Innovatieve gevormde bevestigingsmiddelen voor CFK componenten

BRON: CW Op de JEC beurs in Parijs dit jaar, was een van de projectdisplays in de Automotive World showcase een in-gevormd bevestigingsmiddel ontwikkeld door Böhlhoff Otalu (La Ravoire, Frankrijk), de Franse dochter van de Duitse bevestigingsmiddellenleverancier Böhlhoff (Bielefeld). Yann Bernard is de productmanager voor de Böhlhoff IMTEC HR, wat staat voor In-Molding TECnologie Hoog mechanische Resistentie bevestigingsmiddel. Hij legt uit dat IMTEC HR ontwikkeld werd met de innovatieafdelingen bij automotive OEM's. “We werden gevraagd om te werken aan zware structuren om een hoog prestatieniveau te bereiken. We kunnen heel sterke composietonderdelen maken, maar het zwakke punt is assemblage. De behoefte was voor totale assemblages zoals zitjes, die aan een vloer bevestigd moeten worden.” Bernard merkt op dat in typische metaalstructuren, dit bereikt werd met een blindniet of gelaste moer op de vloer. “Maar nu kunnen vloeren composiet zijn. Dus, hoe bevestig je aan dit type composietstructuur?”

Het doel was een bevestigingsmiddel sterk genoeg om een composietonderdeel te bevestigen, maar ook kosteneffectief en geschikt voor hoog-volume productie. “Bevestiging aan metalen vloeren kan gemakkelijk geindustrialiseerd worden met volledig robotische processen,” zegt Bernard. “Dus het idee voor IMTEC HR was een geindustrialiseerde oplossing voor composieten zonder handmatige operaties.” IMTEC HR bevestigingsmiddelen kunnen in de vorm voor een composiet vloerstructuur geplaatst en geïntegreerd worden tijdens het vormproces. Bernard noemt IMTEC HR compatibel met thermohardende en thermoplastische vormprocessen, inclusief hars overbrengvormen (RTM), compressievorming en injectievorming/overvormen.

Voor injectievorming, wordt het bevestigingsmiddel robotisch eerst op een pen op de vorm geplaatst. De pen localiseert het bevestigingsmiddel en beschermt de draadgangen erin van het bekleed worden met hars. Vervolgens wordt het composietmateriaal robotisch in de vorm geplaatst. De vorm sluit, het plastic wordt geïnjecteerd en het onderdeel wordt ontvormd met geïntegreerd bevestigingsmiddel.

Voor compressievorming, is het proces in essentie hetzelfde behalve dat de pen een plastic afdraai “kapje” is en ook dient om het materiaal opzij te duwen voor het invoegen van het bevestigingsmiddel in het composiet, waardoor de noodzaak voor gaten boren vervalt. Dit bespaart niet alleen tijd, het vermijdt het snijden van de vezels. Het kapje beschermt de binnenste draadgangen weer tijdens vormgeving en wordt verwijderd na het ontvormen van het onderdeel.

“Er zijn geen extra operaties zodra de vloer geproduceerd is,” merkt Bernard op. “We geloven dat deze technologie helpt om composiet vloeren of elk ander structureel onderdeel met een betaalbare productiekost te maken. Het repliceert het gebruik van blindnieten met metalen vloeren omdat het bevestigingsmiddel al in het gevormde composietonderdeel zit. Je bevestigt nu het zitje met standaardmethoden. Dit egaliseert het speelveld omdat onderdelen aan een composiet vloer op dezelfde manier bevestigd kunnen worden als aan een metalen vloer.”

Om galvanische corrosie te weerstaan, is IMTEC HR beschikbaar in gezinkt staal en in roestvrij staal, het laatst voornamelijk gebruikt voor koolstofvezelversterkte kunststof (CFK). Verschillende bevestigingsmiddelversies zijn ook beschikbaar, inclusief bouten (stiften), moeren en afstandshouders. “We kunnen ook de grootte van de gaten en afmetingen van het bevestigingsmiddel wijzigen om aan specifieke vereisten te voldoen,” zegt Bernard.

Speciale vorm voor energieabsorptie

Ik vroeg Bernard over de vorm van deze bevestigingsmiddelen, uitleggend dat ze eruitzagen zoals anderen die ik had gezien, inclusief Big Head en Spida Fixings. Hij zei dat de vorm herinnerend is maar anders, ontwikkeld om de geleidelijke vrijgave van energie tijdens crashcondities toe te staan. “Het is sterke genoeg om hoge mechanische prestaties te bieden maar kan energie absorberen in crash test condities om catastrofale broos falen te vermijden,” legt hij uit. “Het stelt elastische dan plastische deformatie toe zonder te breken. Zonder dit gedrag, zou de composiet vloer bij de bevestiging vervormen en breken of het metalen bevestigingsmiddel zou breken. Dit was een kwestie met het aanpassen van bevestigingsmiddelen voor composietstructuren.”

Big Head (links) en Spida Fixings (rechts) bevestigingsmiddelen voor composieten.
BRON: Big Head en Spida Fixings.

Een ander aspect van de vorm is de blaadjes. “Deze zijn ontworpen om in het composietmateriaal in te bedden tijdens vormgeving,” zegt Bernard. “Je moet dit bevestigingsmiddel ontwerpen om in het onderdeel in te bedden en niet in de vorm te laten.” Hij merkt ook op dat de bevestigingsmiddelflens achter het composietonderdeel zit en de onderdeeldoorsnede niet vermindert. “Dit is belangrijk om een ingebouwd bevestigingsmiddel te bereiken terwijl de onderdeeldoorsnede behouden blijft, wat structurele eigenschappen geeft.”

Böhlhoff's IMTEC HR bevestigingsmiddel ontwikkeld voor vormproces bedekt in het composietonderdeel zonder de doorsnede te verminderen. BRON: Böhlhoff.

Een speciale versie van IMTEC HR is ontwikkeld met Cetim die compatibel is met de QSP productielijn. Cetim is de Franse onderzoeksorganisatie die het Quilted Stratum Process (QSP) ontwikkeld heeft voor hooggeautomatiseerde productie van composietonderdelen.

Volgens een artikel gepubliceerd door Cetim, toont het octrooi-pendente IMTEC HR bevestigingsmiddel ontwikkeld voor QSP een 30-75% toename in pull-through prestaties en 60-75% verbetering in lap-scherprestaties vergeleken met conventionele bevestigingsmiddelen.