Episodio 29:John McQuilliam, Prodrive Composites

Ejemplo de una pieza terciaria producida mediante el proceso P2T de ProDrive. CW foto | Scott Francis

En este episodio de CWTalks, el editor senior de CW Scott Francis entrevista a John McQuilliam, ingeniero jefe de Prodrive Composites (Milton Keynes, Reino Unido), diseñador y fabricante de compuestos ligeros avanzados para una amplia gama de aplicaciones que incluyen automoción, automovilismo, aeroespacial, marina, defensa. y otros sectores especializados.

John es un diseñador de coches de Fórmula Uno del Reino Unido que ha trabajado con numerosas empresas de deportes de motor. Se incorporó a Prodrive en 2017 como ingeniero jefe de su división de compuestos. John analiza el proceso primario a terciario (P2T) de la empresa, que según la empresa simplifica el reciclaje y le da al material compuesto el potencial de cumplir tres o más vidas útiles.

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Extracto del episodio

CW: Hola, John, y bienvenido a las charlas de CW, el podcast de compuestos. En marzo, creo que lo fue, visité Prodrive Composites y pude ver un poco de su proceso P2T, que significa primario a terciario.

JM: Así es. La primera etapa es la fabricación del componente primario, y eso es lo que la mayoría del trabajo que hacemos actualmente. Entonces, estas son partes que requieren fibras vírgenes, una resina especial o un tipo particular de resina termoendurecible por cualquier motivo. Así que son lo que yo llamaría piezas compuestas tradicionales ... son piezas cuyo diseño o fabricación no cambiaríamos particularmente, pero sin duda las cambiaríamos para hacerlas más fácilmente reciclables.

CW: Bueno. ¿Y esos son normalmente el tipo de pieza de más alto rendimiento?

JM: Si. Por lo tanto, serían termoendurecibles ... Lo que haríamos es simplemente cambiar el diseño de ellos para permitir que el material de desecho haga las piezas y, en última instancia, la parte al final de su vida útil sea reciclable para poder reutilizar las fibras de carbono contenidas. dentro de esas partes. Entonces el termoplástico entra en la segunda etapa ... las etapas iniciales pueden ser termoendurecidas o termoplásticas, pero lo importante es que nos permite recuperar las fibras. Entonces, para recuperar las fibras de las partes primarias, como se mencionó, ciertamente cambiamos los materiales de diseño a algo de lo que sea más fácil recuperar las fibras, por lo que de lo que realmente estamos hablando es de un mayor uso de telas sin rizado, más materiales unidireccionales, cosas en las que la producción se desperdicia y el componente cuando pasan por el proceso de recuperación de fibra darán un mejor rendimiento de fibras más largas de alta calidad.

CW: ¿Puede describir un poco del proceso de recuperación que ocurre para ese componente primario y luego qué caracteriza a la parte secundaria resultante?

JM: Si. Entonces, el proceso de reciclaje o recuperación de las partes primarias es un proceso del tipo de incineración. Entonces, el preimpregnado de desecho (los recortes del preimpregnado) o las partes al final de su vida útil van a un horno y toda la resina se quema dejando atrás las fibras de carbono. Y esas fibras de carbono a través de una serie de procesos se convierten en una estera no tejida de grosor constante y orientación aleatoria, por lo que termina siendo capaz de formar una placa cuasi-isotópica.

CW: ¿Es este el proceso que ELG [ELG Carbon Fiber] está haciendo por usted? ¿Están manejando la pirólisis?

JM: Sí, ELG hace esa parte. Entonces, les enviamos nuestros recortes de desechos y algunos componentes y luego los vuelven a convertir en uno de los precursores, una de las partes que usamos para fabricar nuestras partes secundarias.

CW: ¿Puedes contarme un poco sobre esas partes secundarias y qué las caracteriza?

JM: Por lo tanto, las partes secundarias, el refuerzo, están hechas principalmente de fibras de carbono recuperadas con un uso discreto de fibras vírgenes si es necesario en ciertas áreas. Pero la mayor parte del refuerzo son fibras recuperadas. Y luego introducimos un termoplástico reactivo. Entonces, esta es una resina líquida con la que, digamos, infundimos los refuerzos. Luego hay un tipo de proceso de curado y obtenemos un componente terminado y su proceso se realiza a temperaturas relativamente bajas, presión atmosférica y obtenemos un buen componente hecho de esa manera.

CW: Parte de lo que permite P2T es este sistema de resina que ha descrito como una "resina plástica térmica reactiva". ¿Puede explicar un poco más a nuestros oyentes lo que quiere decir con eso?

JM: Por lo tanto, el termoplástico reactivo de alguna manera es muy similar a una resina termoendurecible. Entonces lo mezclamos inmediatamente antes de hacer el componente. Y hay dos o tres componentes líquidos en la mezcla. Cada uno de ellos es un líquido. Y cuando se combinan con el tiempo y un poco de temperatura, en realidad se polimerizan en un verdadero termoplástico. Y son las propiedades termoplásticas las que permiten su posterior reciclaje. Y la ventaja de ser un termoplástico reactivo en lugar de un termoplástico tradicional es el hecho de que estamos creando efectivamente un termoplástico al mismo tiempo que rodeamos las fibras de refuerzo, es que tiene una viscosidad muy baja, por lo que se puede formar de forma tradicional. , deberíamos decir, procesos de tipo termoendurecible. No necesita la alta temperatura y las altas presiones que obtendrá al inyectar un termoplástico fundido en una preforma de fibra o al tomar un preimpregnado termoplástico donde el termoplástico y las fibras ya se han combinado y luego volver a montarlos a alta temperatura y presión. , típicamente en moldes metálicos. Por lo tanto, estamos evitando la complejidad y el costo de las herramientas de molde necesarias para procesar termoplásticos por encima del punto de fusión y evitando las dificultades debido a la alta viscosidad del termoplástico fundido con distorsión y movimiento del refuerzo dentro de la cavidad del molde.

CW: Y supongo que eso se traduce en ahorro de costes, ahorro de tiempo y, básicamente, significa bastante para la producción ...

JM: Lo tienes, sí. Por lo tanto, el método de producción es similar al que hacemos en la industria termoendurecible tradicional, pero el costo de las herramientas es mucho más bajo de lo que se requerirá para procesar un termoplástico tradicional. Y esa es una gran ventaja para la mayoría de nuestros clientes. No desea hacer la inversión inicial en herramientas de molde termoplásticas, o herramientas de molde simplemente para termoplásticos.

CW: Entonces, ¿ve esto como un habilitador para una producción de mayor volumen?

JM: Ciertamente, creemos que es un facilitador para una mayor producción. Los tiempos de ciclo pueden ser más cortos que los termoendurecibles tradicionales, ya que no requiere una rampa hasta una temperatura de procesamiento, una pausa y luego un enfriamiento nuevamente antes de poder darle la vuelta al molde. Por lo tanto, estamos viendo ventajas en las tasas al utilizar este proceso en comparación con nuestros componentes curados en autoclave o en horno tradicional.

CW: Y, por supuesto, una de las cosas interesantes es que, a partir de ahí, puedes reciclar esta parte secundaria una vez más. Entonces, ¿qué caracteriza a esta parte terciaria en el ciclo de vida de este material?

JM: Entonces, yo diría que la parte secundaria, al ser un verdadero termoplástico, se puede reformar en otras formas y, por lo general, se cortaría en trozos pequeños y luego se colocaría en la cavidad entre el molde de calentamiento y se presionaría en una nueva forma. Por lo tanto, habrá una posibilidad de tomar todas las partes secundarias redundantes, todos los desechos de producción de las partes secundarias, y reformarlos en otro componente de plástico reforzado con fibra o componente de polímero reforzado con fibra.

CW: Y a partir de ahí, estas partes terciarias no son necesariamente el final del camino para ese material, incluso así ...

JM: Eso es correcto ... Entonces pensamos que estas partes terciarias, por ser termoplásticas, se pueden reformar, casi una infinidad de veces. El proceso de cortarlos en paletas de moldeo, deberíamos decir piezas de moldeo, tiene una tasa de desgaste en la fibra ... por lo que algunas de las propiedades mecánicas caerían, pero otras propiedades mecánicas como la rigidez, la tasa de expansión térmica y la distorsión. la temperatura se mantendría bastante bien. Por lo tanto, aún obtiene un componente reforzado con fibra de alta calidad, no con la resistencia original del componente de fibra continua o incluso un componente de fibra relativamente largo, pero ciertamente existen ventajas en términos de rigidez, expansión térmica y temperatura de distorsión que lo hacen muy valioso. reprocesando las partes terciarias otra vez.