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Técnicas de procesamiento rentables para fabricar piezas compuestas de epoxi de producción masiva

En el continuo compromiso de reducir aún más el peso en las estructuras automotrices, muchos fabricantes de equipos originales y proveedores se están enfocando en implementar las mejores y más rentables técnicas de procesamiento para fabricar piezas de vehículos compuestos de epoxi producidos en masa. Aquí, Klaus Ritter, Jefe del Centro de Excelencia para Compuestos en Huntsman Advanced Materials, analiza cómo la compañía está ayudando a optimizar las últimas técnicas de fabricación fuera de autoclave, trabajando para satisfacer las demandas de excelentes propiedades de los componentes con ciclos de producción más cortos en producción en masa.

Huntsman Advanced Materials tiene una larga tradición de sistemas epoxi tecnológicamente avanzados y pioneros. En el sector automotriz, el legado inigualable de la compañía de innovación técnica y aplicaciones de compuestos epoxi se extiende desde el mercado de autos súper hasta aplicaciones estructurales en marcas de lujo y, más recientemente, piezas de vehículos producidos en serie.

Procesos en evolución

El RTM estándar de baja presión se ha utilizado durante muchos años para cumplir con los estándares de calidad y funcionales establecidos para piezas de alta complejidad en autos de alto rendimiento. Sin embargo, en la producción masiva de vehículos, donde las soluciones de procesamiento asequibles y la entrega de piezas en minutos con un mínimo de residuos son una necesidad, esta técnica no es adecuada.

Tecnologías complementarias

Satisfaciendo las demandas de ciclos de producción reducidos en la fabricación automotriz de alto volumen, Huntsman continúa desarrollando sistemas de resina epoxi para moldeo por transferencia de resina a alta presión (HP-RTM) y moldeo por compresión en húmedo. Estas dos tecnologías se complementan entre sí, con HP-RTM que permite una producción rápida para piezas de gran complejidad y moldeo por compresión en húmedo, lo que facilita una producción aún más rápida, pero para piezas de baja complejidad.

HP-RTM ofrece un concepto relativamente nuevo, así como un sistema de procesamiento apropiado para la fabricación de piezas livianas de alto rendimiento. En comparación con RTM de baja presión, que se caracteriza por largos tiempos de proceso debido a la cantidad de procesos manuales involucrados, HP-RTM obtiene un puntaje alto en el nivel de automatización proporcionado. Las reacciones químicas aceleradas y los tiempos de ciclo extremadamente cortos son posibles gracias a la inyección a alta presión, la mezcla y el uso de sistemas epoxi altamente reactivos que facilita HP-RTM.

Para reducir los costos de producción de piezas, el proceso de moldeo por compresión es ideal para componentes menos complejos. La producción más rápida que ofrece, junto con un menor costo de inversión que HP-RTM, da como resultado reducciones de costos significativas, donde la fabricación de piezas estructurales de baja complejidad es aplicable.

Con el moldeo por compresión hay costos de herramientas relativamente más bajos y una inversión de capital. La preformación no es obligatoria, debido a la impregnación vertical del sistema epoxi que tiene lugar fuera del molde durante el proceso de "depósito de líquido". Esto elimina la necesidad del proceso de inyección, lo que permite que el molde funcione a una temperatura más alta para un curado más rápido. El uso de moldes simples para piezas simples también contribuye a la reducción de costos de herramientas.

Pasando del moldeo por compresión clásico a los últimos procesos de moldeo por compresión donde las opciones asistidas por vacío están disponibles, los fabricantes pueden beneficiarse de piezas sin vacío producidas con la más alta calidad, junto con una mayor flexibilidad de diseño y menos desperdicio de material.

Sistemas epoxi rápidos y flexibles

Huntsman es la primera compañía en haber desarrollado sistemas de resina epoxi que están calificados para la producción en masa de piezas estructurales. Estos sistemas están probados al ofrecer propiedades avanzadas y ahorros significativos de tiempo de producción para procesos fuera de autoclave tales como RTM y moldeo por compresión.

Respaldando el desarrollo de sistemas epoxídicos rápidos y flexibles con propiedades superiores que satisfagan las demandas del sector de mejoras continuas, dentro de sus laboratorios de última generación, la empresa utiliza tecnologías de simulación por computadora para acelerar la identificación de los mejores parámetros de procesamiento. Uno de los últimos sistemas epoxi de Huntsman, Araldite® LY 3585 / Aradur® 3475, permite que las piezas HP-RTM se fabriquen en cuatro minutos, lo que permite mayores reducciones mediante moldeo por compresión, en solo dos minutos. Con HP-RTM, por ejemplo, esto incluye el conjunto de preformas, la inyección, el curado y el desmoldeo, y equivale a una reducción del tiempo de producción de la pieza% 40 en comparación con la primera generación de HP-RTM.

Optimizar los compuestos automotrices

En los últimos cuatro años, trabajando con fabricantes de vehículos de gran producción y rendimiento global, la participación de Huntsman en diversos proyectos innovadores ha permitido a la industria dar grandes pasos en la optimización de composites automotrices utilizando las últimas técnicas de proceso. Por ejemplo, Huntsman tiene una larga y exitosa historia con BMW Group, que actualmente incluye el suministro de un aglutinante y epoxy Araldite® para la fabricación de piezas compuestas en el BMW i3 e i8 en la producción en volumen.

Antes de esto, Huntsman también proporcionó un sistema de resina epoxi (Araldite® XB 3523 / XB 3458) utilizado para desarrollar piezas de techo para el BMW M3, la primera pieza reforzada con fibra de carbono producida en equipos de alta presión para la aplicación en serie de carbono. mira partes. Araldite® XB 3523 / XB 3458 ofrece una baja contracción durante el curado para permitir la producción de componentes de alta calidad de superficie que cumplen con el estándar de superficie automotriz Clase A. El proceso también reduce significativamente el acabado y otros trabajos preparatorios antes de pintar. Estas ventajas demuestran cómo los sistemas epoxi para procesos fuera de autoclave pueden ayudar a reducir costos, entregar excelentes propiedades e incrementar las opciones de diseño en compuestos de carbono.

Liderando en la producción en serie de auto composites

En los cinco años transcurridos desde que BMW decidió fabricar un vehículo totalmente eléctrico con una célula de pasajeros compuesta, el BMW i3 se ha convertido en el primer automóvil producido en serie en hacer un uso extensivo de materiales compuestos en componentes estructurales primarios.

BMW describe la arquitectura del BMW i3 como teniendo dos elementos principales. El módulo Drive de aluminio, que incorpora las funciones de tren motriz, chasis, batería y bloqueo estructural, y el módulo Life (o célula de pasajeros), hecho de plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP). El concepto LifeDrive y el uso de CFRP permiten reducir el tiempo de producción a la mitad en comparación con los necesarios para un automóvil equivalente construido a lo largo de líneas convencionales. El proceso requiere menos inversión, ya que los altos costos necesarios para una tienda de impresión y un taller de pintura convencionales ya no son un problema y los módulos Life y Drive pueden fabricarse uno junto al otro.

Todo esto está respaldado por lo que mejor se puede describir como la cadena de suministro de materiales y fabricación más grande y sostenible de compuestos jamás establecida para un vehículo de producción. Por ejemplo, una vez que el precursor PAN para la fibra de carbono se fabrica en Otake, Japón se transporta a Moses Lake, Washington, para beneficiarse de la energía hidroeléctrica relativamente económica proporcionada por las instalaciones dedicadas de BMW operadas por SGL Automotive Carbon Fibers (SGL ACF). Desde aquí, la mecha de fibra de carbono se envía a otra instalación de SGL ACF en Wackersdorf, Alemania, donde se producen y preparan diferentes formas de tejido, incluidas cintas unidireccionales y tejidos multiaxiales, para RTM.

Las piezas RTM de alta presión para la célula de pasajeros BMW i3 se producen en producción en volumen en dos de las instalaciones de BMW en Leipzig y Landshut, Alemania, que utilizan los mismos procesos y equipos. Dentro de estas instalaciones, los materiales de Huntsman se utilizan para producir en volumen el marco lateral y otras partes compuestas de la celda de pasajeros i3. En primer lugar, Araldite® LT 3366 se utiliza como aglutinante para ayudar a mantener la alineación y la geometría correctas de la fibra durante la manipulación y el posicionamiento automatizados de la preforma seca en el molde. Araldite® LY 3585 / Hardener XB 3458, un sistema epoxi RTM, se inyecta a alta presión en el molde. Su baja viscosidad es esencial para todo el proceso, desde la dosificación y mezclado hasta la implementación y el buen mojado de la fibra en el molde.

Al proporcionar un buen rendimiento termomecánico, incluido un alto alargamiento a la rotura, este sistema Araldite® RTM es particularmente beneficioso para piezas estructurales de automóviles y para cumplir el criterio de prueba de colisión. Con su capacidad de curar en solo cinco minutos a 100 ° C, Araldite® LY 3585 / Hardener XB 3458 permite a BMW utilizar HP-RTM de manera efectiva y cumplir con los requisitos de producción de velocidad de una manera rápida y rentable. Este sistema también es muy adecuado para el moldeo por compresión y la producción de piezas estructurales de baja complejidad.

El uso de compuestos de carbono en la escala requerida para la producción en masa de los modelos de BMW i no tiene paralelo en la industria del automóvil. En cuanto a su papel, Araldite® LY 3585 / Hardener XB 3458 permite por primera vez la fabricación de grandes componentes compuestos para vehículos de consumo en condiciones de mercado masivo.

Mirando hacia el futuro

Huntsman recientemente estableció cuatro nuevos Centros de Excelencia, desarrollando nuevas plataformas tecnológicas que apoyan a los equipos de desarrollo regional de la compañía. Uno de estos centros, el Center of Excellence for Composites, está desarrollando capacidades de simulación para proporcionar consultoría en proyectos de composites automotrices. La tecnología de simulación desarrollada brinda soporte a los clientes de Huntsman para ayudarlos a seleccionar los parámetros de producto y de proceso más idóneos, y respaldar las mejores geometrías de herramientas para garantizar que se implementen los procesos más eficientes.

Las demandas de tasas de producción aún más rápidas, junto con los requisitos para mayores propiedades mecánicas y una mayor libertad de diseño, muestran cómo el mercado de composites automotrices se ha convertido en un sector creativo y de rápido movimiento. En este contexto, el Center of Excellence for Composites desempeñará un papel fundamental para apoyar activamente las investigaciones en curso de Huntsman sobre epóxicos de curado más rápido.

Informador de la industria de procesos

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