Zero-waste:Proses baru, peralatan daur ulang prepreg, tape jeroan
Salah satu tantangan untuk memasang kain prepreg atau pita unidirectional (UD) adalah mencari tahu apa yang harus dilakukan dengan hiasan yang terlalu kecil atau yang seratnya tidak disejajarkan dengan benar untuk digunakan kembali di proyek lain. Meskipun perangkat lunak dan pemotong bersarang telah mengurangi skrap secara signifikan, hiasan masih sering masuk ke tempat pembuangan akhir, yang menambah biaya material dan suku cadang serta beban lingkungan. Namun, sebuah perusahaan Belanda, Van Wees UD dan Crossply Technology BV (Tilburg, Belanda), membantu meningkatkan keberlanjutan dengan mengembangkan teknologi baru — dan mesin yang memungkinkan — untuk menggunakan kembali sisa pita termoplastik.
Akar tekstil
Didirikan pada tahun 1945 dan dengan akar yang dalam di industri tekstil, Van Wees adalah penyedia layanan lengkap yang merancang, memproduksi, memasang dan memesan mesin dan jalur produksi untuk menghasilkan komposit canggih (termoset atau termoplastik, serat karbon atau kaca) dengan fokus pada kualitas tinggi, metode produksi volume tinggi. Perusahaan membuat jalur impregnasi prepreg (termasuk creel) — terutama untuk epoksi di sisi termoset dan untuk bahan mulai dari polipropilen (PP) hingga poliamida bersuhu tinggi (PA) di sisi termoplastik — serta mesin penempatan pita UD crossply dan multiaksial , yang dapat memproses kaset termoplastik atau termoset. Perusahaan sejenis, Eltra Engineering BV (juga di Tilburg) berspesialisasi dalam teknologi otomasi industri dan memasok kontrol dan perangkat lunak listrik untuk mesin Van Wees.
Di Pusat Penelitian dan Teknologi (R&TC), Van Wees memelihara peralatan skala produksi untuk pengembangan prosesnya sendiri serta untuk pelanggan yang mempertimbangkan sistem Van Wees, atau yang sedang belajar mengoperasikan peralatan sambil menunggu mesin mereka dibuat. Hal ini memungkinkan pelanggan untuk menghasilkan materi yang dapat mereka evaluasi atau, pada gilirannya, menawarkan kepada pelanggan mereka sendiri untuk evaluasi. Misalnya, di R&TC, derek dapat ditarik dari creel dan serat menyebar dan diresapi untuk menghasilkan pita, yang kemudian dapat diumpankan melalui mesin UD lintas atau multiaksial perusahaan untuk menghasilkan laminasi dengan berbagai lapisan lapis dan orientasi serat. (Laminasi silang memiliki setidaknya dua lapisan yang berorientasi pada 0/90 derajat dan laminasi UD multiaksial memiliki setidaknya dua lapisan UD yang berorientasi pada sudut lainnya dari 0/90 derajat.) Laminasi yang keluar dari mesin ini disatukan untuk kemudahan penanganan. Mereka selanjutnya dapat dipotong menjadi bentuk awal jaring yang kemudian siap untuk diproses menjadi bagian komposit. Meskipun fokus peralatan Van Wees dengan peralatan UD crossply dan multiaksial adalah pada produksi UD termoplastik kaset, mesin dapat digunakan untuk memproduksi kaset dengan matriks termoset dan/atau dengan kain daripada bala bantuan UD.
Menariknya, masalah sisa Van Wees sendiri dari pembuatan produk ini untuk pengujian pelanggan, serta permintaan pelanggan, yang mengarahkan peneliti perusahaan untuk mengembangkan "proses tanpa limbah" untuk mendaur ulang keripik/jeroan dari produksi bentuk awal menggunakan blanko serat khusus. . Sebagai layanan, perusahaan menawarkan pelanggan kesempatan untuk mengevaluasi blanko termoplastik berbasis chip ini dan telah mengembangkan peralatan untuk memproduksinya secara komersial pada volume produksi yang tinggi.
Jangan buang, jangan mau
Selama operasi die-cutting untuk membuat preforms berbentuk jaring (yang oleh Van Wees disebut "tambalan"), bahan bekas dikumpulkan dan dipisahkan berdasarkan jenis resin dan serat. Potongan ini berbentuk dan berukuran tidak beraturan, sehingga pemotong mati dirancang untuk menghasilkan "keripik" dengan ukuran maksimum 50 kali 50 milimeter. Keripik cincang kemudian ditekan ke dalam lembaran konsolidasi (melalui kompresi atau cetakan vakum), menghasilkan laminasi dengan serat terputus-putus yang berorientasi acak. Tidak ada resin tambahan yang diperlukan untuk membuat lembaran, dan hanya keping dengan resin yang kompatibel secara kimia yang dicampur bersama, meskipun keping yang diperkuat serat kaca dan serat karbon dapat digabungkan tergantung pada sifat yang diinginkan di bagian akhir yang akan dibentuk dari keping berbahan dasar keping. laminasi.
Karena serat dalam masing-masing keping dalam laminasi dapat mencapai panjang 50 milimeter, dan orientasi serat di seluruh lembaran bersifat acak, blanko yang 100 persen daur ulang dan tanpa limbah memberikan kekakuan dan kekuatan yang baik dan ortotropik — terutama dibandingkan dengan injeksi serat pendek senyawa cetakan. Namun, karena fraksi berat serat untuk bundel serat terputus-putus laminasi dapat berjalan 50-70 persen — dengan formulasi awal pada kisaran yang tinggi — material hampir tidak dapat mengalir dalam tekanan kompresi. Oleh karena itu, untuk mengisi geometri 2.5D atau 3D, laminasi berbasis chip harus di-overmolded dengan serat pendek atau bahkan resin yang rapi dalam mesin cetak injeksi. Itu juga bisa dicetak bersama dengan bahan serat kontinu dalam tekan kompresi. Bagaimanapun, laminasi perlu dipanaskan terlebih dahulu sebelum dicetak.
Menariknya, Van Wees telah menemukan bahwa panel berbasis chip masih memberikan setengah kekuatan lentur dan modulus dari panel crossply serat kontinu berkinerja tinggi dalam konfigurasi serat dan resin yang sama.
Konsep terbukti
Untuk memamerkan kemampuan blanko yang dirancang khusus tanpa limbah, Van Wees telah melakukan beberapa proyek demonstrasi. Salah satunya adalah pengaku/crash beam untuk panel bagian dalam pintu pada mobil penumpang. Upaya ini didasarkan pada proyek Seri Lipa, yang mengembangkan suku cadang komposit ringan untuk produksi seri untuk berbagai industri. Konsorsium yang sekarang tidak aktif yang berbasis di Büsslingen, Swiss, dibangun di atas teknologi inti yang melibatkan preforming komposit continuous-fiber organosheet/glass-mat thermoplastic (GMT) dan kemudian mengisi kembali dengan resin yang diperkuat serat dalam mesin cetak injeksi.
Balok demonstran Van Wees (bagian yang digunakan untuk melewati peraturan benturan samping/intrusi) panjangnya kira-kira 650 milimeter, lebar 110 milimeter, memiliki dinding nominal 3 milimeter, dan beratnya kira-kira 450 gram dalam bahan acuan, yang merupakan 3- PA6 yang diperkuat kain kaca milimeter. Bagian itu juga menampilkan struktur kubah di tengahnya yang tingginya 40 milimeter. Balok benturan organosheet tidak memberikan penyerapan energi yang cukup untuk memenuhi persyaratan aplikasi, sehingga peneliti Van Wees berusaha meningkatkan kinerja keseluruhan dalam ketebalan dinding yang sama (sejak perkakas yang ada digunakan), dalam waktu siklus kurang dari satu menit dan tanpa limbah. .
Bekerja sama dengan beberapa pemasok polimer, Van Wees memproduksi kaset UD secara internal menggunakan beberapa polimer dan penguat — termasuk serat kaca/PA4/10, serat kaca/PP, serat karbon/PP, dan serat kaca + serat karbon/PP. Senyawa overmolding injeksi serat pendek yang cocok diproduksi oleh pemasok resin. Simulasi digunakan untuk mengevaluasi jumlah dan orientasi lapisan UD individu untuk blanko yang disesuaikan untuk memenuhi atau melampaui persyaratan kinerja. Selanjutnya, pita digunakan untuk memproduksi laminasi serat kontinu, dari mana balok tabrakan diproduksi. Hasil Computer-aided engineering (CAE) memperkirakan blanko yang disesuaikan dengan serat kaca/PA4/10 akan memberikan sifat terbaik dengan biaya lebih rendah daripada kain/organosheet, dan pengujian fisik mengonfirmasi hal ini.
Untuk mengeksplorasi lebih lanjut peluang untuk mengurangi pemborosan dan biaya, para peneliti menggunakan kembali skrap (sekitar 30 persen kerugian pemotongan) yang dihasilkan dari produksi laminasi serat kontinu untuk menghasilkan balok tabrakan, mendaur ulang bahan tersebut menjadi laminasi berbasis chip setebal 1 milimeter, dan menggunakan produk tersebut sebagai lapisan inti (menggantikan tiga lapisan UD) di antara "kulit" lebih banyak bahan UD yang dibuat pada mesin UD multiaksial. Menariknya, dalam pengujian pendahuluan dengan ukuran sampel terbatas, mereka melihat sedikit atau tidak ada penurunan kinerja untuk laminasi hibrida dengan campuran tulangan kontinu dan diskontinyu dibandingkan dengan laminasi bertulang penuh penuh.
Perhitungan tambahan yang dilakukan oleh tim menunjukkan bahwa target produksi Van Wees dapat mencapai 2 juta balok tabrakan per tahun, menggunakan proses overmolding komposit 1 menit yang dikembangkan oleh tim Seri Lipa. Mengingat kecepatan operasi lini produksi kosong yang disesuaikan dari Van Wees (1.800 patch/jam pada mesin UD multiaksial dan 1.260 patch/jam pada mesin crossply), menambahkan peralatan tambahan untuk mengubah memo menjadi laminasi berbasis chip akan menghasilkan nol - sistem produksi limbah dan meningkatkan volume produksi 30 persen menjadi 2,6 juta bagian per tahun. Ironisnya, mesin cetak injeksi akan menjadi langkah pembatas laju dalam urutan produksi ini — sesuatu yang tidak sering terjadi.
Proyek perputaran cepat lainnya yang dilakukan peneliti perusahaan adalah mengembangkan gagang pintu berwajah komposit untuk ruang konferensi di kantor pusat Van Wees. Sisipan komposit akhir tersedia untuk dilihat peserta pada konferensi Overmolding Komposit tahun lalu.
“Pengembangan bersama dan inovasi adalah kekuatan pendorong industri modern,” kata Rien van den Aker, direktur Van Wees. “Kami percaya bahwa pengembangan bersama dengan semua pemain dalam rantai komposit adalah kepentingan utama. Logam adalah pesaing industri kami dan dibuat dengan cara yang paling rasional. Oleh karena itu, hanya dengan proses dan peralatan yang cerdas kami dapat memperkenalkan produk komposit ringan ke dalam aplikasi volume tinggi.” Dia menekankan bahwa diperlukan upaya bersama di antara anggota rantai pasokan untuk memungkinkan produksi termoset dan komponen komposit termoplastik tanpa limbah. “Van Wees dengan senang hati membantu pihak yang berkepentingan dengan pengembangan produk dan proses,” tambahnya.
