ITA de la Universidad RWTH Aquisgrán presenta línea avanzada de recubrimiento de fibra e investigación en fibra de carbono

Nota del editor: CompositesWorld recibió varios anuncios de nuevos productos y tecnologías antes de JEC World 2020, que estaba programado para el 3-5 de marzo. Aunque esa exposición se pospuso a mayo, CW está publicando ahora los anuncios que recibimos. Este es uno de ellos.

El Institut für Textiltechnik de la Universidad RWTH Aquisgrán (ITA, Aquisgrán, Alemania) está presentando innovaciones en producción de fibra de vidrio y carbono en el stand conjunto del Centro de Aquisgrán para Construcción Ligera Integrativa.

Demostraciones en vivo de sistema de recubrimiento multi-fibra

En vivo en el stand, ITA está demostrando cómo su línea de recubrimiento de fibra multi-material recubre o impregna cordones hechos de diversos materiales, produciendo towpregs, también conocidos como cordones preimpregnados, de termoplásticos y fibras de carbono. Los towpregs pueden ser procesados por bobinado o trenzado. Ejemplos de uso incluyen ejes de transmisión en la industria automotriz o aeroespacial.

El sistema, dice ITA, tiene una amplia gama de aplicaciones y permite una salida rápida. Con una temperatura máxima de procesamiento de 400°C, también permite procesar termoplásticos de alta temperatura, y probar rápidamente con una variedad de materiales a escala de laboratorio. Las velocidades de producción actuales son 5 m/min, dependiendo del material usado y la configuración del sistema, y ITA dice que la escalada a escala industrial es posible. La planta puede procesar termoestables y termoplásticos.

Con esta línea, se pueden producir towpregs con secciones transversales circulares de hasta 5 mm de diámetro y geometrías tipo cinta de hasta 20 mm de ancho a una velocidad de producción de 5 m/min, dependiendo del material usado y la configuración de la línea.

Investigación en producción de fibra de carbono

Además, ITA está mostrando su producción de fibras de carbono, una de sus áreas centrales de investigación. ITA tiene una planta piloto de producción continua de fibra de carbono con capacidad de producción de menos de una tonelada por año. Debido a su tamaño comparativamente pequeño y la resultante baja entrada de material, la planta es idealmente adecuada para el desarrollo de nuevos perfiles de estabilización y carbonización y la prueba de nuevos aprestos de fibra, dice ITA.

El objetivo actual principal de la investigación en producción de fibra de carbono es acortar el tiempo de estabilización desde un inicial de 50 minutos a aproximadamente 21 minutos. Las fibras resultantes están al nivel de una fibra de carbono Toray T700.

Otro enfoque para reducir el coste de las fibras de carbono es el uso de materias primas alternativas como polietileno (PE). Esto puede reducir el precio de la fibra de carbono en aproximadamente un 50%, dice ITA. Debido a las plantas de hilado y sulfonación existentes, ITA es uno de los principales institutos de investigación que tratan la producción de fibras de carbono rentables basadas en poliolefinas.

Tecnología textil y fotónica

Los componentes reforzados con fibra de carbono (CFRP) a menudo se ensamblan con fijadores que se pegan en el componente CFRP curado y taladrado. Según ITA, la integración de los fijadores en una preforma textil y un proceso de curado adicional para producir el componente CFRP final puede acortar cadenas de proceso de producción y aumentar el rendimiento de la unión en al menos un 50%. Esto requiere recortes de alta precisión en el textil para los fijadores.

En el proyecto CarboLase basado en NRW, financiado por OP.EFRE, el procesamiento de material por láser se integra por primera vez en un proceso de preformado automatizado. Una novedad en el proceso es el uso de láser de pulso ultracorto amigable con el material, que procesa los textiles sin dañarlos térmicamente.

Combinando las tecnologías en una celda robot flexible, la producción just-in-time de componentes CFRP con fijadores integrados es ahora posible independiente de geometría de componente y tamaño de lote. Un demostrador en forma de segmento de pilar B con fijadores integrados se muestra en la siguiente figura.

Esta tecnología fue desarrollada por el Institut für Textiltechnik de la Universidad RWTH Aquisgrán, ITA, en colaboración con sus socios AMPHOS GmbH, Kohlhage Fasteners GmbH & Co. KG, LUNOVU Integrated Laser Solutions GmbH y el Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser ILT.

Bobinado de filamentos preimpregnado de alta velocidad

ITA está trabajando con muchas industrias en tecnología de bobinado de filamentos, incluyendo su novedosa tecnología de bobinado multi-filamento. La principal ventaja de este método, dice ITA, es que muchas fibras (instalación en ITA con 48 fibras) pueden bobinarse simultáneamente, aumentando la velocidad de procesamiento en un factor de 50 y permitiendo una cobertura del 100% en una sola pasada.

La velocidad de trabajo se ha aumentado aún más con el desarrollo de preimpregnados de alta calidad a través del proyecto ZIM MFWOptiPreg con la empresa F.A. Kümpers GmbH & Co. KG. El tack (pegajosidad) optimizado y rotura de fibra, altas velocidades de bobinado y productos de calidad pueden lograrse. El bobinado de filamentos tiene la ventaja de orientar las fibras en la dirección deseada (0°≤θ<90°).

Como ejemplo de productos de calidad, estos preimpregnados han sido probados para fabricación de vasos a presión y ejes de torsión, dice ITA. El preimpregnado desarrollado ya está disponible en el mercado.