Блог

Nov 30, 2023

Индивидуальная технология размещения волокон делает углеродное волокно более жизнеспособным вариантом.

Достижения в технологии индивидуального размещения волокон делают углеродное волокно более

Достижения в технологии индивидуального размещения волокон делают углеродное волокно более жизнеспособным и распространенным вариантом. Дешевле, прочнее и гораздо более адаптируемый, производственные возможности огромны, как объясняет Ричард Харрингтон.

Добавление «легкости» — эффективный метод повышения эффективности и производительности. Композиты были модным средством достижения результатов по снижению веса, но недавние усовершенствования в процессе индивидуального размещения волокон (TFP) еще больше расширяют традиционные преимущества использования углеродного волокна, включая повышенную прочность. Современный TFP также снижает затраты и делает композит пригодным для более широкого применения.

«За исключением небольшого количества мелкосерийных применений, автомобильная промышленность обнаружила, что относительно низкая производительность, высокие затраты, потери материала и трудоемкие производственные процессы препятствуют более широкому использованию углеродного волокна в качестве материала для крупных и сложных проектов. компоненты», — объясняет Юлиус Собизак, управляющий директор компанииЗСК , немецкого производителя вышивальных машин, ответственного за инновационные усовершенствования процесса TFP. «TFP существует с 1990-х годов, но его преимущества начинают проявляться только сейчас благодаря усовершенствованиям в способах укладки материалов и пониманию их сложных свойств».

По сути, TFP повышает уровень автоматизации, связанный с производством полимеров, армированных углеродным волокном (CRFP), а также резко снижает потери материала. Хотя TFP изначально был привлекательным вариантом, поначалу он не смог обеспечить уровень производительности, необходимый для того, чтобы стать основным методом. Обновления процесса обещают решить эти проблемы, и их внедрение уже становится все более распространенным среди производителей аэрокосмической, оборонной, медицинской, экологически чистой энергии, умной одежды и спортивного оборудования.

TFP предлагает практически безграничную свободу в плане применения и делает преимущества композитов ощутимыми. Например, CRFP может быть в 10 раз прочнее стали, а весить в пять раз меньше. Это приводит к значительной экономии средств в автомобильной и аэрокосмической отраслях, в частности. «Независимые исследования показывают, что снижение веса на 10 % может привести к улучшению экономии топлива на 6–8 %», — объясняет Собизак. «Экономия более заметна в аэрокосмической отрасли, где, по данным крупного авиационного оператора, каждый килограмм, взятый из парка самолетов, экономит компании 20 000 долларов США в год. Конечно, эти преимущества идеально сочетаются с требованием постоянного сокращения выбросов. "

Одним из наиболее очевидных недостатков углеродного волокна является стоимость. При использовании традиционных технологий производства компоненты могут стоить в 20 раз дороже, чем эквивалентная стальная деталь. Он также непригоден для сложных или несущих нагрузку форм: физические свойства углеродных волокон чрезвычайно сильны только тогда, когда силы приложены по их длине. В связи с этим слои углеродного волокна наносятся под разными углами для повышения прочности компонента в нескольких направлениях, что сложно для сложных форм и чрезвычайно трудоемко. Каждый слой вырезается из листов углеродного волокна, которое часто предварительно пропитывается матричной смолой (так называемый «препрег»), что приводит к высоким потерям дорогостоящего материала - в некоторых случаях до 60%. TFP напрямую решает эти проблемы.

TFP использует методы вышивки для производства композитов. В отличие от традиционных методов изготовления ламината, TFP начинается с армирующего материала в его самой прочной и, как правило, самой доступной форме: сухих волокон. Поскольку перед созданием преформы не требуется подготовка слоев, этап резки полностью исключается. За счет укладки волокон и периодического пришивания к базовому слою количество отходов сокращается до такой степени, что процент брака материала на детали TFP находится в районе 1 или 2%.

«Одним из основных преимуществ TFP является то, что отдельные волокна можно размещать точно так, как требуется, без необходимости создания нескольких слоев, что дает проектировщикам почти безграничную свободу в оптимизации конструкции в зависимости от действующих на нее сил», — отмечает Мелани Хорр, технический специалист ZSK. менеджер по вышивке. «Уровень автоматизации делает TFP полностью повторяемым, что сводит к минимуму отклонения в размерах, плотности или положении волокон, а также исключает человеческие ошибки, обеспечивая стабильные характеристики конструкции.