Используя свои отделения, расположенные в районе Детройта, швейцарская компания Quadrant Plastics Composites (QPC) представила в Северной Америке семейство армированных термопластических композитов с небольшой массой (LWRT).

Листы и заранее нарезанные заготовки SymaLite LWRT представляют собой объемные  насыщенные воздухом композиты, изготовленные из смешанной мягкой массы полипропиленового волокна и стекловолокна. Эти материалы предназначены для изготовления крупных полуконструкционных автомобильных и не автомобильных панелей.

Гарри Диттмар, менеджер по развитию рынков композитов компании QPC, говорит, что более низкая плотность композитов LWRT обеспечивает более высокую жесткость на единицу массы по сравнению с традиционным стекломатным термопластическим (GMT) листом. Она также обеспечивает потенциальное уменьшение массы, большую свободу проектирования и стоимостные преимущества по сравнению с использованием металлов, GMT, а также традиционных длинно волоконных термопластических (LFT) компаундов из полипропилена и найлона. Первым коммерческим успехом SymaLite стало изготовление сборки корпуса в нижней части автомобиля BMW 2004 для модели 5 серии автомобилей в Европе.

SymaLite представляет собой новую альтернативу композиту GMT с малой массой, который производился Azdel Inc. и реализовывался на рынке компанией GE Plastics. Лист от Azdel SuperLite производится из полипропиленового порошка и молотого стекла. Его широко используют для изготовления потолков салонов автомобилей, приборных панелей, компонентов внутренней отделки, а также прочих применений.

Заготовки от Quadrant поставляются в виде полностью уплотненного листа.

Диттмар рассказывает, что SymaLite подходит для производства корпусов нижней части автомобилей, пола багажника, обивки потолков салонов, компонентов внутренней отделки и отделки дверей, багажных полок, модулей крыш, капотов и крышек багажников. Другими целевыми применениями являются транспортные средства для отдыха, сельского хозяйства и строительной индустрии, а также спортивные товары и строительные панели.

Новые композиты хорошо поддаются декорированию в форме за счет своей способности подвергаться формованию при низком давлении и легко соединяться с текстильными материалами, грубыми холстами, пенопластами, сухими лакокрасочными покрытиями, а также покрытиями из твердого полипропилена. При добавлении клеящей пленки SymaLite можно также связывать с алюминиевым листом с койлкоутингом. Компания QPC сейчас только еще начинает рассматривать ламинаты из алюминия и пластмассы для изготовления модулей крыш класса А автомобилей.

Новая производственная технология

Вариант GMT с малой массой от QPC дает свойства, отличающиеся и от свойств классических GMT, и от свойств  GMT с малой массой от Azdel. SuperLite от Azdel производится с помощью влажной технологии, заимствованной из производства бумаги, которая основана на соединении нарубленного стекловолокна и порошка полипропилена.

Компания QPC использует технологию сухого производства, позаимствованную из текстильного производства, для создания смешанной мягкой массы полипропилена и стекловолокна, которую затем обрабатывают иглопробиванием для того, чтобы подогнать свойства для этих применений. В ходе непрерывного технологического процесса мягкая масса нагревается выше точки плавления полипропилена и ламинируется на поверхностные слои, например, клеящие пленки или не наполненные полипропиленовые покрытия, а затем разрезается на заготовки. Длинные (78-мм) стеклянные волокна используются для создания трехмерной матрицы, препятствующей отделению смолы от волокна, которое может иметь место в момент, когда коротко нарубленное волокно формуется в деталь. В компании QPC заявляют, что имеет место полное проникновение стекловолокна в полипропилен, а также прекрасный контроль поднятия материала.

При нагревании заготовки "поднимаются", образуя более толстую и менее плотную форму.

QPC имеет производственные мощности в Германии для производства листа с содержанием стекла от 20% до 60%, хотя у имеющихся в настоящее время марок диапазон концентрации стекла составляет от 40% до 55%. 40%-ная концентрация применима для изготовления корпусов нижней части автомобилей, полов багажника и прозрачных люков в крыше автомобиля. Более жесткие продукты с концентрацией стекла 55% предназначены для производства потолков салонов. Заготовки реализуются со стандартными размерами 22, 30, 45, и 90 дюймов, и могут быть адаптированы в соответствии с индивидуальными параметрами.

При нагревании лист поднимается или расширяется, достигая толщины, которая в пять раз превышает исходную, по мере того, как стеклянные волокна пытаются распрямиться и выйти из сжатого состояния, в котором они находятся в уплотненной заготовке. Степень утолщения можно подобрать  за счет изменения концентрации стекла или изменения используемого метода иглопробивания. Более высокая концентрация стекла дает большее разбухание и меньшую плотность, что, в результате, создает более высокую удельную жесткость (отношение жесткости и массы) в готовых деталях.

После формования остаются участки с различной толщиной, плотностью и жесткостью.

С помощью технологии QPC “термоштампования” при низком давлении можно превратить заготовки в детали. Здесь используются подобранные алюминиевые формы, которые меньше стоят и требуют меньшего подготовительного периода по сравнению с остальными инструментами. Инструмент формует форму детали, не придавая материалу текучести или придавая очень незначительную текучесть. Форма сжимает приподнявшийся лист более сильно в некоторых участках и менее сильно в других: у более плотных участков более высокая жесткость; у тонких участков меньшая жесткость, но более высокая прочность на разрыв.

Первый коммерческий успех

Корпус нижней части BMW состоит из четырех компонентов с концентрацией стекла 40%. Композитный лист ламинируется армированными полипропиленовыми поверхностными покрытиями с обеих сторон, что повышает ударопрочность, устойчивость к истиранию и влагостойкость. Сборка заменяет стандартную сборку из GMT, что обеспечивает экономию массы на 30%, или 8.8 фунтов. Сообщается также, что композит обеспечивает повышенное звукопоглощение и пониженный коэффициент сопротивления. Обработчиком является компания Seeber AG, поставщик первого уровня из Маннгейма, Германия, у которой имеется предприятие в Ист Данкане, Южная Каролина.

GMT с малой массой используется для изготовления корпуса нижней части BMW для уменьшения массы детали на 30% и затрат на инструментарий на 50%. (Фото: Seeber)

Компоненты корпуса нижней части изготавливаются с продолжительностью цикла менее 60 с использованием многогнездной пресс-формы с гнездами для всех четырех деталей сборки. Заготовки с габаритами 79 x 73 дюйма вводятся в многогнездную пресс-форму, которая снабжена механизмом для вырезания отверстий в деталях во время формования.

При изготовлении сборки для BMW используется преимущество, позволяющее варьировать толщину поперечного сечения без изменения общей массы детали или массы отдельных участков данной детали. Центральные части детали имеют толщину 4 мм, что оптимизирует удельную жесткость и акустические свойства, в то время как толщина по периметру составляет 1 мм, что усиливает прилипание и прочность герметизации.

В компании QPC ведутся научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы по использованию композита компании для декорирования в форме внешних панелей кузова автомобилей и внедорожников. В настоящее время усилия сосредоточены на обеспечении адгезии предварительно окрашенного алюминиевого поверхностного покрытия к ядерной части из SymaLite LWRT при производстве модулей для крыш. Коэффициент линейного теплового расширения алюминия (CLTE) сопоставим с коэффициентом композита, что снижает риск коробления. Алюминий с коилкоутингом также достаточно тонок, чтобы обеспечивать экономию массы. Также проводятся работы по присоединению сухих лакокрасочных покрытий к ядерным слоям GMT с малой массой.

www.newchemistry.ru