Los compuestos de fibra de vidrio (PRFV) a escala industrial suelen curarse térmicamente. Una solución más elegante y rápida es la consolidación de plásticos de fibra de vidrio mediante UV como proceso de producción en línea. Gracias a las formulaciones de resina adecuadas y a la tecnología de radiación correcta, las planchas, manguitos o perfiles pueden curarse y secarse directamente en el proceso en pocos minutos. Por esta variante de proceso sostenible, IST Metz GmbH & Co. KG recibió en marzo el premio ThinKing. Esto se debe a que el curado UV no sólo permite trabajar sin CO2, sino que también es especialmente adecuado para la producción en serie gracias a los rápidos tiempos de producción.
La Agencia Estatal de Baden-Württemberg para la Construcción Ligera presenta esta innovación con su ThinKing en marzo de 2022. Con esta etiqueta, Leichtbau BW GmbH ofrece una plataforma mensual a los productos o servicios innovadores en construcción ligera de Baden-Württemberg.
De un vistazo:
- Tiempos de producción cortos: El endurecimiento con luz de alta energía dura sólo unos minutos.
- Sin emisiones de CO2: El proceso de endurecimiento por luz no emite CO2 si se utiliza electricidad verde.
- Energooszczędność: Źródło energii świetlnej nie musi być podgrzewane ani utrzymywane w temperaturze roboczej. Wymaga jedynie energii do procesu konsolidacji.
- Redukcja kosztów: Konsolidacja kompozytów odbywa się bezpośrednio w procesie. Transport do komory w celu utwardzenia i związana z tym obsługa półproduktów nie są konieczne.
- Zrównoważony rozwój: Bardziej przyjazny dla środowiska jednoskładnikowy system żywic nie wymaga styrenu ani rozpuszczalników.
- „Przemysł chemiczny poczynił tak duże postępy w formułowaniu żywic utwardzanych promieniami UV, że możemy teraz zaoferować utwardzanie promieniami UV w seryjnej produkcji elementów z kompozytów włóknistych jako etap procesu inline” - mówi Arnd Riekenbrauck, Senior Manager New Markets w IST Metz GmbH & Co. KG.
Aby wyprodukować komponenty lub półprodukty z TWS, impregnowane żywicą włókna (szklane) są najpierw kształtowane w pożądaną formę - w przypadku arkuszy jako listwy, nawijane na tuleje lub pultrudowane na profile. Zaimpregnowany system włókno-żywica jest następnie sieciowany, utwardzany i suszony poprzez zastosowanie energii. Do tej pory do produkcji arkuszy lub profili konieczne były długie, ogrzewane linie technologiczne, a do produkcji elementów nawijanych - piece lub komory suszenia. Duże instalacje, wysokie zużycie energii i nakłady czasowe, a także dodatkowe zadania związane z transportem i obsługą charakteryzowały dotychczas ten etap procesu w produkcji lekkich komponentów.
Szybkie i eleganckie utwardzanie w linii
Może się to nagle zmienić dzięki zastosowaniu procesu UV. Włókna szklane idealnie nadają się do utwardzania promieniami UV ze względu na ich przezroczystość. Sekundy do kilku minut to wszystko, czego potrzeba do utrwalenia systemów matryc włóknistych za pomocą źródeł promieniowania UV lub UVVis. Po utwardzeniu i schłodzeniu komponent można natychmiast załadować i poddać dalszej obróbce. „W jednym z zastosowań byliśmy w stanie skrócić linię produkcyjną o ponad 80 procent”, mówi Arnd Riekenbrauck. W innym przypadku jedna minuta naświetlania promieniami UV wystarczyła do skonsolidowania 50-centymetrowej tulei GRP wyprodukowanej w procesie nawijania włókien. Ze względu na krótkie czasy cyklu, proces utwardzania UV jest idealny do procesów seryjnych i ciągłych. Proces ten jest również dobrym wyborem dla szczególnie dużych komponentów.
Idealne zastosowania można zatem znaleźć - w prawie wszystkich branżach - w procesach ciągłych, takich jak pultruzja lub w produkcji materiałów płaskich, ale także w procesach RTM lub BMC/SMC.
Oszczędność energii, brak styrenu i CO2
A diferencia de un horno o una línea de calentamiento continuo, las fuentes de radiación UV sólo consumen energía cuando son necesarias para la consolidación. Por tanto, los costes energéticos pueden convertirse directamente en costes unitarios. Además, pueden funcionar con electricidad verde, por lo que no hay emisiones de CO2. En todas las aplicaciones, el curado UV requiere por término medio sólo un 30% de la energía de los procesos térmicos. En el ejemplo del manguito en espiral mencionado anteriormente, la cantidad de energía necesaria fue de unos 0,25 kW por pieza.
Los sistemas de resina monocomponente basados en acrilatos epoxídicos aptos para el curado UV tienen una vida útil teóricamente ilimitada. Dependiendo de la aplicación, se reduce el esfuerzo de limpieza y se puede prescindir de la mezcla. Hay menos residuos de producción. Además, las resinas no necesitan estireno ni otros disolventes. En cuanto a sus propiedades mecánicas, son como mínimo comparables a los sistemas de resina anteriores tras la consolidación.
La experiencia del proceso hace la calidad
Aunque la consolidación UV parezca sencilla, el diseño de la fase del proceso en línea requiere experiencia, ya que debe adaptarse individualmente a cada producto. Arnd Riekenbrauck lo explica: «Nuestros conocimientos sobre aplicaciones y procesos no sólo incluyen las lámparas, sino también el concepto de refrigeración adecuado o las medidas de protección contra explosiones necesarias debido a las altas temperaturas. Y el diseño del sistema de la propia instalación de lámparas en toda la anchura de la línea de proceso tiene una gran influencia en la calidad reproducible de la reticulación, el curado y el secado.»
Además de la temperatura y la irradiación homogénea, las longitudes de onda pertinentes también deben adaptarse al material de la fibra, al componente y al progreso del proceso: desde radiación UVVis de onda larga para materiales más gruesos hasta radiación UV-C de onda corta para el curado superficial puro de capas de acabado en componentes de GRP. También puede ser necesaria la irradiación simultánea desde arriba y desde abajo, por ejemplo para materiales en sándwich o si la translucidez de las fibras dificulta la profundidad de penetración de los haces.
The ThinKing in the video
In the video series "Lightweight construction explained easily", Leichtbau BW presents the ThinKing in just a few minutes: https://youtu.be/APtq8R48t2Q