Qualche anno fa, il BMW Group ha compiuto un passo avanti rivoluzionario costruendo l'intero abitacolo in plastica rinforzata con fibra di carbonio. Come al solito, i nuovi metodi di produzione hanno portato anche molta fibra di carbonio riciclata. Come utilizzare sapientemente la fibra di carbonio riciclata, per trasformare i rifiuti in tesoro leggi questo articolo.

Tessitura a secco della fibra di carbonio nella produzione automobilistica La fibra di carbonio riciclata può essere utilizzata in prodotti ingegneristici ad alte prestazioni. Come protofibre, che possono essere trasformate in fibre in fiocco utilizzando un processo innovativo, il materiale composito riempito con questa nuova fibra può essere utilizzato per realizzare componenti automobilistici leggeri e altamente elastici.

La leggerezza porta fibra di carbonio riciclata

L'industria aerea è stata spesso leader nell'uso di componenti leggeri. Per veicoli così costosi, il vantaggio immediato della riduzione del peso è la riduzione del consumo di carburante. L’industria automobilistica si trova ad affrontare sfide simili. Mercati chiave come Europa, Stati Uniti e Cina hanno fissato obiettivi climatici ambiziosi nel tentativo di soddisfare i requisiti normativi per ridurre le emissioni di carbonio. Ad esempio, le normative europee richiedono che le emissioni di CO2 dei veicoli passeggeri siano ridotte a una media di 95 g/km entro il 2020. Di conseguenza, le case automobilistiche e le loro affiliate stanno investendo denaro nella ricerca di nuovi modi per ridurre il consumo di carburante e nell’adattamento di idee non realizzate a progetti leggeri. che può essere prodotto in serie.

Alcuni anni fa il BMW Group ha compiuto un passo avanti rivoluzionario costruendo l’intero abitacolo in plastica rinforzata con fibra di carbonio. Come al solito, i nuovi metodi di produzione portano anche a molta fibra di carbonio riciclata. Queste fibre di carbonio riciclate includono residui di fibre secche e rifiuti umidi. Inizialmente, le case automobilistiche si concentravano sull’essiccazione e sul riciclaggio della fibra di carbonio in tessuti di lunghezza adeguata per l’uso in piccole applicazioni. Tuttavia, il tessuto rimanente potrebbe non soddisfare i requisiti di forma della nuova parte. L’elaborazione manuale si è rivelata costosa, dispendiosa in termini di tempo e soggetta a errori umani. Occorre quindi trovare nuove soluzioni.

Uso efficiente della fibra di carbonio per la tessitura

AKRO-PLASTIC GmbH di Lower Chisen, Germania, ha trovato un modo per aumentare il valore aggiunto della fibra di carbonio riciclata aggiungendola ai polimeri fusi. La fibra del tessuto viene tagliata in più passaggi, come avviene nel modo tradizionale di taglio della fibra di carbonio, e quindi dosata per gravità su un estrusore. La difficoltà principale risiede nel legante in polvere per la tessitura del tessuto. Originariamente, era destinato a mantenere in posizione gli strati di tessuto in fibra di carbonio, impedendone la separazione durante i processi a valle. Il punto chiave dell'alimentazione è come controllare accuratamente la temperatura durante il processo di lavorazione. In questo caso, l'estrusore bivite utilizzato (produttore: FEDDEM GmbH & Co. KG) è dotato di un alimentatore laterale di nuova concezione che aggiunge delicatamente fino al 40% della fibra di carbonio al polimero fuso. Il passaggio successivo è fondamentale per garantire che la macchina sia adeguatamente imballata durante tutto il processo, altrimenti l'elevata conduttività elettrica della fibra di carbonio danneggerà i componenti elettrici.

Materiale composito con vantaggio in termini di peso

La nuova linea AKRO-PLASTIC di prodotti rinforzati con fibra di carbonio, nota come ICF, presenta elevata resistenza e bassa densità ad un prezzo competitivo. È possibile aggiungere fino al 40% di fibra di carbonio. La nuova linea di prodotti mira a ridurre significativamente il peso dei prodotti, in particolare il peso dei componenti portanti. Il composito rinforzato con fibra di carbonio presenta schermatura elettrica ed eccellente conduttività termica, particolarmente adatto per filtri a carbone attivo, supporti unità di controllo e componenti della console centrale. Il confronto in Tabella 1 mostra che il modulo di trazione della PA6 rinforzata con il 15% di fibra di carbonio (AKROMID B3 ICF 15 nero (5026)) è uguale a quello della PA6 rinforzata con il 30% di fibra di vetro. È sufficiente un peso specifico superiore al 12% per rendere il cliente disposto ad accettare una riduzione della resistenza alla flessione del 20%. La rigidità del polimero aumenta fino al 42% con l'aumento del riempimento delle fibre, mentre la resistenza alla flessione a scapito del polimero diminuisce solo del 12%. Ma il vantaggio in termini di peso è stato significativo, con una perdita di peso del 22%.

Perdita di peso con schiuma

In combinazione con altri metodi di lavorazione, il peso dei componenti può essere ulteriormente ridotto. Le due tecnologie più comuni sul mercato sono lo stampaggio a iniezione assistito da acqua e da gas (WIT/GIT). Il polimero schiumogeno fuso con agenti schiumogeni può ridurre ulteriormente il peso dal 6 al 13%, a seconda del metodo utilizzato. Nel test mostrato in Tabella 2, un agente schiumogeno chimico AF-Complex PE 990310TM al 3,5% è stato aggiunto ad una miscela rinforzata con fibra di carbonio al 20% (poliammide + polipropilene) e applicato allo stampo di un tirante. La densità diminuisce di oltre il 13%, meno della densità dell'acqua. Nonostante la significativa perdita di peso, non si è verificata alcuna riduzione della resistenza alla flessione, con circa la stessa rigidità alla flessione della poliammide 6 rinforzata con fibra di vetro al 40%, ma il prodotto caricato con fibra di vetro pesava circa il 50% in più. Pertanto, la schiumatura è la scelta migliore per le parti che richiedono sollecitazione di flessione.