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

En el compromiso continuo 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 de producción masiva. Aquí, Klaus Ritter, Director del Centro de Excelencia para Composites en Huntsman Advanced Materials, analiza cómo la compañía está ayudando a optimizar las últimas técnicas de fabricación fuera del autoclave, trabajando para satisfacer las demandas de excelentes propiedades de los componentes con ciclos de producción más cortos. producción en masa.

Huntsman Advanced Materials tiene una larga tradición de sistemas pioneros de epoxi tecnológicamente avanzados. En el sector automotriz, el incomparable legado de la compañía de innovación técnica y aplicaciones de compuestos epóxicos abarca desde el mercado de los súper automóviles hasta las aplicaciones estructurales en marcas de lujo y, más recientemente, en piezas de vehículos de producción masiva.

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

Cumpliendo con las demandas de ciclos de producción reducidos en la fabricación automotriz de alto volumen, Huntsman continúa desarrollando sistemas de resina epoxi para el moldeo por transferencia de resina a alta presión (HP-RTM) y el moldeo por compresión en húmedo. Estas dos tecnologías se complementan bien, con HP-RTM que permite una producción rápida de piezas muy complejas y un moldeo por compresión en húmedo 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 adecuado para la fabricación de piezas livianas de alto rendimiento. En comparación con el RTM de baja presión, que se caracteriza por largos tiempos de proceso debido a la cantidad de procesos manuales involucrados, HP-RTM tiene una alta calificación en el nivel de automatización proporcionado. Las reacciones químicas aceleradas y los tiempos de ciclo extremadamente cortos son posibles debido 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, resulta en reducciones de costos significativas, donde se aplica la fabricación de piezas estructurales de baja complejidad.

Con el moldeo por compresión hay costos de herramental e inversión de capital relativamente más bajos. El preformado no es obligatorio, debido a la impregnación vertical del sistema de epoxi que tiene lugar fuera del molde durante el proceso de "depósito de líquido". Esto elimina la necesidad del proceso de inyección, permitiendo 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 que ha desarrollado sistemas de resina epoxi calificados para la producción en masa de piezas estructurales. Se ha comprobado que estos sistemas ofrecen propiedades avanzadas e importantes ahorros de tiempo de producción para procesos fuera del autoclave, como RTM y moldeo por compresión.

Al respaldar el desarrollo de sistemas epoxi rápidos y flexibles con propiedades superiores que satisfacen 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. Araldite® LY 3585 / Aradur® 3475, uno de los últimos sistemas epóxicos de Huntsman, permite que las piezas de HP-RTM se realicen 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, inyección, curado y desmoldeo y equivale a un 40% de reducción del tiempo de producción parcial en comparación con el HP-RTM de primera generación.

Optimizar los compuestos automotrices

Durante los últimos cuatro años, al trabajar con fabricantes de vehículos de rendimiento global y de mercado masivo, la participación de Huntsman en varios proyectos innovadores ha hecho que la industria avance considerablemente en la optimización de compuestos 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 epoxi Araldite® para la fabricación de las piezas compuestas en el BMW i3 y 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 partes de techo para el BMW M3, la primera parte reforzada con fibra de carbono producida en equipos de alta presión para la serie de aplicaciones de carbono. buscar 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 A-Class para automóviles. El proceso también reduce significativamente el acabado y otros trabajos preparatorios antes de pintar. Estas ventajas demuestran cómo los sistemas epoxi para procesos fuera del autoclave pueden ayudar a reducir costos, ofrecer excelentes propiedades y aumentar 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 si tuviera dos elementos principales. El módulo Drive de aluminio, que incorpora las funciones de propulsión, chasis, batería y choque estructural, y el módulo Life (o célula del pasajero), hecho de plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP). El concepto LifeDrive y el uso de CFRP permiten que el tiempo de producción se reduzca a la mitad en comparación con los requeridos para un automóvil equivalente construido a lo largo de líneas convencionales. El proceso requiere menos inversión, ya que los altos costos necesarios para una imprenta convencional y un taller de pintura 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 el material de composites y la fabricación de materiales compuestos más grande y más sostenible jamás establecido para un vehículo de producción. Por ejemplo, una vez que el precursor de PAN para la fibra de carbono se fabrica en Otake, Japón, se transporta a Moses Lake, Washington para beneficiarse de la energía hidroeléctrica relativamente barata que proporciona la instalación especializada de BMW dirigida por SGL Automotive Carbon Fibers (SGL ACF). Desde aquí, la 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 celda de pasajeros i3 de BMW se producen 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 el marco lateral y otras partes compuestas de la celda de pasajeros i3 en volumen. En primer lugar, Araldite® LT 3366 se utiliza como aglutinante para ayudar a mantener la alineación y la geometría correctas de las fibras durante la manipulación y 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 la mezcla hasta la implementación y la buena humectación de la fibra en el molde.

Proporcionando un buen rendimiento termo-mecánico, incluyendo un alto alargamiento en la rotura, este sistema Araldite® RTM es particularmente beneficioso para piezas estructurales de automóviles y para cumplir con el criterio de prueba de choque. Con su capacidad de curado en solo cinco minutos a 100 ° C, Araldite® LY 3585 / Hardener XB 3458 permite a BMW utilizar de manera efectiva el HP-RTM y cumplir con los requisitos de producción de manera rápida y rentable. Este sistema también es 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 BMW i no tiene paralelo en la industria automotriz. En lo que respecta a su función, Araldite® LY 3585 / Hardener XB 3458 permite que los componentes compuestos grandes para vehículos de consumo se realicen por primera vez 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 Centro de Excelencia para Composites, está desarrollando capacidades de simulación para brindar asesoría en proyectos de composites automotrices. La tecnología de simulación desarrollada ayuda a los clientes de Huntsman a ayudarlos a seleccionar los parámetros de proceso y producto más idóneos, y respalda 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 de propiedades mecánicas más altas y una mayor libertad de diseño, muestran cómo el mercado de compuestos para automóviles se ha convertido en un sector creativo y de rápido movimiento. En este contexto, el Centro de Excelencia para Composites jugará un papel fundamental en el apoyo activo de las investigaciones en curso de Huntsman sobre epoxis de curado más rápido.

Informador de la industria de procesos

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