Tworzywa Wzmacniane Długimi Włóknami (LFT) – cz. 2

Nowe możliwości

W  październiku ubiegłego roku Solvay nabył Epic Polymers, twierdząc, że technologia LFT spółki będzie uzupełniać swoją ofertę zaawansowanych lekkich materiałów dla większych półstrukturalnych części samochodowych. Epic została założona kilka lat temu przez dwóch ekspertów LFT z wewnątrz LNP (Fred Panhuizen i Jörg Konrad). Firma opracowała swoją własną technologię LFT koncentrując się na swojej grupie tworzyw oferowanych na rynku jako PA66 Strator. "Wzrost zapotrzebowania, który doprowadził do tych wyrafinowanych, dopasowanych do indywidualnych potrzeb materiałów oferujących doskonałe właściwości mechaniczne i termiczne, w połączeniu z wysoką odpornością na uderzenia, wytrzymałością i sztywnością w podwyższonych temperaturach, jest napędzany przez potrzebę zmniejszenia zużycia paliwa i niższą emisję CO₂", według firmy Solvay.

W momencie przejęcia Epic prezes jednostki biznesowej Specialty Polymers Solvay (Augusto Di Donfrancesco), stwierdził, że ten ruch pozwoli firmie Solvay na większe zaangażowanie w rynek semistrukturalnych części dla branży motoryzacyjnej, będący głównym obszarem biznesowym i jednocześni na rozwijanie poziomu wiedzy w kierunku zastosowania technologii LFT do najważniejszych polimerów, w tym poliaryloeteroketonów, dostarczając kolejne możliwości zastąpienia metalu w innych sektorach, takich jak transport". Technologia LFT znalazła również zastosowanie do tworzyw PPA Amodel i PPS Ryton z portfolio Solvay oraz szeregu poliamidu 66 Technyl (produkowanego przez Solvay Engineering Plastics).

Borealis jest znaczącą firmą w dziedzinie tworzyw z grupy PP-LFT ze swoją technologią pultruzjii Fibremod, która jest zastrzeżona (Borealis używa terminu PP-LGF do opisania swoich gatunków). Zakład Borealis w Monza we Włoszech, był pierwszym, który został wyposażony w linię produkcyjną Fibremod w 2013 roku. W lutym Borealis poinformował, że powiększył swoją całkowitą zdolność produkcyjną Fibremod do 10.000 ton/rok. Obecnie gatunki opierają się na polipropylenie o bardzo szerokim rozkładzie masy cząsteczkowej.

Borealis pokazał części samochodowe produkowane z PP-LGF Fibremod po raz pierwszy w lutym, na Międzynarodowej Konferencji VDI dotyczącej tworzyw sztucznych w przemyśle samochodowym w Mannheim, w Niemczech. Firma stwierdziła, że najbardziej obiecującym obszarem rozwoju jest zastosowanie w konstrukcjach nośnych. Twierdzi, że znajduje się w zaawansowanym stadium rozwoju w projektach pilotażowych z kilkoma bezpośrednimi poddostawcami, w tym Brose, który poparł obecny rozwój rozwiązania opartego na arkuszach kompozytowych z PP w połączeniu z PP-LFT do produkcji lekkich elementów systemów drzwiowych. Współpraca z Takata, jednym z wiodących na świecie dostawców poduszek powietrznych, doprowadziła do rozwoju nowej generacji obudowy poduszki wykonanej z PP-LGF i arkusza kompozytowego.

Możliwości badawcze

Wiele prac rozwojowych nad LFT w Europie, zwłaszcza w Niemczech, zostało przeprowadzone w partnerstwie przemysł - instytut badawczy. FACT, na przykład, był wydzieloną spółką z Instytutu IVW Materiałów Kompozytowych. Pięć lat temu, wkrótce po opuszczeniu FACT, Tapio Harmia założył firmę Easicomp, działającą przede wszystkim jako dostawca usług w dziedzinie LFT. Easicomp współpracuje także z IVW i jest częścią Europejskiego Sojuszu na rzecz kompozytów termoplastycznych (EATC), którego członkowie reprezentują "skoordynowane zaangażowanie na rzecz rozwoju technologicznego tworzyw termoplastycznych wzmocnionych długim włóknem w ciągu całego łańcucha produkcyjnego”.

"Usługi Easicomp obejmują pomoc w rozwoju produktu LFT, jak również, jako produkcję dla firm stawiających swoje pierwsze kroki w tej dziedzinie. Jeżeli produkty są wystarczająco udane, mogą również pomóc klientom w tworzeniu ich własnej produkcji. T.Harmia sprowadził kilku swoich kolegów z FACT do Easicomp, więc firma ma znaczny zasób wiedzy i doświadczenia, z których można czerpać. "Jeśli jesteś nowy w branży LFT, to istnieje wiele wyzwań, z którymi trzeba się zmierzyć, zaś Easicomp oferuje dość szybką i opłacalną drogę do rynku", powiedział T.Harmia.

T.Harmia powiedział, że kiedy założył Easicomp, chciał uczynić wyraźne zerwanie z FACT. "Używamy całą wiedzę i doświadczenie, które zdobyliśmy w FACT, ale pracujemy w inny sposób. Teraz musimy znaleźć jeszcze lepsze sposoby, aby połączyć ze sobą tworzywa termoplastyczne i włókna ciągłe".

Patrząc na perspektywy LFT pomimo że choć wzrost nie jest tak szybki, jak to było to rynek ciągle rośnie i dojrzewa. Największy wzrost w tej chwili jest w segmencie samochodów typu hatchback. Godnym uwagi jest fakt, że LFT konkurują z kompozytami wzmocnionych krótkim włóknem (SF) ale wykonanymi z bardziej zaawansowanych polimerów (PP-LFT vs. PA-SF, PA-LFT vs. PPA-SF).

Na tym tle, będzie interesujące zobaczyć, jak PPA-LFT będzie pasował do całości rynku tworzyw wzmocnionych (EMS Chemie oraz Solvay są zaangażowane w tej dziedzinie).

Wsparcie projektu

Pomoc w zakresie projektowania produktu staje się coraz ważniejszą częścią całego pakietu oferowanego przez dostawców technologii LFT i użytkowników. PolyOne rozszerzył swoje usługi o IQ Design Labs, które są już dostępne w Ameryce Północnej, Europie (IQ Design Labs jest wewnętrzną grupą projektowania przemysłowego w PolyOne). Rzecznik firmy twierdzi, że usługa jest nie tylko dla użytkowników swojej OnForce LFT, ale dlatego, że sukces projektu LFT często zależy w dużej mierze od prawidłowego zastosowania modelowania CAE, stąd dodatkowe wsparcie jest "bardzo istotne" dla klientów użytkujących LFT.

"Łącząc doświadczenie w projektowaniu, produkcji i chemii polimerów, IQ Design Labs współpracuje z klientami we wczesnych etapach rozwoju produktu inspirując twórcze projekty, które mogą być efektywnie wytwarzane i z powodzeniem wprowadzane", twierdzi firma.

Kolejna firma wytwarzająca kompozyty, Akro-Plastic, ogłosiła niedawno, że kilka gatunków LFT, które są wytwarzane na wytłaczarce zbudowanej przez siostrzaną firmę Feddem, wyposażono w specjalną głowicę typu pultruzyjnego. Szef spółki ds. sprzedaży i innowacji, Thilo Stier, poinformował, że proces ten został opracowany we własnym zakresie.

Akro-Plastic koncentruje się na tworzywach opartych na poliamidach i poliketonach. T.Stier podkreśla w szczególności gatunki oparte na PK, które mają doskonałe właściwości, zwłaszcza pod względem odporności na pełzanie. Twierdzi również, że długie włókna zapewniają znaczną poprawę udarności (patrz rysunek 1 i 2).

Gatunki na bazie poliamidu są dostępne z technologią stabilizacji XTC, która poprawia odporność na wysoką temperaturę. To sprawia, że nadają się one do zastosowań wcześniej zarezerwowanych dla tworzyw wysokotemperaturowych, takich jak PPA i PPS lub jako zamienniki dla metali.

Potężni partnerzy

Prawdopodobnie jednym z najważniejszych wydarzeń biznesowych w sektorze LFT jest niedawna fuzja Coperion i Protec Polymer Processing. W ogłoszeniu o współpracy w listopadzie ubiegłego roku, Coperion poinformował, że poszerza swoją ofertę technologii LFT w Europie i Azji. Obie firmy wspólnie oferują obecnie kompletne instalacje do produkcji granulatu LFT.

Rys 4.  Linia produkcyna LFT opracowania przez PolymersNet

Coperion do projektu wniósł swoje wytłaczarki dwuślimakowe ZSK Mc18 lub STS Mc11. Seria ZSK Mc18 jest stosowana w odniesieniu do produktów z wymaganym dużym momentem obrotowym, takich jak tworzywa konstrukcyjne lub w zastosowaniach dla tworzyw wysokotemperaturowych; seria STS Mc11 jest stosowana dla standardowych tworzyw sztucznych, takich jak polipropylen i polietylen. Jako systemy zasilania i dozowania są stosowane urządzenia firmy Coperion K-Tron. Po impregnacji, nici polimerowe z włóknem są chłodzone w łaźni wodnej i granulowane. Granulator jest wyposażony dla tego zadania w specjalny wirnik tnący.

ProTec opracował głowicę do impregnacji, której, jak twierdzi, nie można zablokować materiałem stanowiącym wypełniacz w osnowie polimerowej. Co więcej niedoprzęd odwijany z wirujących kręgów jest wstępnie nagrzewany i dzięki właściwemu rozłożeniu włókien możliwym staje się jeszcze lepsza ich impregnacja.

ProTec twierdzi, że dysza impregnacyjna urządzenia jest zaprojektowana w taki sposób, że nawet przy użyciu materiałów z recyklingu o zawartości do 10% w stopie, możliwym jest niezmiennie wysoka jakość impregnacji włókien. Rozliczne różne ramy natykowe niezbędne do odwijania włókien szklanych i węglowych na instalacji pultruzji znajdują się również w ofercie firmy.

W czerwcu ubiegłego roku, ProTec nabył PolymersNet. W tym czasie, PolymersNet była jedyną niezależną firmą w Europie wytwarzającą najnowocześniejsze maszyny do wielkoseryjnej produkcji granulatów LFT. Zakład ten został przebudowany i rozszerzony do centrum technologicznego rozwoju procesów i materiałów ProTec, które może być również wykorzystywane przez klientów do przeprowadzania szczegółowych badań. Zakład wykorzystuje 26 mm wytłaczarkę dwuślimakową, podczas gdy zasilanie zapewnia grawimetryczny dziewięcioskładnikowy układ dozowania Sornos Gramix S (Somos to marka ProTec).

"Dzięki know-how skupionemu wzdłuż całego łańcucha procesowego LFT, ProTec utworzył skuteczną strukturę dla tej badań i rozwoju tej technologii dla wyrobów o wysokiej jakości. Jesteśmy teraz miejscem kompleksowej obsługi, oferując wszystko od rozwoju materiałów do testowania i rozruchu wykonanej na zamówienie instalacji pultruzji LFT. Projektujemy instalacje do zawartości włókien do 60% wag. i wydajności nawet do 1200 kg/h", powiedział Peter Theobald, dyrektor zarządzający firmy. /CDN.../