基于热塑性塑料的复合轻质结构有望实现更高效的制造工艺和废旧部件的回收。在大规模使用创新材料和工艺之前,仍然需要解决一些挑战并需要获得更多经验。英国布里斯托尔的国家复合材料中心(NCC)已经为这两个目标做好准备。用于包覆成型恩格尔纤维增强半成品的集成制造单元正在为汽车和航空航天工业的大规模生产铺平道路。

Engel duo在布里斯托尔的NCC进行复合材料研究-复合材料网

汽车工业和飞机制造传统上是英国最重要的工业部门之一,其复合材料的研究和加工已经达到了同样高的程度。弹射器在这方面起着重要作用。与德国弗劳恩霍夫协会相比,Catapult在英国捆绑了顶级的面向应用的研究,并支持该行业从新技术中获得更快的利润。

“我们是一种催化剂,”NCC的行业首席汽车公司Paul Gallen说。NCC是组成Catapult网络的七个研究所之一,每个研究所都有自己的专题重点。

NCC成立于2012年,目前占地17,500平方米,拥有最先进的制造单元,可用于各种复合技术。在那里雇用的220多名工程师和科学家与布里斯托大学,世界上许多其他大学以及最重要的行业密切合作。公司 - 不仅来自英国 - 使用他们自己的开发项目的能力。

“我们不断将我们的路线图与汽车制造商的路线图进行比较,”加伦说。“两种议程中热塑性材料在轻质复合材料结构中的使用增加很多。”

这一发展背后有两个主要驱动力:“一方面,热塑性基质材料能够在注塑机中有效地进一步加工半成品,并在完全集成的自动化工艺中使用来自同一材料组的材料进行功能化, “奥地利施韦特贝格Engel总部的复合材料技术业务开发经理Christian Wolfsberger解释道。“工艺集成和自动化是实现大批量汽车行业所需单位成本的先决条件。另一方面,热塑性复合材料简化了后续的部件回收,这符合循环经济的趋势。”

热塑性纤维复合材料加工的技术基础正在迅速扩大。有机薄板正在发挥先锋作用,有机薄板已经在批量生产中使用,特别是在体育用品行业。最近的应用程序最近在汽车行业推出。

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灵活的适应性
对于复合材料行业的许多公司而言,热塑性材料的发展趋势意味着他们必须应对全新的工艺。它也是NCC的第一台注塑机。恩格尔提供了一台1700大型机器,包括一台Kuka关节臂机器人和一体式红外线烤箱。“许多着名的汽车制造商和Tier供应商在他们的工厂都有二合一机器,我们在美国和日本的合作机构也使用这种类型的机器,”Gallen谈到依靠恩格尔技术和技术的关键点同样。第二个标准是恩格尔系统解决方案提供的灵活性。NCC研究项目和公司合作带来的广泛应用要求制造单元能够适应新的要求,

二合一注塑机的锁模力为17,000 kN,适用于大型部件。为了获得实用的开发方法,演示模具基于真实汽车部件的几何形状。样品部件具有不同的尺寸和复杂性。到目前为止,主要是有机板材已经加工。它们在红外炉中加热,由机器人插入模具中,在那里形成,然后立即用塑料包覆成型。

“红外线烤箱位于夹紧装置上方的事实简化了操作并缩短了周期时间,”Gallen报道。

进一步的发展集中在单向(UD)纤维增强带上。在这些UD带的帮助下,可以特别加强部件中的高应力区域,以便更好地利用轻质结构的潜力。通过三个不同尺寸的胶带叠层单元,NCC可以很好地在现场生产叠层并在一个集成过程中进一步处理。

从产品设计到回收
NCC是一个综合工厂,所有工艺都可以在整个环境中进行开发和优化 - 从材料开发到模拟,设计和加工再到回收。

“在复合材料方面,界面尤其重要,”NCC的原理研究工程师Sean Cooper解释道。“在任何其他领域都没有材料,设计和加工过程如此紧密地交织在一起。如果你只改变这三个因素中的一个,你最终会得到完全不同的结果。” 对于后续回收来说,在产品和工艺开发过程中设置课程也很重要。NCC正在与工业合作伙伴一起开展初步项目,以开发增值回收概念。“例如,目标是将由长纤维增强材料制成的安全相关部件作为基于短纤维增强材料的工作台或仪表板的第二次生命,”Gallen说。

NCC开发人员从一开始就使用汽车行业的典型材料(主要来自PA系列)以及高性能塑料PEEK和PPS进行了许多系列测试,这些材料最好用于飞机制造。

“在过去的两年里,飞机制造业一直在密切关注热塑性复合材料可以为他们做些什么,”加伦报告说。“改用热塑性塑料通常会导致更大的二氧化碳排放量。”

这一切都始于大批量应用,在飞机制造中也存在。例如托架的紧固元件,其迄今为止由铝构成。

“复合材料总是与钢或铝竞争,”保罗加伦说。“复合材料只能在部件更轻,设备成本更低,生产过程更高效的情况下使用。我们的目标是另外获得更好的部件性能。”