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Tecniche di lavorazione conveniente per Fabbricazione prodotti in serie, Ricambi Epoxy Composite Vehicle

Nell'impegno costante di ridurre ulteriormente il peso delle strutture automobilistiche, molti OEM e fornitori si stanno concentrando sull'implementazione delle migliori e più economiche tecniche di elaborazione per la produzione di parti di veicoli compositi epossidiche di serie. Qui, Klaus Ritter, Responsabile del Centro di Eccellenza per i Compositi presso Huntsman Advanced Materials, osserva come l'azienda sta aiutando a ottimizzare le ultime tecniche di produzione in autoclave, lavorando per soddisfare le richieste di eccellenti proprietà dei componenti con cicli di produzione più brevi in produzione di massa.

Huntsman Advanced Materials ha una lunga tradizione di sistemi epossidici all'avanguardia tecnologicamente avanzati. Nel settore automobilistico, l'ineguagliabile retaggio dell'innovazione tecnica e delle applicazioni di compositi epossidici dell'azienda spazia dal mercato delle auto super alle applicazioni strutturali dei marchi di lusso e, più recentemente, alle parti di veicoli di serie.

Processi in evoluzione

L'RTM standard a bassa pressione è stato utilizzato per soddisfare gli standard qualitativi e funzionali stabiliti per le parti altamente complesse su auto performanti per molti anni. Tuttavia, nella produzione di veicoli di massa, dove le soluzioni di elaborazione a prezzi accessibili e la consegna di pezzi in pochi minuti con sprechi minimi sono un must, questa tecnica non è adatta.

Tecnologie complementari

Soddisfando le richieste di cicli di produzione ridotti nella produzione automobilistica ad alto volume, Huntsman continua a sviluppare sistemi di resine epossidiche per stampaggio a trasferimento di resina ad alta pressione (HP-RTM) e stampaggio a compressione ad umido. Queste due tecnologie si completano a vicenda, con HP-RTM che consente una produzione rapida di parti altamente complesse e stampaggio a compressione ad umido, facilitando una produzione ancora più rapida, ma per componenti a bassa complessità.

HP-RTM offre un concetto relativamente nuovo e un sistema di elaborazione appropriato per la produzione di componenti leggeri ad alte prestazioni. Rispetto alla RTM a bassa pressione, che è caratterizzata da lunghi tempi di elaborazione dovuti al numero di processi manuali coinvolti, HP-RTM ottiene un punteggio elevato sul livello di automazione fornito. Reazioni chimiche accelerate e tempi di ciclo estremamente brevi sono possibili grazie all'iniezione ad alta pressione, alla miscelazione e all'uso di sistemi epossidici altamente reattivi che HP-RTM facilita.

Al fine di ridurre i costi di produzione delle parti, il processo di stampaggio a compressione è ideale per componenti meno complessi. La produzione più veloce che offre, insieme a un costo di investimento inferiore rispetto a HP-RTM, si traduce in significative riduzioni dei costi, in cui è applicabile la produzione di componenti strutturali a bassa complessità.

Con lo stampaggio a compressione ci sono costi di lavorazione e investimento di capitale relativamente inferiori. La preformatura non è obbligatoria, a causa dell'impregnazione verticale del sistema epossidico che avviene all'esterno dello stampo durante il processo di "liquid lay down". Ciò elimina la necessità del processo di iniezione, consentendo allo stampo di operare a temperature più elevate per una polimerizzazione più rapida. L'uso di stampi semplici per parti semplici contribuisce anche alla riduzione dei costi di attrezzamento.

Passando dal classico stampaggio a compressione ai più recenti processi di stampaggio a compressione, in cui sono disponibili opzioni di assistenza a vuoto, i produttori possono beneficiare di parti senza vuoti prodotte con la massima qualità, oltre a una maggiore flessibilità di progettazione e minori sprechi di materiale.

Sistemi epossidici veloci e flessibili

Huntsman è la prima azienda ad aver sviluppato sistemi di resina epossidica qualificati per la produzione in serie di parti strutturali. Questi sistemi hanno dimostrato di offrire proprietà avanzate e significativi tempi di produzione per processi fuori autoclave come RTM e stampaggio a compressione.

Sostenendo lo sviluppo di sistemi epossidici rapidi e flessibili con proprietà superiori che soddisfano le richieste del settore per miglioramenti continui, all'interno dei suoi laboratori all'avanguardia, l'azienda utilizza tecnologie di simulazione al computer per accelerare l'identificazione dei migliori parametri di elaborazione. Uno degli ultimi sistemi epossidici di Huntsman, Araldite® LY 3585 / Aradur® 3475 consente di realizzare parti HP-RTM entro quattro minuti, consentendo ulteriori riduzioni mediante stampaggio a compressione, in soli due minuti. Con HP-RTM, ad esempio, questo include set di preforme, iniezione, polimerizzazione e de-stampaggio e equivale a una riduzione del tempo di produzione delle parti 40 rispetto a HP-RTM di prima generazione.

Ottimizzazione di compositi per autoveicoli

Negli ultimi quattro anni, lavorando con produttori globali di veicoli di prestazioni e di mercato di massa, il coinvolgimento di Huntsman in vari progetti innovativi ha visto il settore compiere passi considerevoli nell'ottimizzazione dei materiali compositi per autoveicoli utilizzando le più recenti tecniche di processo. Ad esempio, Huntsman ha una lunga storia di successi con il BMW Group, che attualmente prevede la fornitura di un legante e resina epossidica Araldite® per la produzione di componenti in materiale composito su BMW i3 e i8 in produzione in serie.

Prima di questo, Huntsman ha anche fornito un sistema di resina epossidica (Araldite® XB 3523 / XB 3458) utilizzato per sviluppare parti del tetto per la BMW M3 - la prima parte rinforzata in fibra di carbonio da produrre su attrezzature ad alta pressione per l'applicazione in serie del carbonio guarda le parti. Araldite® XB 3523 / XB 3458 offre un basso restringimento durante l'indurimento per consentire la produzione di componenti di alta qualità superficiale che soddisfano lo standard di superficie della Classe A automobilistica. Il processo inoltre riduce significativamente la finitura e altri lavori preparatori prima della verniciatura. Questi vantaggi dimostrano come i sistemi epossidici per i processi fuori autoclave possono contribuire a ridurre i costi, fornire proprietà eccellenti e aumentare le opzioni di progettazione nei materiali compositi in carbonio.

Leader nella produzione di serie di auto-compositi

Nei cinque anni trascorsi da quando la BMW decise di produrre un veicolo completamente elettrico con una cella passeggeri composita, la BMW i3 è diventata la prima auto prodotta in serie a fare ampio uso di materiali compositi nei componenti strutturali primari.

BMW descrive l'architettura della BMW i3 come avente due elementi principali. Il modulo Drive in alluminio, che incorpora le funzioni powertrain, chassis, batteria e crash strutturale, e il modulo Life (o cellula passeggero), realizzato in plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP). Il concetto LifeDrive e l'utilizzo di CFRP consentono di ridurre della metà il tempo di produzione rispetto a quelli necessari per un'auto equivalente costruita lungo linee convenzionali. Il processo richiede meno investimenti, poiché i costi elevati necessari per un negozio di stampa convenzionale e un centro di verniciatura non sono più un problema e i moduli Life e Drive possono essere realizzati l'uno accanto all'altro.

Tutto ciò è supportato da ciò che può essere meglio descritto come la più grande e più sostenibile catena di fornitura di materiale composito e fabbricazione mai realizzata per un veicolo di produzione. Ad esempio, una volta che il precursore PAN per la fibra di carbonio è prodotto a Otake, il Giappone viene trasportato a Moses Lake, Washington per beneficiare della relativamente economica energia idroelettrica fornita dalla struttura dedicata BMW gestita da SGL Automotive Carbon Fibers (SGL ACF). Da qui, lo stoppino in fibra di carbonio viene inviato ad un altro stabilimento SGL ACF a Wackersdorf, in Germania, dove diverse forme di tessuto, tra cui nastri unidirezionali e trame multiassiali, vengono prodotte e preparate per RTM.

Le parti RTM ad alta pressione per la cellula passeggeri BMW i3 vengono prodotte in serie in due stabilimenti BMW a Lipsia e Landshut, in Germania, che utilizzano gli stessi processi e attrezzature. All'interno di queste strutture, i materiali di Huntsman vengono utilizzati per produrre il telaio laterale e altre parti composite della cella passeggeri i3 in volume. In primo luogo, Araldite® LT 3366 viene utilizzato come legante per aiutare a mantenere l'allineamento e la geometria delle fibre corrette durante la manipolazione e il posizionamento automatizzati della preforma a secco nello stampo. Araldite® LY 3585 / Induritore XB 3458, un sistema RTM epossidico, viene quindi iniettato ad alta pressione nello stampo. La sua bassa viscosità è essenziale per l'intero processo, dal dosaggio e miscelazione fino all'attuazione e alla buona bagnatura delle fibre nello stampo.

Fornendo buone prestazioni termo-meccaniche, tra cui un elevato allungamento a rottura, questo sistema Araldite® RTM è particolarmente vantaggioso per le parti strutturali automobilistiche e per soddisfare i criteri del crash test. Con la sua capacità di polimerizzare in soli cinque minuti a 100 ° C, Araldite® LY 3585 / Hardener XB 3458 consente a BMW di utilizzare efficacemente HP-RTM e soddisfare i suoi requisiti di produzione di velocità in modo rapido ed economico. Questo sistema è anche adatto per lo stampaggio a compressione e la produzione di parti strutturali a bassa complessità.

L'uso di compositi di carbonio sulla scala richiesta per la produzione di massa dei modelli BMW i è senza paralleli nell'industria automobilistica. Per quanto riguarda il suo ruolo, Araldite® LY 3585 / Hardener XB 3458 consente di realizzare per la prima volta in assoluto condizioni di mercato massicce per i veicoli commerciali.

Guardando al futuro

Huntsman ha recentemente istituito quattro nuovi centri di eccellenza, sviluppando nuove piattaforme tecnologiche che supportano i team di sviluppo regionale dell'azienda. Uno di questi centri, il Centre of Excellence for Composites, sta sviluppando capacità di simulazione per fornire consulenza sui progetti di compositi automobilistici. La tecnologia di simulazione sviluppata supporta i clienti di Huntsman aiutandoli a selezionare i parametri di prodotto e di processo più ideali, supportando le migliori geometrie degli utensili al fine di garantire che i processi più efficienti siano in atto.

Le richieste di velocità di produzione ancora più veloci, associate a requisiti di proprietà meccaniche più elevate e una maggiore libertà di progettazione, mostrano come il mercato dei materiali compositi per autoveicoli si sia sviluppato in un settore creativo e in rapida evoluzione. In questo contesto, il Centro di eccellenza per i compositi è destinato a svolgere un ruolo fondamentale nel sostenere attivamente le indagini in corso di Huntsman sugli epossidanti più rapidi.

Process Industry Informer

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