Используй высокое давление — получи ESTRIM-результат!

Автомобильный рынок крайне заинтересован в появлении нового процесса заливки эпоксидных смол, углепластиков и других подобных длинноволокнистых материалов, позволяющего сократить время производства одного изделия до 3 минут и менее. До настоящего времени такая скорость производства была недоступна по многим причинам, связанным с химическими особенностями материалов, в том числе — заготовок из различного вида волокон. Теперь благодаря технологии ESTRIM — процессу формования изделий из эпоксидных смол под высоким давлением, выпущенному на рынок компанией CANNON, обеспечивается быстрый съем изделий из формы, получение тонкостенных деталей сложной конфигурации, изготовление деталей средних и больших размеров за небольшое время.

Технология ESTRIM позволяет не только существенно сократить время производства деталей из композитных материалов, но и обеспечивает ряд других преимуществ, а именно:

Смешивание компонентов под высоким давлением с дальнейшим впрыском жидкой эпоксидной субстанции в закрытую форму снижает время выемки готового изделия из формы до 2–3 минут, сохраняя оптимальные механические свойства и качество поверхности.
Самоочищающаяся смесительная головка позволяет избежать использования промывочных и очищающих жидкостей, что имеет определенный экономический и экологический эффект. Зафиксировав головку на формоносителе, можно оптимизировать процесс работы всех устройств, занятых в производстве.
Смешивание и заливка материала на оборудовании, использующем высокое давление и принцип обратной связи, гарантируют одинаковые характеристики каждого изделия, исключая вытекание материала из формы, испарение компонентов при полимеризации и прочие факторы, ведущие к появлению брака. Это обеспечивает высокое качество продукции.
Предварительно отформованные заготовки (преформы) обеспечивают высокую производительность процесса как при ручной, так и автоматической загрузке в формы, синхронизируют работу прессов и заливочных модулей, повышают экономическую эффективность.

За счет чего достигается такое повышение экономической эффективности по сравнению с другими аналогичными процессами?

Сочетание прессов и заливочного оборудования в комбинации с использованием предварительно отформованных заготовок (преформ) позволяет в несколько раз повысить производительность при фиксированном количестве обслуживающего персонала.

Образец композитного материала на основе углеродного волокна, отлитого в форме «Омега», толщиной 2 мм

Кроме того, производственные линии могут быть полностью автоматизированы. При этом можно добиться существенного снижения себестоимости продукции и уменьшения образования брака и отходов.

Наконец, один заливочный модуль может обслуживать несколько смесительных головок, то есть рабочих станций, что также снижает общие затраты на оборудование и вспомогательные устройства.

Так в чем же все-таки состоит «революционность» данного процесса помимо перечисленных выше экономических и эргономических преимуществ такого производства?

Рассмотрим этот вопрос, так сказать, методом от противного — обозначим недостатки других методов изготовления композитных изделий, чтобы продемонстрировать, от чего мы уходим, применяя технологию ESTRIM.

Традиционные методы, такие как RTM, используемый в автомобильной промышленности, характеризуются большим временем цикла, которое затрачивается, во-первых, на предварительное размещение твердых листовых материалов в форме перед этапом их прессования, а во-вторых, тратится на выдержку этих материалов в прессе до полного окончания цикла полимеризации.

Cannon E-System, машина высокого давления, разработанная специально для заливки эпоксидных смол

В случае с ESTRIM время размещения листового материала сокращается, так как он уже предварительно отформован по размеру. Ускоряет производственный цикл и быстрое заполнение формы жидкими компонентами с коротким временем полимеризации. Для этого применены последние разработки производителей исходных материалов с требуемыми характеристиками. Основными параметрами для этих компонентов являются, во-первых, контролируемая вязкость, которая зависит от формулы используемого состава и параметров переработки. Во-вторых, показатель «смачиваемости» подготовленного упрочняемого материала, зависящий от геометрии расположения заготовки в форме и внутреннего расположения слоев материала или его волокон. В-третьих — показатель давления на внутреннюю часть формы, которое возрастает по мере увеличения потока и вызывается присутствием твердой заготовки в форме, что препятствует свободному растеканию материала.

Здесь очень важно рассчитать момент начала полимеризации, когда материал полностью заполнит форму, не допустив резкого возрастания вязкости и увеличения давления внутри формы.

Как видно из вышесказанного, помимо правильного выбора компонентов эпоксидной составляющей и технологических параметров в технологии ESTRIM большое значение имеет подбор предварительно отформованных твердых заготовок композитного материала. Так, лабораторные испытания с основами из стекловолокна, углепластиков, натуральных волокон и арамидных нитей с получением деталей различных форм и размеров показали их прекрасные конструкционные свойства и пригодность для дальнейшего использования в автомобильной индустрии.

Трехкомпонентная смесительная головка Cannon LN7/3 для заливки эпоксидных смол под высоким давлением в углепластиковые заготовки

Но, как бы ни были хороши показатели в лабораториях, самым верным индикатором качества любого изделия является серийное промышленное производство.

И у нас есть такие примеры успешного применения технологии ESTRIM в реальном производстве автомобилей. Полный комплект оборудования для выпуска экономичного автомобиля «городского» типа был закуплен и успешно применен компанией BMW. Для моделей машин М3 и М6 они используют действительно уникальные установки фирмы Cannon, позволяющие производить предварительно отформованные заготовки композитных материалов различных видов и размеров.

Конечно, после таких позитивных отзывов о применении технологии ESTRIM возникает вопрос: какие дальнейшие пути ее развития и совершенствования видятся специалистам-разработчикам?

В 2009 и 2010 гг. в лаборатории Cannon в Италии прошла серия испытаний с разными модификациями смол и отвердителей, предложенных поставщиком сырья. В итоге были определены оптимальные соотношения компонентов и конфигурация оборудования в зависимости от температур переработки и вязкости материалов. Наряду с дозирующим и смешивающим оборудованием высокого давления для основных компонентов было решено использовать плунжерный насос высокой точности для дозирования отвердителя, который применяется в небольших количествах.

Результатом подобных тестов стали рекомендации по оптимальным технологическим параметрам переработки эпоксидных смол с различными видами твердых заготовок композитных материалов.

В заключение хотелось бы суммировать все преимущества технологии ESTRIM:

Производительность и экономический эффект от использования форм и оснастки возрастают многократно из-за резкого уменьшения времени цикла для каждой детали. Количество обслуживающего персонала остается минимальным.
Процесс может быть максимально автоматизирован с учетом накопленного опыта автоматизации подобных производств по технологиям переработки пластических материалов.
Себестоимость каждой детали и количество брака и отходов значительно сокращаются.
Одна заливочная установка может обслуживать несколько заливочных головок на прессах, что сокращает общие затраты на оборудование и позволяет лучше адаптировать имеющиеся установки под стандартные компоненты и режимы их переработки.
Одна компания поставляет «под ключ» всю линейку основного и вспомогательного оборудования, производит инжиниринговое и послепродажное обслуживание, поставляет запасные части.

Таким образом, освоение технологии ESTRIM открывает новые перспективы не только перед автомобилестроителями, но и перед аэрокосмическими, транспортными и другими компаниями, использующими композитные материалы.

Статья подготовлена компанией Cannon

Правила использования статей