연속 섬유 강화로 진화

SABIC은 Airborne과 협력하여 UD 열가소성 테이프를 거의 그물 모양에 가까운 평평한 라미네이트로 빠르게 적층한 다음(왼쪽) 접촉 가열 공정으로 통합하고(가운데) 마지막으로 디지털 복합재 제조 라인을 개발했습니다. 트리밍 및 검사(오른쪽). Airborne은 내년에 소비자 전자 제품 고객에게 맞춤형 라미네이트 배송을 시작할 것으로 예상됩니다. 출처 | 사빅.

SABIC(Bergen op Zoom, 네덜란드)는 2012년 열가소성 복합 테이프를 만들기로 결정했습니다. 이 회사는 이미 단섬유 사출 및 장섬유 열가소성(LFT) 재료(유리 및 탄소 섬유 강화 모두 포함)에서 광범위한 폴리머 제품을 제공하고 있었기 때문에 연속 섬유 테이프는 핵심 기술의 논리적 확장이었습니다. 또한 열가소성 테이프에 대한 관심은 에너지 소비가 낮고 지속 가능하고 근로자에게 보다 건강한 환경을 가능하게 하는 재료 및 공정 기술을 선호하는 산업 동향과 일치합니다. SABIC은 여러 시장에서 열가소성 테이프에 대한 미개척 기회가 많다는 것을 확신하게 되었습니다("소비자 전자제품:하이브리드 복합재 커버" 참조).

처음에 열가소성 테이프와 관련된 팀은 재료, 디자인 및 가공이라는 세 가지 상호 관련된 기술에 집중하기로 결정했습니다.

"우리의 목표는 대량 생산, 비용 효율성 및 재현성이 가능한 테이프 기술을 개발하여 모든 부품이 동일한 고품질을 갖도록 하는 것이었습니다."라고 SABIC 글로벌 복합 재료 리더인 Gino Francato가 설명합니다. “우리는 우리가 생산한 재료가 무엇이든 잘 처리되고 매우 효율적이며 매우 짧은 사이클 시간에 성형되기를 원했습니다. 그리고 많은 고객들이 금속 디자인에 더 익숙했기 때문에 우리는 새로운 개념과 디자인 도구를 가져와야 한다는 것을 알았습니다.”

광범위한 벤치마킹을 통해 원하는 치수 안정성을 지닌 고품질의 얇은 테이프를 일관되게 만들기 위한 핵심 매개변수는 섬유 확산 및 함침 기술임을 분명히 했습니다. 결국 SABIC은 꼭 필요한 전문 지식을 제공하는 Fiber Reinforced Thermoplastics B.V.(네덜란드 렐리스타드)와 연결했고 SABIC은 2015년에 회사의 과반 지분을 매입했습니다.

당연히 설계 및 프로세스 모델링은 또 다른 부족 영역을 나타냅니다. 많은 SABIC 고객이 유리 섬유 사출 성형 등급이 짧거나 길어서 편안하게 설계할 수 있었지만 연속 섬유 제품은 특히 사출 오버몰딩과 함께 사용하는 경우 이야기가 달랐습니다.

Scott Davis는 "자동차 및 소비자 전자 제품과 같은 산업은 더 이상 시행착오[제작 및 중단] 접근 방식으로 비즈니스를 수행할 수 없으므로 이러한 각 재료의 동작과 이들 간의 상호 작용을 예측하는 방법을 정확히 알아야 합니다."라고 설명합니다. , SABIC 직원 과학자 - 글로벌 응용 기술. 이는 SABIC 내에서 널리 사용되는 구조 및 프로세스 CAE(Computer-Aided Engineering) 도구와 함께 작동하는 예측 도구를 개발하기 위한 야심찬 프로그램으로 이어졌습니다. 재료 카드는 현재 LS-DYNA(Livermore Software Development Corp., Livermore, CA) 및 ABAQUS(Dassault Systèmes, Vélizy-Villacoublay, France)와 같은 유한 요소 분석(FEA) 기반 패키지에 사용할 수 있다고 합니다.

빠르게 뒤따른 또 다른 깨달음은 높은 생산 속도로 테이프를 처리하는 프로세스 엔지니어링 노하우와 자동화 장비가 아직 수준이 아니었기 때문에 좋은 테이프를 지속적으로 생산할 수 있다는 것이 그러한 "저개발" 기술에 충분하지 않다는 것이었습니다. 팀은 그렇게 될 필요가 있다고 느꼈습니다.

“많은 회사들이 이런 종류의 고품질 제품을 생산할 수 있을 거라고 예상했지만, 그렇지 않았습니다.”라고 Francato가 덧붙입니다. "우리는 업계를 조사하고 많은 회사를 살펴보았지만 대부분은 자동차의 요구 사항에 중점을 두었고 특히 소비자 전자 제품 시장에 서비스를 제공하는 데 적절한 수준에 있다고 생각하는 회사를 찾지 못했습니다." 바로 그때 SABIC의 복합 테이프 팀이 복합 공정 라인의 기계 제조업체이자 개발자인 Airborne(네덜란드 헤이그)에 소개되었습니다. Airborne은 이미 석유 및 가스 산업을 위한 열가소성 테이프로 파이프를 만드는 장비 개발에 성공했습니다. 이 회사는 또한 항공우주 산업에서 열경화성 테이프에 대한 경험이 있었습니다.

"우리는 Airborne이 우리와 같은 목표를 가지고 있다고 느꼈습니다."라고 Francato는 계속합니다. "그들은 기계 제작자일 뿐만 아니라 복합 재료도 알고 복합 재료의 문제도 알고 있었습니다."라고 그는 설명합니다. "그들은 테이프 라인 자동화에 대한 이 모든 경험을 가지고 있었지만 자재에 관여하고 싶어하지 않았고 우리는 자재 전문 지식을 갖고 있었지만 자동화는 우리 역량 영역이 아니었습니다."

2017년 SABIC은 Airborne의 소수 지분을 인수했습니다. 두 회사는 완전 자동화된 환경에서 연간 수백만 개의 대용량 열가소성 테이프 기반 라미네이트를 생산하는 데 필요한 공정과 장비를 개발하기 위해 협력했습니다. 이 시스템은 결국 Digital Composites Manufacturing Line이라고 불리게 될 것입니다("고속, 고속 열가소성 합성물 제조" 참조).