Армовані волокном матеріали підвищують ефективність використання ресурсів

Середа, 21 вересня 2016 р., 18:00.

менше

Легкі конструкції забезпечують 19–26 жовтня 2016 року одна з найважливіших тем виставки K-Düsseldorf Все більше уваги приділяється матеріалам, виготовленим із склопластикових пластикових композитів.

Економія, яку можна досягти завдяки легкому виробництву, головним чином завдяки зменшенню споживання палива в аерокосмічній промисловості, давно відома інженерам з розробки та виробництва. Використання вуглецю, точніше армованих вуглецевими волокнами пластмас (CFK), стає все більш поширеним. Економія, досягнута виготовленням з легких матеріалів, є досить високою, щоб зробити високі виробничі витрати на матеріали доступними. Однак донедавна легке виробництво залишалося нішевим ринком, оскільки літаки не випускаються масово. За останні кілька років все це змінилося. У галузі все частіше говорять про легке виробництво, головним чином через потреби автомобільної промисловості, яка виробляє великі кількості та серіально.

Сьогодні автомобільна промисловість є провідним користувачем легких конструкцій, не в останню чергу завдяки зовнішнім впливам. Як частина кліматичної політики ЄС, автомобільна промисловість також несе відповідальність за зменшення викидів транспортних засобів. Відповідне положення ЄС передбачає поетапне зменшення викидів CO2 до 2030 року. У 2020 році викиди СО2 повинні бути зменшені в середньому до 95 грам на кілометр. Якщо цього не зробити, це призведе до суворого покарання.

На додаток до вдосконалення двигуна та аеродинаміки, цілі також можна досягти за рахунок зменшення маси тіла. «Потенціал економії від легкого виробництва величезний. Для сучасного автомобіля маса відповідає за 22 відсотки споживання палива, сказав Маттіас Граф, керівник технології композитних матеріалів та розвитку бізнесу в інженерній компанії Dieffenbacher. - Закони аеродинаміки відомі давно, тому потенціал розвитку в цій галузі вже обмежений. Однак легке виробництво лише розпочалось ". Однак, починаючи з 2010 року, ми пройшли довгий шлях і в цій галузі, що дозволило, наприклад, мати повністю автоматизований процес виробництва армованих вуглецевими волокнами пластмас, що є основою серійного виробництва.

Цілі ЄС щодо скорочення викидів дали значний поштовх використанню легких матеріалів у автомобільній промисловості. Але тема не зовсім нова: якби легке виробництво раніше не було пріоритетом, сучасні машини зараз були б значно важчими. "Сучасні транспортні засоби містять набагато складніші технології безпеки, електроніку та компоненти комфорту, проте їх вага зросла лише відносно незначно", - підсумував Пітер Еггер, керівник центру легких композитних технологій Engel в Австрії, виробника машин для лиття під тиском.

Сприяння сталому розвитку

Коли деталь втрачає вагу, для її переміщення потрібно менше енергії. Отже, лише легкий виробничий підхід сприяє стабільності. Однак процес виробництва композиційних матеріалів також слід оптимізувати з точки зору споживання енергії. Якщо ми використовуємо занадто багато енергії для виробництва, баланс стійкості рухається в неправильному напрямку.

Армована вуглецевим волокном пластмаса все ще має недолік з точки зору переробки. Якщо вуглецеві волокна вкладені в термореактивний пластик, згодом буде складно розділити композит на вихідні компоненти. В даний час не існує масштабної переробки, спрямованої на відділення вуглецевих волокон від пластмас та переробку окремих компонентів. Піроліз, необхідний для цього, все ще був би надто дорогим на даний момент. Однак питання переробки можна розглядати з різних точок зору. «В Engel ми в основному використовуємо термопластичні системи для композиційних матеріалів, які піддаються великій переробці. Часто буває, що матеріал можна повторно гранулювати та використовувати повторно під час процесу лиття під тиском », - пояснив Еггер.

Еластична деформація армованих скловолокном пластикових ламелей у павільйоні, побудованому до Всесвітньої виставки 2012 року в м. Йосуї, Південна Корея, приводить у дію фасад будівлі

Проблему переробки також можна вирішити, використовуючи меншу кількість матеріалу CFK для легкого виготовлення. "Нам слід подумати про використання 100% чистого пластику, який можна переробити в автомобільній промисловості", - сказав Клаус-Петер Вельш, керівник відділу продажів та інформаційних технологій Geiss AG. На його думку, використання пластмас створює великі можливості, оскільки рівень їх застосування в автомобілях може бути додатково збільшений, тим самим зменшуючи вагу автомобілів. Розглянемо, наприклад, збільшення використання нетканих матеріалів. Використання нетканих матеріалів у барабані колеса виключає брязкання і легше, ніж традиційні матеріали, такі як сталь або алюміній. Використання нетканих матеріалів також вигідно в області звукоізоляції. Вони містять чисті поліпропіленові волокна, які переробляються на 100%.

Кількість додатків майже нескінченна

Існує великий попит на композитні матеріали та легку конструкцію, яку вони можуть досягти поза аерокосмічною та автомобільною промисловістю. Однією з таких відносно нових областей застосування є будівництво. У Німеччині також розпочато державну програму на підтримку використання вуглецевих та бетонних композитів, що вивчає можливість армування бетону багатовісними арматурами. Конструкція з вуглецевого волокна значно легша і має вищу несучу здатність, ніж звичайні арматурні прутки. Вуглецеволокнистий бетон дозволяє створювати будинки вільної форми з мінімальною товщиною бетону, а також виключає необхідність захисту від корозії сталі. Значне зменшення обсягу бетону також сприяє збереженню ресурсів.

Композит з вуглецевого волокна бетон значно легший і має вищу несучу здатність, ніж звичайне армування арматури

У проекті також бере участь KARL MAYER, виробник текстильних машин. "Ми в основному займаємося виробництвом бетону, армованого двовісними армуючими волокнами (поперечні волокна, що йдуть під кутом 90 ° один до одного", - сказав Йохен Шмідт, генеральний директор KARL MAYER Technische Textilien GmbH. Двовісна тканина має решітчасту структуру і є поздовжньою та поперечною несучою. "Ми також проводимо базові дослідження бетону під час виробництва", - додав Шмідт.

Реконструкція мосту зазвичай проводиться шляхом покладання на нього іншого шару бетону, який зміцнюється сталлю. Заміна сталі на вуглець суттєво зменшила б вагу та витрату матеріалу, тобто міст міг бути реконструйований за подібною або навіть меншою вартістю.

Армовані волокнами композити не обмежуються вуглецем

В останні роки спостерігається високий темп зростання виробництва пластмас, армованих вуглецевим волокном. Однак використання матеріалу на ринку композитних матеріалів залишається досить низьким - лише один відсоток. Армований скловолокном пластмаса, найбільший виробник у Німеччині, явно займає лідируючі позиції у світовому виробництві з 95 відсотків. Лопатки вітряних турбін, побудовані з композитних компонентів, зазвичай виготовляються з армованих скловолокном пластмас, оскільки подібне сталеве лопатене буде занадто важким. Якби використовували неармовані волокнами пластмаси, лезо не змогло протистояти зусиллям, які застосовувались би пізніше. Багатовісні підсилення поглинають надзвичайно високі відцентрові сили обертового леза та забезпечують тривалу стійкість.

Великий потенціал за півціни

Армовані вуглецевими волокнами пластмаси мають величезний потенціал у виробництві легких конструкцій, але вони все ще досить дорогі у виробництві. Тому дослідження зосереджені на пошуку кращих властивостей матеріалу, які можна створити під час розробки на основі компонентів. Існують також величезні невикористані можливості зменшити виробничі відходи та підвищити енергоефективність процесів. Наразі порівняння витрат здебільшого стосувалося матеріальних витрат на кілограм. "Можливість створення інтеграції між функціями, а також розрахунок вартості, що виконується як функція економії, яку можна досягти при зменшенні ваги під час використання, дасть іншу загальну картину", - пояснив Маттіас Граф. "Ми віримо, що вартість виробництва армованих вуглецевим волокном пластмасових деталей вдвічі зменшиться вдвічі".