Текущее производство углепластика часто связано с большим дорогостоящим оборудованием. Расплавленный полимер зажимается между армирующими углеродными или стеклянными волокнами. При использовании этого метода пластик только косвенно нагревается массивной формой. Формы необходимо перемещать, циклически нагревать с регулировкой процесса вариотерм и снова охлаждать.
В зависимости от процесса это может потребовать значительных затрат энергии и времени. Часто высокие инвестиционные затраты на прессы и другие крупные системы означают, что небольшие и средние партии являются нерентабельными. Однако для этого есть альтернатива: исследователи из Института химических технологий Фраунгофера в Пфинцтале могут нагревать углепластик непосредственно в вакууме с помощью инфракрасного излучения. Энергия действует там, где это необходимо.
Немедленно. Для стенки формы исследователи нашли материал, который пропускает инфракрасное излучение в желаемом диапазоне длин волн, но который почти не подвергается внутреннему тепловому расширению. Обычно процессы производства вариотерма на основе вакуума занимают от 30 минут до нескольких часов, в зависимости от толщины детали.
Используя подход ИКТ, это делается менее чем за 60 секунд.«Наш метод быстрее, экономичнее и энергоэффективнее, чем современные технологии», — говорит Себастьян Баумгартнер, инженер-механик института в Баден-Вюртемберге. Обработка в вакууме защищает материал.
Пластик не окисляется, как при открытых процедурах. Отсасывается захваченный воздух и возможные выхлопные газы. Процесс очень стабильный и простой в использовании. «В нашем подходе для нагрева углепластика подходят все формы электромагнитного излучения, включая микроволновое излучение», — поясняет Баумгартнер. Промышленность экономит энергию, затраты и материалы и может производить более быстро.
Метод подходит как для больших, так и для малых серий. «Это особенно выгодно малым и средним компаниям, которые не хотят платить за дорогостоящие системные технологии», — поясняет Баумгартнер.На испытательном заводе исследователи используют этот процесс для производства листов углепластика шириной 40 x 40 сантиметров. Подобные крупные детали уже используются в спортивных товарах и автомобилях. «Наша система подходит для обычного цеха», — поясняет Баумгартнер. В отличие от больших прессов, не требуются надстройки, подконструкции или специальные фундаменты.
Ученые представят проект на JEC (выставке композитных материалов) с 8 по 10 марта в Париже.Система производит пластины без искажений. «Это серьезная проблема при производстве из углепластика. Мы нагреваем и охлаждаем симметрично, используем стенку формы с минимальным тепловым расширением и работаем при относительно низких рабочих давлениях, чтобы избежать потока сжатия», — говорит Баумгартнер. Гладкая поверхность стенки формы также создает почти отражающую поверхность плиты из углепластика.
Это очень выгодно для конечного компонента, особенно для приложений в видимых областях.Пластик сразу нагревается после включения инфракрасного излучения. Ученые пока не могут сказать точно, сколько энергии сохраняется. «У нас нет точных сравнительных цифр.
Однако эффект очевиден, поскольку нет больших тепловых масс, которые нужно нагреть и снова охладить, как в случае с процессом прессования», — добавляет исследователь.В автомобилях, самолетах и спортивных товарахУглеродные волокна тоньше человеческого волоса. В новых разработках термопласты часто служат подходящими матрицами для углепластика.
Их можно многократно плавить и полностью перерабатывать. Волокна и пластмассы укладываются слой за слоем, пока не будет достигнута желаемая толщина компонентов. Тепло и давление сближают волокна и расплавленный пластик.
Особой проблемой является изготовление панелей без каких-либо зазоров или воздушных карманов без какого-либо смещения волокон. Однонаправленный углепластик является жестким в направлении волокна и гибким перпендикулярно.
В результате компоненты с настраиваемыми свойствами могут быть изготовлены с помощью определенного расположения слоев. Углепластик интересен не только для авиакосмической промышленности и Формулы 1. В настоящее время он используется в автомобилях, самолетах и спортивных товарах.Следующие шаги
Помимо автоматизированного мониторинга процесса, производство без использования разделяющего агента является серьезной проблемой в отрасли. Разделительные агенты необходимы для извлечения плит из углепластика. На пластинах могут оставаться остатки, затрудняющие дальнейшую обработку. «Вместе с нашими коллегами из Института производственных технологий и перспективных исследований материалов IFAM им. Фраунгофера в Бремене мы разрабатываем специальный прочный разделительный слой.
Наша цель — нанести его на нашу стенку пресс-формы», — говорит Баумгартнер.