Evolucionando en refuerzos de fibra continua

SABIC se ha asociado con Airborne para desarrollar la Línea de Fabricación de Composites Digitales, que coloca rápidamente cintas termoplásticas UD en laminados planos de forma casi neta (izquierda), luego los consolida en un proceso de calentamiento por contacto (centro), y finalmente los recorta y los inspecciona (derecha). Se espera que Airborne comience a enviar laminados personalizados a los clientes de electrónica de consumo el próximo año. Fuente | SABIC.

SABIC (Bergen op Zoom, Países Bajos) decidió, en 2012, introducirse en las cintas compuestas termoplásticas. La empresa ya contaba con una amplia oferta de polímeros en materiales termoplásticos de fibra larga e inyección de fibra corta (LFT) (tanto con refuerzo de fibra de vidrio como de carbono), por lo que las cintas de fibra continua eran una extensión lógica de su tecnología central. Adicionalmente, la gravitación hacia cintas termoplásticas alineadas con las tendencias de la industria favoreciendo materiales y tecnologías de proceso con menor consumo de energía y que sean más sostenibles y permitan un ambiente más saludable para los trabajadores. SABIC se convenció de que había muchas oportunidades sin explotar para las cintas termoplásticas en varios mercados (consulte “Electrónica de consumo:cubiertas de compuestos híbridos”).

Inicialmente, el equipo involucrado con cintas termoplásticas decidió enfocarse en tres tecnologías interrelacionadas:materiales, diseño y procesamiento.

“Nuestro objetivo era desarrollar una tecnología de cinta que fuera capaz de producción en masa, rentabilidad y reproducibilidad para que todas las piezas tuvieran la misma alta calidad”, explica Gino Francato, líder mundial en compuestos de SABIC. “Queríamos que cualquier material que produjáramos se procesara bien, fuera muy eficiente y se moldeara en un tiempo de ciclo muy corto. Y dado que muchos de nuestros clientes estaban más familiarizados con el diseño de metales, sabíamos que necesitábamos traer nuevos conceptos y herramientas de diseño ”.

Una evaluación comparativa exhaustiva aclaró que los parámetros clave para la fabricación constante de cintas delgadas de alta calidad con la estabilidad dimensional deseada eran las tecnologías de impregnación y esparcimiento de fibras. Finalmente, SABIC se conectó con Fiber Reinforced Thermoplastics B.V. (Lelystad, Países Bajos), que ofrecía una experiencia muy necesaria, y SABIC compró una participación mayoritaria en la empresa en 2015.

No es sorprendente que el diseño y el modelado de procesos representaran otra área de déficit. Si bien muchos clientes de SABIC se sentían cómodos diseñando con grados de moldeo por inyección de fibra de vidrio cortos y largos, los productos de fibra continua eran una historia diferente, particularmente en combinación con el sobremoldeo por inyección.

“Industrias como la automotriz y la electrónica de consumo ya no pueden hacer negocios con enfoques de prueba y error [hacer y deshacer], por lo que necesitan saber exactamente cómo predecir el comportamiento de cada uno de estos materiales y la interacción entre ellos”, explica Scott Davis. , Personal de SABIC científico-tecnología de aplicación global. Eso condujo a un ambicioso programa dentro de SABIC para desarrollar herramientas predictivas que funcionarían en conjunto con las populares herramientas de ingeniería asistida por computadora (CAE) estructurales y de procesos. Actualmente, se dice que las tarjetas de materiales están disponibles para paquetes basados ​​en análisis de elementos finitos (FEA) como LS-DYNA (de Livermore Software Development Corp., Livermore, California) y ABAQUS (de Dassault Systèmes, Vélizy-Villacoublay, Francia).

Otro descubrimiento que siguió rápidamente fue que ser capaz de producir consistentemente buenas cintas no sería suficiente para una tecnología tan "subdesarrollada", porque los conocimientos de ingeniería de procesos y los equipos automatizados para manejar cintas a altas velocidades de producción aún no estaban al nivel el equipo sintió que debían serlo.

“Esperábamos que muchas empresas pudieran producir este tipo de producto de alta calidad, pero ese no fue el caso”, agrega Francato. "Verificamos la industria y observamos muchas empresas, pero la mayoría se centró en las necesidades de la automoción, y no pudimos encontrar ninguna que consideráramos que estuviera en el nivel correcto, especialmente para servir al mercado de la electrónica de consumo". Fue entonces cuando el equipo de cintas compuestas de SABIC conoció a Airborne (La Haya, Países Bajos), un fabricante de máquinas y desarrollador de líneas de procesamiento de compuestos. Airborne ya había tenido éxito en el desarrollo de equipos para fabricar tuberías a partir de cintas termoplásticas para la industria del petróleo y el gas. La empresa también tenía experiencia con cintas termoendurecibles en la industria aeroespacial.

“Sentimos que Airborne tenía los mismos objetivos que nosotros”, continúa Francato. “No solo eran fabricantes de máquinas, también conocían los compuestos y conocían los desafíos con los compuestos”, explica. "Tenían toda esta experiencia en la automatización de líneas de cinta, pero no querían entrar en materiales, y nosotros teníamos la experiencia en materiales, pero la automatización no era nuestra área de competencia".

En 2017, SABIC compró una participación minoritaria en Airborne; las dos empresas trabajaron juntas para desarrollar el proceso y el equipo necesarios para producir laminados a base de cinta termoplástica en grandes volúmenes (millones por año) en un entorno totalmente automatizado. Este sistema eventualmente se denominaría Línea de Fabricación de Compuestos Digitales (consulte “Fabricación de compuestos termoplásticos de alta velocidad y alta tasa”).