ゼロウェイスト：新しいプロセス、機器はプリプレグ、テープ内臓をリサイクルします

プリプレグ生地または一方向（UD）テープをキッティングする際の課題のひとつは、小さすぎるトリミングや、別のプロジェクトで再利用するには繊維が正しく配置されていないトリミングをどうするかを理解することです。ネスティングソフトウェアとカッターによってスクラップが大幅に削減されましたが、トリミングは依然として埋め立て地に入れられることが多く、材料と部品のコスト、および環境への負担が増大します。ただし、オランダの企業であるVan WeesUDとCrossplyTechnology BV（オランダ、ティルブルグ）は、熱可塑性テープの内臓を再利用するための新しいテクノロジーとそれを可能にするマシンを開発することで、持続可能性の向上を支援しています。

テキスタイルルーツ

1945年に設立され、繊維産業に深く根ざしたVan Weesは、機械と生産ラインを設計、製造、設置、試運転して、以下に焦点を当てた高度な複合材料（熱硬化性または熱可塑性、炭素またはガラス繊維）を製造するフルサービスプロバイダーです。高品質で大量生産の方法。同社は、主に熱硬化性側のエポキシ、熱可塑性側のポリプロピレン（PP）から高温ポリアミド（PA）に至るまでの材料、およびクロスプライおよび多軸UDテープ配置機用のプリプレグ含浸ライン（クリールを含む）を製造しています。 、熱可塑性または熱硬化性テープのいずれかを処理できます。姉妹会社であるEltraEngineering BV（これもティルブルフにあります）は、産業用自動化技術を専門としており、VanWeesマシン用の電気制御とソフトウェアを提供しています。

Van Weesは、Research and Technology Center（R＆TC）で、自社のプロセス開発や、Van Weesシステムを検討しているお客様、または機械の製造を待っている間に機器の操作を学んでいるお客様のために、生産規模の機器を保守しています。これにより、顧客は、評価できる資料を作成したり、評価のために自分の顧客に提供したりすることができます。たとえば、R＆TCでは、トウをクリールから引き出し、繊維を広げて含浸させてテープを製造し、それを会社のクロスプライまたは多軸UDマシンに供給して、さまざまなプライ層と繊維配向のラミネートを製造できます。 （クロスプライラミネートには、0/90度に向けられた少なくとも2つのプライがあり、多軸UDラミネートには、角度 other に向けられた少なくとも2つのUDプライがあります。 より 0/90度。）これらの機械から出るラミネートは、取り扱いを容易にするために一緒に固定されています。次に、それらをネットシェイプのプリフォームにダイカットし、複合部品に加工する準備をします。 Van Weesの機器は、クロスプライおよび多軸UD機器に重点を置いていますが、UD 熱可塑性プラスチックの製造に重点を置いています。 テープの場合、機械を使用して、熱硬化性マトリックスを使用したテープや、UD補強材ではなくファブリックを使用したテープを作成できます。

興味深いことに、顧客のテストや顧客の要求に応じてこれらの製品を製造することによるVan Wees自身のスクラップの問題により、企業の研究者は、テーラードファイバーブランクを使用したプリフォーム製造からのチップ/内臓をリサイクルする「ゼロウェイストプロセス」を開発しました。 。サービスとして、同社はこれらのチップベースの熱可塑性ブランクを評価する機会を顧客に提供しており、すでに大量生産でそれらを商業的に生産するための機器を開発しています。

無駄にしない、したくない

ネット型のプリフォーム（ヴァンウィーズは「パッチ」と呼びます）を作成するための型抜き作業中に、スクラップ材料が収集され、樹脂と繊維の種類によって分離されます。このスクラップは不規則な形状とサイズであるため、ダイカッターは最大サイズが50 x50ミリメートルの「チップ」を生成するように設計されています。次に、刻んだチップを（圧縮または真空成形によって）固められたシートにプレスし、ランダムに配向した不連続な繊維を含むラミネートを作成します。シートを作成するために追加の樹脂は必要ありません。化学的に適合性のある樹脂を含むチップのみが混合されますが、チップベースから形成される最終部品で必要な特性に応じて、ガラス繊維強化チップと炭素繊維強化チップの両方を組み合わせることができます。ラミネート。

ラミネート内の個々のチップの繊維は最大50ミリメートルの長さであり、シート全体の繊維配向はランダムであるため、100％リサイクルされたゼロウェイストテーラードブランクは、特に短繊維射出と比較して、優れた直交異方性の剛性と強度を提供します成形コンパウンド。ただし、ラミネートの不連続繊維束の繊維重量分率は50〜70％になる可能性があるため（最初の配合ではその範囲の上限）、材料は圧縮プレスでほとんど流動できません。したがって、2.5Dまたは3Dの形状を充填するには、射出成形機でチップベースのラミネートを短繊維またはニート樹脂でオーバーモールドする必要があります。また、圧縮プレスで連続繊維材料と同時成形することもできます。いずれにせよ、成形前にラミネートを予熱する必要があります。

興味深いことに、Van Weesは、チップベースのパネルが、同じ繊維と樹脂の構成で、高性能の連続繊維クロスプライパネルの半分の曲げ強度と弾性率を提供することを発見しました。

コンセプトの証明

ゼロウェイストテーラードブランクの機能を紹介するために、ヴァンウィーズはいくつかのデモンストレータープロジェクトを実施しました。 1つは、乗用車のドア内部パネルの補強/クラッシュビームでした。この取り組みは、さまざまな業界向けの量産用の軽量複合部品を開発したLipaシリーズプロジェクトに基づいています。スイスのビュスリンゲンに拠点を置く現在活動していないコンソーシアムは、連続繊維有機シート/ガラスマット熱可塑性プラスチック（GMT）複合材料の予備成形と、射出成形機での繊維強化樹脂の埋め戻しを含むコアテクノロジーに基づいて構築されています。

ヴァンウィーズのデモンストレータービーム（側面衝突/侵入規制を通過するために使用される部分）は、長さ約650ミリメートル、幅110ミリメートル、公称壁3ミリメートル、ベンチマーク材料で約450グラムの重さでした。ミリメートルガラス生地強化PA6。パーツはまた、40ミリメートルの高さである中央のドーム型の構造を特徴としました。有機シートのクラッシュビームは、アプリケーションの要件を満たすのに十分なエネルギー吸収を提供しなかったため、Van Weesの研究者は、1分未満のサイクル時間で、無駄がなく、同じ壁の厚さで全体的なパフォーマンスを改善しようとしました（既存の工具が使用されたため）。 。

Van Weesは、いくつかのポリマーサプライヤーと協力して、ガラス繊維/ PA4 / 10、ガラス繊維/ PP、炭素繊維/ PP、ガラス+炭素繊維/ PPなどのいくつかのポリマーと補強材を使用してUDテープを社内で製造しました。一致する短繊維射出オーバーモールディングコンパウンドは、樹脂サプライヤーによって製造されました。シミュレーションを使用して、パフォーマンス要件を満たすか上回るために、テーラードブランクの個々のUDプライの数と方向を評価しました。次に、テープを使用して連続繊維ラミネートを作成し、そこからクラッシュビームを作成しました。コンピューター支援エンジニアリング（CAE）の結果は、ガラス繊維/ PA4 / 10テーラードブランクがファブリック/有機シートよりも低コストで最高の特性を提供すると予測し、物理テストでこれを確認しました。

廃棄物とコストを削減する機会をさらに探求するために、研究者は連続繊維ラミネートの製造で発生したスクラップ（約30％の切削損失）を再利用してクラッシュビームを製造し、その材料を厚さ1 mmのチップベースのラミネートにリサイクルし、その製品を使用しました多軸UDマシンで作成されたより多くのUD材料の「スキン」間のコア層（3つのUDプライを置き換える）として。興味深いことに、限られたサンプルサイズでの予備テストでは、完全な連続強化ラミネートと比較して、連続強化と不連続強化を組み合わせたハイブリッドラミネートのパフォーマンスの低下はほとんどまたはまったく見られませんでした。

チームが実施した追加の計算では、Lipaシリーズチームが開発した1分間の複合オーバーモールディングプロセスを使用して、VanWeesの年間200万本のクラッシュビームの生産目標を達成できることが示されました。 Van Weesのテーラードブランク生産ラインの稼働速度（多軸UDマシンで1,800パッチ/時間、クロスプライマシンで1,260パッチ/時間）を考えると、スクラップをチップベースのラミネートに変換するための機器を追加すると、ゼロが作成されます。 -生産システムを廃棄し、生産量を30％増やして年間260万個の部品にします。皮肉なことに、射出成形機は、この生産シーケンスの律速段階になります。これは、めったに起こらないことです。

会社の研究者が実施したもう1つの迅速なプロジェクトは、ヴァンウィーズ本社の会議室用の複合面ドアハンドルを開発することでした。参加者は、昨年のコンポジットオーバーモールディング会議で最終的なコンポジットインサートを見ることができました。

「共同開発と革新は現代産業の原動力です」とVanWeesのディレクターであるRienvan denAkerは述べています。 「私たちは、複合チェーンのすべてのプレーヤーとの共同開発が最大の関心事であると信じています。金属は私たちの業界の競争相手であり、最も合理的な方法で作られています。したがって、軽量の複合製品を大量のアプリケーションに導入できるのは、インテリジェントなプロセスと機器を使用する場合のみです。」彼は、熱硬化性および熱可塑性複合部品のゼロウェイスト生産を可能にするために、サプライチェーンメンバー間の共同努力が必要であることを強調しています。 「VanWeesは、製品およびプロセスの開発に関して関係者を喜んで支援します」と彼は付け加えます。