トウはどのように広がりますか？
特集記事「スプレッドトウの広がり」が印刷されるにつれ、このサイドストーリーは大きく異なり、主に私たちがどれだけわからないかについて話しました。 トウがどのように広がるかについて。そして、AZLニュースレターNewsLIGHT＃7：ITAの「補強材トウを処理するための新しい超音波拡散プロセス」というタイトルの記事に出くわしました。 」。アーヘン工科大学（ドイツ、アーヘン）の繊維技術研究所（ITA）は、2011年からスプレッドトウの方法を研究していることがわかりました。それぞれの影響要因とそれらを最適化する方法について」と、ITAのコンポジット部門内のテープ研究グループの責任者であるWilkoHappachは述べています。その結果、ITAは高速生産を可能にする新技術を開発しました —最大100 m / min — 幅のばらつきが少ないスプレッドトウテープ 統合制御のおかげです。 ITAはこのテクノロジーを AutoTow と呼んでいます 。
スプレッドトウテクニックを理解する
ITAはテープを追求して研究を始めました。 「織布と非圧着布はかなりの切削廃棄物を生み出し、最適化された設計を可能にしないこともわかっていました」とHappach氏は回想します。 「繊維がすべて荷重の方向に適用されるわけではないため、繊維は無駄になります。」したがって、彼のチームは自動テープ敷設を検討し始めました。 、しかし当時はテープの供給と知識の両方が不足していたとハパックは言います。 「そこで、乾式繊維のバインダーテープを開発することを選択して、独自に作成しました。 初め。"ただし、これを行うには、最初に拡散を理解する必要がありました。
Happachは、ロービングを幅の広い薄いテープに広げるための3つの基本的な方法について説明しています。
- 高張力を使用してスプレッダーバー上に繊維を引っ張る。
- スリットノズルを使用した空気拡散。
- 超音波またはその他の振動をファイバーに適用します。
普及技術とプロセスパラメータ
超音波拡散 - 拡散バーの数（3〜5）
- バーの巻き付け角度（90〜180°）
- バー温度
（22-150°C） - バーの表面（研磨済み、TopoCromコーティングまたはBechemコーティング）
- ロービングプリテンション（最大2,000センチニュートン）
（0〜6バー）
- アクティブな拡散バーの数（3〜5）
- バーの巻き付け角度（1〜120°）
- 超音波周波数（30 kHz）
- 振幅強度
（50-100％） - ロービングプリテンション（最大2,000センチニュートン）
出典：アーヘン工科大学ITAテープセンター
スプレッダーバー 炭素繊維生産者Zoltekによって提出された2001年の特許で使用された最も古くて最も基本的な技術であるように思われます。 Happachは、機器サプライヤーのKarl Mayerも、テープのスプレッダーバーとスプレッドトウファブリックマシンに依存していると述べています。 「この方法の問題は、生産速度が25 m / minに制限されることです」と彼は言います。 「高くしようとすると、摩擦が高すぎてロービングフィラメントが損傷します。バーの広がりも最大広がり幅に制限されます。ロービングは、最大で初期幅の3倍まで広げることができます。」
空気の広がり 、Happach氏によると、面積重量を小さくするために最大の広がり幅が必要な場合に使用されます。 「空気の流れがフィラメントを分離し、摩擦が少ないため、フィラメントの損傷がはるかに少なく、最初のロービング幅の最大6〜7倍の広がりが可能になります」と彼は説明します。 「高張力でバーの上にファイバーを引っ張ることはありません。」
ただし、ガラスやカーボンファイバーに適用するサイズによっては制限があります。 Happach氏は、「エポキシやその他の熱硬化性樹脂用のサイズの繊維は粘着性がある可能性があるため、空気拡散プロセスではフィラメントを簡単に分離できません」と説明しています。この場合、サイズを少し分割するために前処理が必要になる場合があります。ただし、熱可塑性マトリックス樹脂と互換性のあるサイズは、熱可塑性でもあり、べたつかず、サイズのない繊維のように機能します。言い換えれば、フィラメント間の接着はありません。 「したがって、これは簡単に広めることができますが、バラバラになる傾向があるため、取り扱いが困難です」とHappach氏は述べています。
超音波拡散 スプレッダーバーと同じ基本原理を使用しますが、半円筒形のソノトロードを使用します。これは、Happach氏が次のように述べています。ロービングはソノトロードを包み込み、超音波を適用することにより、フィラメントが振動して表面に落ち着き、広がります。」この手法では、より高い拡散率が得られます（つまり、より大きなファイバートウが非常に薄く幅の広いテープに拡散します）が、ガラス繊維やピッチベースの炭素繊維は脆すぎて破損するため、使用できません。
「機械的に誘発された低周波数の振動を使用することもできます。また、熱を使用して繊維のサイズを柔らかくし、フィラメントをより簡単に動かすことができます。」
AutoTow
ITAは、問題を克服するためにAutoTowを開発しました これらの基本的な拡散方法で。 Happachは、拡散効果が最も高いため、Tape Centerは主に24K、50K、および60Kのトウ（彼は三菱製であると述べています）で動作すると述べています。 「回転できるため、最大100 m / minの高速生産速度に到達できます。 最大 80 m / min の個々のスプレッダーバー 、" 彼は説明する。 「したがって、相対速度は20 m / minであり、フィラメントに損傷を与えることなく拡散するのに適しています。」
Happachは、入力ロービング/牽引にはバリエーションがあるためと指摘しています。 、出力スプレッドトウの幅も変化します。 「プリプレグテープを使用すると、サプライヤは単に端を切り落とすだけです。しかし、私たちは樹脂がはるかに少ない乾燥したバインダーテープから始めたので、端を切るのは難しすぎます。」 Happachのチームは、拡散幅を制御するためのより良い手段が必要であることに気づきました。
「私たちはカメラを使用しています スプレッダーに出入りする幅を測定するために」と彼は説明します。 「アルゴリズム この幅の測定値、プロセス速度、および各材料に関する特定の既知の要因を使用して、速度を計算および制御します 5つの回転バーのそれぞれの テープ幅を連続的に調整します。変動を 1ミリメートル未満に減らすことができます 。」
カメラ測定を使用したAutoTow統合幅制御により、幅の変動を1mm未満に低減します。出典：アーヘン工科大学ITAテープセンター
「ラッピング角度の調整も可能です。 各拡散バーの周りのロービングの」とHappachは続けます、「しかしリアルタイムではありません」。したがって、これは各本番稼働のキャリブレーションのようなものです。 「他のすべてはインラインで行われます 」と彼は主張する。 「スプレッドトウの幅を25mmから30mmにしたい場合は、その数値を入力して、数秒以内に 本番環境で変更されます 、および 高速でも、100 m / minでも。」
将来の開発
ITA Tape Centerの目標は、完全なテーププロセスチェーンを持つことです。 産業の発展を支援するために。 「私たちの目標は、業界のパートナーを引き付けて、新しいソリューションを開発することです」とHappach氏は説明します。 「現在、テープ生産ラインと部品生産ラインを構築中です。 また。サイジング、拡散、テープ作成、自動テープ敷設、硬化など、すべての操作を実行したいと考えています。」彼は、ITAが機械サプライヤーや部品製造業者になることは決してないだろうと言います。 「層を薄くするので、軽量の薄層部品の製造を実現したいと考えています。 、より高い機械的特性 。乾燥したバインダーテープを高速かつ高品質レベルで製造できるようになった今、私たちの目標は、面積を減らし、次に熱可塑性プラスチックを製造することです。 および熱硬化性プリプレグ テープ。」
ITA Tape Centerは、熱硬化性および熱可塑性と互換性のあるさまざまなバインダー技術を研究してきました。
ITA Tape Centerがスプレッドトウプロセスの生産スペースとそのパラメータを定義したように、ファイバーサイズの影響に関する重要な知識も開発しました。 およびテープ バインダー テクノロジー。 「さまざまなサイズのレシピをテストしたいサプライヤーがいます。 拡散に最適なものを確認するために」とHappach氏は言います。
バインダー材料の場合、彼は最も重要な要素はマトリックス樹脂との適合性であると強調しています。 「熱硬化性バインダーは、熱硬化性マトリックスとして最高の特性を実現します。」同様に、熱可塑性マトリックスの場合、バインダーは熱可塑性である必要があり、粉末、ベール、またはホットメルトを使用して塗布できます。後者の2つは、非常に迅速な適用を可能にし、テープに高い安定性を与えますが、Happachはベールに注意します。 わずかに高いバインダー含有量が得られます 。これは、部品の設計と製造プロセスの考慮事項に応じて、望ましい場合と望ましくない場合があります。バインダーパラメータと、それらが最終部品にどのように影響するかについての研究は、ITAが完全なプロセスチェーンを構築するにつれて継続されます。
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