Framtiden är strukturell formsprutning


Nu är arbetet igång med den Vinnova-finansierade förstudie som ska öka och sprida kunskapen hos svensk plastindustri runt strukturella formsprutade komponenter. Projektgruppen samlades nyligen på Swerea IVF i Göteborg för att staka ut vägen mot kostnadseffektiv och snabb tillverkning av lätta produkter med hög hållfasthet.

Förutom att öka kunskapen kring formsprutning av strukturella komponenter är projektmålet att skapa en klar bild av möjligheter och begränsningar med existerande metoder för formsprutning av termoplastkompositer med långa/kontinuerliga fibrer. Vidare ska projektet utreda vilka simuleringsverktyg som finns tillgängliga för att förutsäga styvhet och styrka för formsprutgods med korta och långa fibrer.

Magnus Lundh från K.D. Feddersen berättade på mötet att det idag finns kommersiella formsprutningsmaterial med 70 vikt% glasfiber och en brotthållfasthet på mer än 300 MPa. Med tillsats av kolfiber istället för glasfiber går det inte att åstadkomma lika hög viktfraktion fiber, men eftersom kolfiber har högre styvhet än glasfiber så kan man ändå få material med E-modul på ca 40 GPa.

Förutom andelen fiber så har även fiberns längd mycket stor betydelse för de mekaniska egenskaperna. Traditionella kortfiberarmerade termoplaster ger produkter med fiberlängder på ca 0.2-0.4 mm, vilket är för kort för att kunna utnyttja fiberns fulla styrka. Nya långfiberarmerade formsprutningsmaterial, med fiberlängder på 10-25 mm, har därför utvecklats och dessa material ger förbättrad brotthållfasthet, mindre kryp och ökad slagtålighet.

Presentationen avslutades med en beskrivning av möjligheter med kolfiberarmerade termoplaster. Eftersom styvheten är väsentligt högre för kolfiber än för glasfiber, och densiteten dessutom är lägre, så går det att åstadkomma rejäla viktbesparingar genom att byta glasfiberarmerade termoplaster mot kolfiberarmerade termoplaster. Magnus visade ett exempel där PA6 med 30% glasfiber ersatts med PA6 med 15% kolfiber i en kopplingspedal. Resultatet 10% lägre vikt och 25% högre styvhet.

Magnus Ullman på Erteco presenterade därefter en ny tejpteknologi som utvecklats av EMS. Tejpen består av kolfiberarmerad termoplast och kan användas för förstärkning av både formsprutade och extruderade komponenter. Förutom förbättrad styvhet (material med E-modul på 35 GPa) och förbättrad hållfasthet (material med brotthållfasthet på 400 MPa) så minskar även materialets krypdeformation högst avsevärt.

Tejpen kan appliceras både inuti materialet och på ytan, beroende på vad som passar bäst för den aktuella produkten. Tejpen kan även appliceras efter formsprutning/extrudering med hjälp av värme (laser, IR, …) och tryck.

Resultat från ett verkligt projekt presenterades, där man använt tejpen för att förstärka ett formsprutat propellernav. För att lyckas hade ett stort antal Moldex3D-analyser genomförts. Vid applicering av tejpen på yttersidan av komponenten uppstod tyvärr släppning mellan tejp och grundmaterial varför man valde att överspruta tejpen för att få bra vidhäftning mellan tejp och grundmaterial och undvika risk för delamineringar.

Staffan Reimendal från Engel presenterade en ny tillverkningsmetod för fiberarmerade termoplaster. Tillverkningsmetoden är utvecklad av Engel och presenterades på K-mässan hösten 2016. Metoden består av förformning av fibervävar, placering av vävarna i ett formverktyg, injicering av smält kaprolaktam och utvätning av vävarna, polymerisation i formverktyget och översprutning av annan termoplast/termoelast om så önskas. Den totala processtiden är ca 3-5 minuter. Fördelar med den nya tillverkningsmetoden är:

  • Hög molekylvikt
  • Hög brottseghet på matrismaterialet
  • Bra utvätning av fibrerna
  • Omformning av färdiga detaljer möjligt
  • Svetsning möjligt
  • Översprutning möjligt

Engel har byggt upp en helautomatiserad produktionscell i Österrike för att visa potentialen för den nya tillverkningsmetoden och saluför nu både material och teknik till företag som tillverkar fordonsprodukter, handhållna verktyg, sportartiklar, medicintekniska komponenter etc.

Nicklas Andersson (se bilden) från Inxide presenterade två nya kompositteknologier som företaget utvecklat och saluför. X-TECH innebär tillverkning av förförmar med hjälp av robot, följt av översprutning. Medan X-SHELL innebär pressning och översprutning av fiberarmerade plattor (organosheets).

Nicklas avslutade sin presentation med att presentera ett antal produktexempel (bilsäten, drönare, byggnadsställningar) där företaget med framgång kombinerat olika tillverkningsmetoder och olika material.