連続繊維強化への進化

SABICはAirborneと協力して、UD熱可塑性テープをニアネットシェイプのフラットラミネートに迅速に配置し（左）、接触加熱プロセスで統合し（中央）、最後にデジタル複合材料製造ラインを開発しました。それらをトリミングして検査します（右）。 Airborneは、来年、家電製品の顧客にカスタムラミネートの出荷を開始する予定です。ソース| SABIC。

SABIC（Bergen op Zoom、オランダ）は、2012年に、熱可塑性複合テープを採用することを決定しました。同社はすでに短繊維射出および長繊維熱可塑性（LFT）材料（ガラスと炭素繊維強化の両方）で幅広いポリマー製品を提供していたため、連続繊維テープはコアテクノロジーの論理的な拡張でした。さらに、熱可塑性テープへの引力は、エネルギー消費量が少なく、より持続可能で労働者のより健康的な環境を可能にする材料とプロセス技術を好む業界の傾向と一致しています。 SABICは、複数の市場で熱可塑性テープの未開拓の機会がたくさんあると確信しました（「家電：ハイブリッド複合カバー」を参照）。

当初、熱可塑性テープに関わるチームは、材料、設計、加工という3つの相互に関連するテクノロジーに焦点を当てることを決定しました。

「私たちの目標は、大量生産、コスト効率、再現性があり、すべての部品が同じ高品質であるテープ技術を開発することでした」と、SABICのグローバルコンポジットリーダーであるジーノフランカートは説明します。 「私たちは、製造した材料がすべてうまく処理され、非常に効率的で、非常に短いサイクル時間で成形されることを望んでいました。また、多くのお客様が金属の設計に精通しているため、新しい概念と設計ツールを導入する必要があることを認識していました。」

広範なベンチマークにより、望ましい寸法安定性を備えた高品質の薄いテープを一貫して製造するための重要なパラメーターは、繊維の拡散および含浸技術であることが明らかになりました。最終的に、SABICは、待望の専門知識を提供するFiber Reinforced Thermoplastics B.V.（オランダ、レリスタット）と接続し、SABICは2015年に同社の過半数の株式を購入しました。

当然のことながら、設計とプロセスのモデリングは別の不足領域を表しています。多くのSABICのお客様は、短ガラス繊維と長ガラス繊維の射出成形グレードで快適に設計できましたが、連続繊維製品は、特に射出成形と組み合わせて、別の話になりました。

「自動車や家庭用電化製品のような業界は、試行錯誤のアプローチでビジネスを行うことができなくなったため、これらの各材料の動作とそれらの間の相互作用を正確に予測する方法を知る必要があります」とスコットデイビスは説明します。 、SABICスタッフサイエンティスト-グローバルアプリケーションテクノロジー。そのため、SABIC内で、一般的な構造およびプロセスのコンピューター支援エンジニアリング（CAE）ツールと連携して機能する予測ツールを開発するという野心的なプログラムが生まれました。マテリアルカードは現在、LS-DYNA（Livermore Software Development Corp.、Livermore、CA）やABAQUS（DassaultSystèmes、Vélizy-Villacoublay、France）などの有限要素解析（FEA）ベースのパッケージで利用できると言われています。

すぐに続いたもう1つの認識は、プロセスエンジニアリングのノウハウと、テープを高速で処理する自動化された機器がまだレベルに達していないため、このような「未開発」のテクノロジーでは、優れたテープを一貫して生産できるだけでは不十分であるということでした。チームは彼らが必要だと感じました。

「多くの企業がこの種の高品質な製品を製造できると期待していましたが、そうではありませんでした」とFrancato氏は付け加えます。 「私たちは業界をチェックし、多くの企業を調べましたが、ほとんどが自動車のニーズに焦点を合わせており、特に家電市場にサービスを提供するために適切なレベルであると感じたものは見つかりませんでした。」そのとき、SABICの複合テープチームが、複合加工ラインの機械メーカーおよび開発者であるAirborne（オランダ、ハーグ）に紹介されました。 Airborneは、石油およびガス産業向けの熱可塑性テープからパイプを製造するための機器の開発にすでに成功しています。同社はまた、航空宇宙産業で熱硬化性テープの経験もありました。

「Airborneには私たちと同じ目的があると感じました」とFrancato氏は続けます。 「彼らは単なる機械製造業者ではなく、複合材料を知っていて、複合材料の課題も知っていました」と彼は説明します。 「彼らはテープラインの自動化でこのような経験をすべて持っていましたが、材料には入りたくありませんでした。私たちは材料の専門知識を持っていましたが、自動化は私たちの能力の領域ではありませんでした。」

2017年、SABICはAirborneの少数株式を購入しました。両社は協力して、完全に自動化された環境で熱可塑性テープベースのラミネートを大量（年間数百万）で製造するために必要なプロセスと機器を開発しました。このシステムは、最終的にはデジタル複合材料製造ラインと呼ばれるようになります（「高速、高速熱可塑性複合材料の製造」を参照）。