Tecnologia di stampaggio rapido CFRP 10 volte più veloce rispetto alle configurazioni convenzionali

Stephen Moore | 06 marzo 2023

La giapponese Toray Industries ha sviluppato una tecnologia di stampaggio rapido e integrato per componenti per la mobilità in plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP). Questa tecnologia unisce un nucleo leggero e poroso in schiuma rinforzata con fibra di carbonio (CFRF) con una pelle preimpregnata termoindurente che offre proprietà meccaniche eccezionali.

Questa nuova tecnologia consente di stampare componenti per la mobilità in CFRP, come i tetti delle auto, 10 volte più velocemente rispetto a una configurazione di stampaggio in autoclave convenzionale. Inoltre, la massa dei componenti è inferiore alla metà di quella delle controparti in acciaio. Toray intende approfondire ulteriormente la ricerca e lo sviluppo per accelerare l'applicazione di questa tecnologia alle parti dei veicoli elettrici, dove leggerezza e produzione rapida sono vitali.

I componenti CFRP in genere racchiudono anime in schiuma di uretano con pelli preimpregnate termoindurenti. Le applicazioni comuni per queste strutture leggere e rigide sono pannelli di grandi dimensioni per aerei, automobili, navi e infrastrutture. Alcuni hanno spinto per tempi di produzione più brevi per legare in modo ottimale il nucleo dopo averlo modellato sulla pelle. Inoltre, l’elettrificazione dei veicoli ha reso sempre più importante ridurre il peso dei componenti per estendere l’autonomia dei modelli che utilizzano batterie pesanti. Anche le modalità di trasporto emergenti, come la mobilità aerea urbana e i droni, trarranno enormi benefici dai materiali leggeri.

La nuova tecnologia di stampaggio rapido integrato di Toray consente di fabbricare pannelli di grandi dimensioni in un unico colpo di stampa. Questo perché questo approccio modella simultaneamente, termoindurenti e stampi e unisce il nucleo CFRF e la pelle preimpregnata termoindurente nello stesso stampo.

La sincronizzazione dell'espansione del CFRF con i tempi di polimerizzazione del preimpregnato è significativamente più rapida rispetto ai processi convenzionali. La resina termoindurente preimpregnata penetra nel CFRF poroso per unire la pelle e i materiali del nucleo senza utilizzare adesivi per una struttura di legame altamente affidabile. La tecnologia di Toray apre la strada alla produzione rapida di componenti CFRP di grandi dimensioni.

CFRF è un materiale poroso brevettato. La sua resina legante diventa flessibile con il riscaldamento e contemporaneamente si espande con la forza riparatrice delle fibre di carbonio. La risultante rete tridimensionale di fibre corte di carbonio lega fortemente la resina legante e le fibre di carbonio.

Il CFRF offre robustezza, modulo elastico e resistenza agli urti significativamente migliori rispetto ai materiali d'anima convenzionali. Il suo basso intervallo di gravità specifica, pari a 0,2–0,4, migliora le prestazioni e alleggerisce le strutture sandwich.

Toray ha dimostrato il suo concetto utilizzando una pressa per creare un grande pannello per il tetto di un'automobile (1,2 m di lunghezza x 1,2 m di larghezza x 2,3 mm di spessore) in soli cinque minuti, ovvero 10 volte più velocemente dell'approccio convenzionale. L'azienda ha valutato la rigidità, la possibilità di rivestimento, le proprietà di isolamento acustico e altri aspetti pratici richiesti per la produzione automobilistica. Negli importantissimi test di impatto sulla caduta del peso, Toray ha confermato che l'interfaccia del nucleo della pelle non si è delaminata e che l'assorbimento degli urti è eccellente.

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