Mai puțin este adesea mai mult

Materialele armate cu fibre sporesc eficiența resurselor

Miercuri, 21 septembrie 2016, ora 18:00

Construcțiile ușoare oferă 19-26 octombrie 2016 unul dintre cele mai importante subiecte ale târgului comercial K-Düsseldorf care va avea loc în Accentul se pune din ce în ce mai mult pe materialele realizate din compozite din plastic din fibră de sticlă.

Economiile care pot fi realizate prin fabricație ușoară, în principal datorită reducerii consumului de combustibil disponibil în industria aerospațială, sunt cunoscute de mult timp de inginerii de dezvoltare și producție. Utilizarea carbonului, mai precis a materialelor plastice armate cu fibră de carbon (CFK), devine din ce în ce mai frecventă. Economiile care pot fi realizate cu producția de materiale ușoare sunt suficient de mari pentru a face costurile ridicate de producție ale materialelor accesibile. Cu toate acestea, până de curând, producția ușoară a rămas o piață de nișă, deoarece avioanele nu sunt produse în serie. În ultimii ani, toate acestea s-au schimbat. Se vorbește din ce în ce mai mult în industrie despre producția ușoară, în principal datorită nevoilor industriei auto, care produce în cantități mari și în serie.

Astăzi, industria auto este un utilizator de frunte al structurilor ușoare, nu în ultimul rând datorită influențelor externe. Ca parte a politicii climatice a UE, industria auto are, de asemenea, datoria de a reduce emisiile vehiculelor. Regulamentul UE relevant prevede o reducere pas cu pas a emisiilor de CO2 până în 2030. În 2020, emisiile de CO2 ar trebui reduse la mai puțin de 95 de grame pe kilometru în medie. Nerespectarea acestui lucru va duce la sancțiuni severe.

Pe lângă îmbunătățirile motorului și aerodinamic, obiectivul poate fi atins și prin reducerea greutății corporale. „Potențialul de economisire din producția ușoară este imens. Pentru un vehicul modern, masa este responsabilă pentru 22% din consumul de combustibil, a spus Matthias Graf, șeful tehnologiei compozitelor și dezvoltării afacerilor la Dieffenbacher. - Legile aerodinamicii sunt cunoscute de mult timp, astfel încât potențialul de dezvoltare în acest domeniu este deja limitat. Cu toate acestea, producția ușoară abia a început. ” Cu toate acestea, din 2010 am parcurs un drum lung și în acest domeniu, făcând posibilă, de exemplu, un proces de producție complet automatizat pentru materialele plastice armate cu fibră de carbon, care este baza producției de serie.

Obiectivele UE pentru reducerea emisiilor au dat un impuls puternic utilizării materialelor ușoare în industria auto. Dar tema nu este cu totul nouă: dacă producția ușoară nu ar fi fost o prioritate în trecut, mașinile moderne ar fi fost mult mai grele acum. „Vehiculele moderne conțin tehnologii de siguranță mult mai complexe, componente electronice și componente de confort, totuși greutatea lor a crescut doar relativ ușor”, a concluzionat Peter Egger, șeful centrului tehnologic compozit ușor Engel pentru producătorul austriac de mașini de turnare prin injecție.

Contribuind la sustenabilitate

Când o parte pierde în greutate, este nevoie de mai puțină energie pentru a o muta. Prin urmare, o abordare de fabricație ușoară contribuie singură la durabilitate. Cu toate acestea, se așteaptă ca procesul de producție a materialelor compozite să fie optimizat din punct de vedere al consumului de energie. Dacă folosim prea multă energie pentru producție, echilibrul durabilității se deplasează în direcția greșită.

Materialele plastice armate cu fibre de carbon au încă un dezavantaj în ceea ce privește reciclabilitatea. Dacă fibrele de carbon sunt încorporate într-un plastic termorezistent, va fi mai târziu dificil să separați compozitul în componentele originale. În prezent, nu există o reciclare pe scară largă care să vizeze separarea fibrelor de carbon de plastic și reciclarea componentelor individuale. Piroliza necesară pentru aceasta ar fi pur și simplu prea scumpă în acest moment. Cu toate acestea, problema reciclării poate fi examinată din perspective diferite. „La Engel, folosim în mare măsură sisteme termoplastice pentru materiale compozite și sunt extrem de reciclabile. Adesea, materialul poate fi regranulat și reutilizat în timpul procesului de turnare prin injecție ”, a explicat Egger.

Deformarea elastică a lamelelor din plastic armat cu fibră de sticlă ale pavilionului construit pentru Expoziția Mondială 2012 din Yeosui (Coreea de Sud) pune în mișcare fațada clădirii

Problema reciclării poate fi, de asemenea, soluționată folosind mai puțin material CFK în fabricarea ușoară. „Trebuie să ne gândim la utilizarea materialelor plastice curate 100% reciclabile în industria auto”, a declarat Klaus-Peter Welsch, șef de vânzări și IT la Geiss AG. În opinia sa, utilizarea materialelor plastice creează oportunități mari, deoarece rata de aplicare a acestora în mașini poate fi crescută și mai mult, reducând astfel greutatea mașinilor. Luați în considerare, de exemplu, utilizarea sporită a țesăturilor nețesute. Utilizarea materialelor nețesute în tamburul roții elimină zgomotul și este mai ușoară decât materialele tradiționale precum oțelul sau aluminiul. Utilizarea materialelor nețesute este, de asemenea, avantajoasă în domeniul izolației fonice. Acestea conțin fibre de polipropilenă pure care sunt 100% reciclabile.

Numărul de aplicații este aproape interminabil

Există o mare cerere pentru materiale compozite și construcția ușoară pe care o pot realiza în afara industriilor aerospațiale și auto. Un astfel de domeniu relativ nou de aplicare este construcția. În Germania, a fost lansat și un program guvernamental pentru a sprijini utilizarea compozitelor din carbon și beton, explorând modalități de armare a betonului cu armături multiaxiale. Construcția din fibră de carbon este semnificativ mai ușoară și are o capacitate portantă mai mare decât barele de armare convenționale. Betonul din fibră de carbon permite crearea de clădiri cu formă liberă cu o grosime minimă a betonului și, de asemenea, elimină necesitatea protecției împotriva coroziunii oțelului. O reducere semnificativă a volumului de beton contribuie, de asemenea, la conservarea resurselor.

Compozitul din beton din fibră de carbon este semnificativ mai ușor și are o capacitate portantă mai mare decât armătura convențională a armăturii

KARL MAYER, un producător de utilaje textile, este, de asemenea, implicat în proiect. „Suntem implicați în principal în producția de beton armat cu fibre de armare biaxiale (fibre transversale care se deplasează la 90 ° una față de cealaltă)”, a declarat Jochen Schmidt, CEO al KARL MAYER Technische Textilien GmbH. Țesătura biaxială are o structură de zăbrele și este portantă longitudinal și transversal. „De asemenea, facem cercetări de bază pe beton în timpul producției”, a adăugat Schmidt.

Reconstrucția unui pod se face de obicei prin plasarea unui alt strat de beton pe acesta, care este armat cu oțel. Înlocuirea oțelului cu carbon ar reduce semnificativ greutatea și consumul de material, ceea ce înseamnă că podul ar putea fi renovat la un cost similar sau chiar mai mic.

Compozitele armate cu fibre nu se limitează la carbon

În ultimii ani, s-a observat o rată ridicată de creștere în producția de materiale plastice armate cu fibre de carbon. Cu toate acestea, utilizarea materialului pe piața compozitelor este încă destul de scăzută, cu doar un procent. Materialele plastice armate cu fibre de sticlă, cel mai mare producător din Germania, se află în mod clar pe poziția de lider în producția globală, cu 95%. Palele de turbine eoliene construite din componente compozite sunt de obicei realizate din materiale plastice armate cu fibră de sticlă, deoarece o lamă de oțel similară ar fi prea grea. Dacă s-ar folosi materiale plastice fără fibră, lama nu ar putea rezista forțelor care ar fi aplicate ulterior. Armăturile multiaxiale absorb forțe centrifuge extrem de ridicate ale lamei rotative și asigură stabilitate pe termen lung.

Mare potențial la jumătate de preț

Materialele plastice armate cu fibre de carbon au un potențial imens în fabricarea structurilor ușoare, dar sunt încă destul de scumpe de fabricat. Prin urmare, cercetarea se axează pe găsirea unor proprietăți materiale mai bune care pot fi create în timpul dezvoltării bazate pe componente. Există, de asemenea, oportunități uriașe neexploatate de a reduce deșeurile din producție și de a crește eficiența energetică a proceselor. Până în prezent, comparațiile de costuri s-au bazat în mare parte pe costurile materiale pe kilogram. „Posibilitatea de a crea integrarea între funcții, precum și calculul costurilor efectuate în funcție de economiile care pot fi realizate cu o greutate redusă în timpul utilizării, ar oferi o imagine de ansamblu diferită”, a explicat Matthias Graf. „Credem că costul fabricării pieselor din plastic armat cu fibră de carbon se va reduce la jumătate într-un deceniu”.