb erőátvitelben tükröződik" - teszi hozzá dr. Lehmann. Végül, de nem utolsósorban, a speciális kötőanyag használatának ökológiai okai is vannak. Mivel nem tartalmaz kis molekulatömegű alkatrészeket, káros anyagok nem szabadulnak fel az autó belsejébe.