自動車設計に革命: 初の曲面プルトルージョン部品

プルトルージョンは熱硬化性複合材の最古の成形プロセスの一つで、連続繊維熱硬化性成形プロセスの最初と言われています。今日、電柱から窓枠、梯子、鉄筋、風力タービン部品まで幅広い製品を生産しています。自動化が容易で労働力が少なく、かなり大型の高構造部品を妥当なコストと速度で製造可能です。従来のプルトルージョンは、ダイスを通せるほぼあらゆる形状のプロファイル（中空/ソリッド、対称/非対称）を生産できます。しかし、その形状は一定断面/厚みでなければなりません。また、熱可塑性押出しや金属管押出しでは、生産中や生産後に圧力と熱をかけて新形状に曲げられますが、プルトルージョンで直線プロファイル以外を生産するのは困難でした。これが自動車のような大量生産セグメントでのプルトルージョン利用を制限してきました。自動車にはプルトルージョンに適した直線ビームが少ないためです。

それが、トーマスGmbH + Co. テクニーク + イノベーションKG（TTI、ドイツ・ブレマーフォルデ）が開発した特許プロセスにより変わり始めています。これは従来プルトルージョンの多くの制限を克服するものです。実際、初の曲面プルトルージョン自動車部品が、ゼネラル・モーターズ社（ミシガン州デトロイト、米国）による2020年型シボレーコルベットスポーツカーの発売で商業生産に入りました（コルベットプルトルージョン後部バンパー・ビームの全特集を参照）。ティア1サプライヤーのシェイプ・コーポレーション（ミシガン州グランドヘイブン、米国）が、TTIの「ラジウス・プルトルージョン・ムービング・モールド・プロセス」を用いて、カーボンファイバー強化ポリウレタン・アクリレートで車両用曲面リア・バンパー・ビームを生産しています。

これが大きな意味を持つ理由です。

ムービング対ステーショナリー

従来のリニア・プルトルージョンでは、グリッパー付き往復引き取りシステムで、ドライ補強材をクリールから引き出し、液体熱硬化性樹脂で含浸させる浴槽を通過させます。次に、含浸補強材を定置加熱ダイスに引き込み、プロファイルを成形・完全硬化させます。ダイスから出た移動プロファイルは冷却（引き取りユニットによって引き続けられながら）し、長さに切断され梱包されます。

当初、繊維補強は単方向ロービングに厳密に限定されていました—つまり、引き取り軸に対して0度方向の連続ガラス、カーボン、その他繊維です。しかし、時間とともに多軸ファブリック—織物と不クリンプ・ファブリック（NCF）の両方—がプルトルージョン・プロファイルに組み込まれるようになり、歪み/繊維移動なしでさまざまな繊維配向が可能になりました。ほぼあらゆる熱硬化性樹脂システムをプルトルージョンで補強材含浸に使用できますが、かなりの用途でポリウレタンが使用されています。近年、プルトルージョンはプレポリマー化熱可塑性樹脂の使用も可能にするよう改良されてきました。

従来プルトルージョンの多くの特徴が、TTIの「ラジウス・プルトルージョン」プロセスでは逆転していますが、理解すべき最も重要な点は、ラジウス・プルトルージョンではダイスが定置ではなく、移動して材料を引っ張り、一定断面のリニア・プロファイルまたは一定曲率の曲面プロファイルを作ることです。

ダイス、またはダイス系列は、プロファイル上を前後移動して材料を成形・硬化させながら、両者がトラックに沿って前進します—この場合、プロファイルが単一方向に移動し、ダイスが両方向に移動します—さらに、ダイスはドライ補強材を樹脂浴を通過させ、硬化プロファイルをグリッパーとカッター方向へ引っ張ります。リニア断面を生産するには、モールドとプロファイル双方がトラックの直線区間を移動；曲面断面を生産するには、モールドとプロファイルがトラックの曲線区間を移動します。

「この技術では、ダイスが実質的に往復プーラーを置き換え、それが開閉するだけでそれ以外動かない定置グリッパーに置き換わります」と、TTIセールス部長のセバスチャン・メールテンスは説明します。「グリッパーは、硬化プロファイルが予め指定された長さに達し切断準備ができたら閉じて支持しますが、それ以外は開いたままプロファイルを切断ユニット方向へ移動させます。」熱い材料からの繊維引き抜きリスクを減らすため、加熱ダイスはクロムメッキされています。

さらに、この小型システムは出荷が容易で、フォークリフトだけで移動でき、従来ラインより設置が速く、プラント床面積を大幅に削減します。「これは一部用途で興味深いメリットになる可能性があります」とメールテンスは指摘します。「例えば、橋梁改修現場近くに設置して必要に応じて構造要素を生産したり、新幹線敷設に合わせて現場でカスタム長さの鉄筋を生産したりできます。」また、pullCUBEは作業者安全性でも優れ、ユニットが完全密閉されており、作業者が熱い金型表面で火傷したり、グリッパーに挟まれたり、ノコギリで切られたりするリスクがありません。