23948sdkhjf

Fokus på kompositer

För tionde året i rad arrangerades mässan Materialica på Munich Trade Fair Centre i München i oktober förra året. Mässan handlar naturligtvis om material i alla dess former, råmaterial, halvfabrikat och komponenter såväl som tillverkningsmetoder och service.

320 utställare presenterade material, metoder och produkter inom främst områdena bil- och flygindustri, sport, teknik och konsumtionsvaror, för drygt 7 000 besökare vilket var en aning färre jämfört med föregående år. Materialica är till största delen inriktad på metalliska material, men Verkstäderna har valt att fokusera på den del som handlade om kompositmaterial. Mässan innehöll en bra blandning av nya produkter, material och tillverkningsrelaterade metoder. Reducerad vikt är oftast det som styr valet av att använda kompositmaterial för mobila produkter med tanke på miljö, lastförmåga och energiåtgång. Därmed är utvecklingen av högpresterande, avancerade material och tillverkningsmetoder som störst inom dessa områden. Typiska områden är flyg och bil, och då speciellt sport- och tävlingsbilar. En av de viktigaste frågeställningarna är hur man övergår från tillverkning i liten skala till serietillverkning med bibehållen hög kvalitet och väsentligt lägre kostnad per detalj En stor fördel med kompositer i allmänhet är möjligheten att reducera antalet ingående detaljer vid montering och kunna skräddarsy de mekaniska egenskaperna. Ett exempel på detta visades upp av Institut für Flugzeugbau, Stuttgart. Detaljen är sammansatt av förformade kolfibertextilier för den förstyvade panelen och runt "fönstret" har man utnyttjat brodering för att sy fast armering och förform för att skapa den önskade förstyvningen. Den torra förformen injiceras sedan med en härdplast i ett styvt verktyg. Skillnaden mellan att använda förformar med torr armering jämfört med den metod som oftast används idag (uppbyggnad av förimpregnerad enkelriktad armering, prepreg) för strukturella flygkomponenter är att förformar ger helt nya möjligheter att automatisera tillverkningsprocessen. Det största problemet med användning av förformar och injicering är idag att tillverkningen av förformar fortfarande är mycket tidsödande och kräver ofta manuellt arbete. Automatisering existerar även med prepreg, men är då i huvudsak inriktad på små serier med höga krav på prestanda. Ett exempel på automatisering med prepreg är flygkroppen ovan tillverkad av Cincinnati Machine (CM) genom s k "fibre placement". Metoden påminner om lindning av förimpregnerad armering men med skillnaden att en fleraxlig robot placerar ut prepreg längs ett förbestämt mönster. En helt ny typ av kompositmaterial har dykt upp på marknaden under senare år, en monomaterialkomposit. Denna typ av komposit består av PP i två olika kvaliteter. Den ena (armeringen) är en dragen, starkt orienterad styv PP med en något förhöjd smälttemperatur jämfört med PP matrisen. Det finns två märken av denna typ av komposit (levereras i ark eller plattor för termoformning). Det första märket heter PURE och tillverkas av Lankhorst. Det andra märket heter CURV och tillverkas av Propex. Dessa material har styvhet- och hållfasthetsegenskaper bättre än GMT (E-modul upp till 14 GPa och draghållfasthet upp till 500 MPa rapporterat för PURE). De karaktäriseras av mycket god slagseghet och höga specifika egenskaper med en densitet på ungefär 800 kg/m3. Eftersom materialen till 100% består av PP så kan de enkelt återvinnas efter användning. Tillämpningar för dessa material finns i t ex fordon (bl a slagskydd för motordetaljer och inredningar). Materialet används även i resväskor, som ju ofta hanteras ovarsamt. Resväskan från Samsonite är formgiven av Maximal Design från Belgien. En ny kombination av material som fått mycket uppmärksamhet den senaste tiden är "Carbon Fibre Stone" (CFS) salufört av Techno Carbon Technologies. CFS är en sandwich där täckskikten består av kolfiberarmerad epoxi och en kärna i granit. På grund av granitens begränsade draghållfasthet förspänns materialet med tryckspänningar vid tillverkning. Fördelar sägs vara god dämpning, låg specifik vikt och låg längdutvidgningskoefficient. Materialet har provats i skidor, diskbänkar och vingar till vindkraftverk. Skidan som formgivits och säljs av företaget ZAI i Schweiz fick pris för bästa produkt på Materialica. Kompositer fortsätter att smyga in i nya applikationer där typiskt metalliska material tidigare dominerat. Ett exempel är de fästelement som tillverkas av Icotec AG i Schweiz. Icotec har utvecklat en ny metod för att kunna massproducera fästelement, t.ex. skruvar, i termoplastkomposit (PEEK, PBT, PA, PEI, PPS) med kontinuerliga fibrer (kol, glas och keramik). Det speciella med fästelementen är att man har lyckats ta fram en metod kallad "Composite Flow Moulding" (CFM) för att placera fibrerna i de riktningarna som önskas, i skruvens längdriktning och även i gängornas plan, utan att orsaka åverkan på fibrerna. Tillämpningar för fästelementen är t ex inom flygindustrin, bilindustrin, kemisk-teknisk industri, implantat och röntgenutrustning. Biobaserade kompositer skiljer sig egentligen inte från övriga kompositer på annat sätt än att de inte utvinns från petrokemiska råvaror, alltså ändliga resurser. I stället utnyttjas förnyelsebara råvaror, läs: växter. Ibland används benämningen biobaserade kompositer om kompositer med enbart förnyelsebara fibrer, ibland enbart förnyelsebar matris och ibland om kompositer där både fibrer och matris har sitt ursprung i växtriket. Egentligen är det inget nytt att använda växter som utgångsmaterial till plast och armering. Två kända exempel är celluloid som tillverkades av cellulosa redan på 1800-talet och bakelit med armering av träfibrer som uppfanns i början av 1900. Under 1900-talets senare hälft har de syntetiska materialen dominerat stort men i och med den ökande medvetenheten om nackdelarna med fossila råvaror och oljans ändlighet så har de biobaserade materialen vunnit förnyat intresse. Användningen av termoplaster baserade på cellulosa, stärkelse och socker m m och armeringar av lin, hampa, sisal, trämjöl och massafibrer osv har ökat mycket de senaste decennierna. Härdplaster baserade på växtoljor, furan eller stärkelse m m hör till de stora nyheterna. Än så länge är inte härdplasterna kommersiellt lättillgängliga, men inom några år lär vi få se en hel del av dem. De processparametrar som används vid tillverkning (tryck, temperatur etc.) påverkar i hög grad de egenskaper som en färdig kompositdetalj får i slutänden. Ju bättre kontroll över processen, desto större chans att kunna tillverka detaljer med hög och jämn kvalitet. Hittills har det krävts verktyg som ofta är mycket dyra, tillsammans med långa cykeltider för härdplastkompositer, för att säkerställa en hög kvalitet. Detta innebär högt pris på komponenten och små volymer. En ny tillverkningsmetod som möjliggör reducerad cykeltid (50–90%) och lägre verktygskostnader är Quickstep, utvecklad av Quickstep Technologies Pty Ltd i Australien. Metoden bygger på att man har verktyget i en vätska kallad "Heat Transfer Fluid" (HTF). Vätskan möjliggör inte bara att man kan lägga på det tryck som behövs, utan även styra temperaturen väldigt exakt genom att ha ett flöde av flera vätskor med olika temperatur. Tillverkning görs med injicering eller uppläggning av prepreg.

Kommentera en artikel
Utvalda artiklar

Nyhetsbrev

Sänd till en kollega

0.173