Kompozytowe formy do wytwarzania kompozytowych produktów

Do wytwarzania elementów z tworzyw sztucznych i materiałów kompozytowych stosuje się różnego rodzaju procesy formowania. Tradycyjnie formy wykonane są z metalu. Choć coraz popularniejsze są formy kompozytowe, to ich zastosowanie ogranicza się głównie do produkcji prowadzonej w stosunkowo łagodnych warunkach. Aby zwiększyć odporność form kompozytowych na działanie wysokich temperatur, co powinno umożliwić wejście tej technologii na nowej rynki, trzeba wprowadzić w niej istotne udoskonalenia.

W ramach projektu COEUS-TITAN (Innovative smart composite moulds for cost-effective manufacturing of plastic and composite components), finansowanego ze środków UE, duże europejskie konsorcjum podjęło się opracowania potrzebnej technologii.

W celu podgrzewania formy i jej zawartości naukowcy wbudowali przewodzące włókna węglowe blisko powierzchni formy, pomiędzy szeregiem nanodomieszkowanych warstw o przewodności termicznej. Zapewnia to maksymalne przekazywanie ciepła do żywicy i pozwala zmniejszyć zużycie energii. Opracowano także czujniki przepływu, temperatury i utwardzania, aby uzyskać w pełni zautomatyzowaną kontrolę procesu, a także narzędzia analityczne do optymalizacji parametrów procesu.

Nowy układ chłodzenia składa się z sieci kanałów obiegających kontur elementu obrabianego. Przez kanały przepływa ciecz chłodząca, która odprowadza ciepło z układu. Dwa różne siłowniki piezoelektryczne przetestowano pod kątem zdolności zwiększania przepływu żywicy w oparciu o elektrycznie wzbudzane mikrodrgania. Nowa metalowa powłoka oparta na nanowypełniaczach i wypełniaczach mineralnych poprawia odporność chemiczną na żywice oraz ułatwia naprawę w przypadku uszkodzenia.

Po połączeniu wszystkich opracowanych technologii przetestowano je eksperymentalnym protokole infuzyjnym. Dalsza optymalizacja powinna doprowadzić do stworzenia przełomowej konstrukcji inteligentnej formy kompozytowej i zwiększenia możliwości formowania.

Producenci będą mogli wykorzystać tę niedrogą technologię w wymagających środowiskach formowania z prasowaniem. Technika ta jest coraz powszechniej stosowana do wytwarzania gładkich elementów o dużej powierzchni oraz złożonych kształtach, potrzebnych na przykład w lotnictwie. Pozwoli także na wykorzystanie zaawansowanych żywic wymagających wyższych temperatur w konwencjonalnych procesach formowania. Wprowadzenie inteligentnej formy kompozytowej na rynek przyczyni się do znaczącej poprawy konkurencyjności unijnych producentów tworzyw sztucznych i kompozytów.