演变成连续纤维增强材料

SABIC 与 Airborne 合作开发了数字复合材料生产线，该生产线将 UD 热塑性胶带快速铺成近净形平面层压板（左），然后在接触加热过程中将它们合并（中），最后修剪并检查它们（右）。预计 Airborne 将于明年开始向消费电子客户运送定制层压板。来源 | SABIC。

SABIC（Bergen op Zoom，荷兰）于 2012 年决定涉足热塑性复合带。该公司已经拥有广泛的聚合物产品，包括短纤维注塑和长纤维热塑性 (LFT) 材料（玻璃纤维和碳纤维增强材料），因此连续纤维带是其核心技术的合理延伸。此外，对热塑性胶带的吸引力与行业趋势相一致，这些趋势有利于能耗更低、更具可持续性并为工人创造更健康环境的材料和工艺技术。 SABIC 确信在多个市场中存在大量未开发的热塑性胶带机会（参见“消费电子产品：混合复合材料覆盖层”）。

最初，参与热塑性胶带的团队决定专注于三项相互关联的技术：材料、设计和加工。

“我们的目标是开发一种能够大规模生产、具有成本效益和可重复性的胶带技术，因此每个部件都具有相同的高质量，”SABIC 全球复合材料领导者 Gino Francato 解释说。 “我们希望我们生产的任何材料都能很好地加工、非常高效并能在很短的周期内成型。由于我们的许多客户更熟悉金属设计，我们知道我们需要引入新的概念和设计工具。”

广泛的基准测试表明，始终如一地制造具有所需尺寸稳定性的高质量薄带的关键参数是纤维铺展和浸渍技术。最终，SABIC 与提供急需的专业知识的 Fiber Reinforced Thermoplastics B.V.（荷兰莱利斯塔德）建立了联系，SABIC 于 2015 年购买了该公司的多数股权。

毫不奇怪，设计和流程建模代表了另一个不足的领域。虽然许多 SABIC 客户对短玻璃纤维和长玻璃纤维注塑等级的设计感到满意，但连续纤维产品却是另一回事，尤其是在与注塑包覆成型相结合时。

“像汽车和消费电子这样的行业不能再通过反复试验 [make and break] 方法开展业务，因此他们需要准确地知道如何预测每种材料的行为以及它们之间的相互作用，”Scott Davis 解释说，SABIC员工科学家-全球应用技术。这导致 SABIC 内部制定了一项雄心勃勃的计划，以开发可与流行的结构和过程计算机辅助工程 (CAE) 工具协同工作的预测工具。材料卡目前据说可用于基于有限元分析 (FEA) 的软件包，如 LS-DYNA（来自 Livermore Software Development Corp.，Livermore，加利福尼亚）和 ABAQUS（来自 Dassault Systèmes，Vélizy-Villacoublay，法国）。

随之而来的另一个认识是，对于这种“欠发达”的技术而言，能够始终如一地生产优质胶带是不够的，因为以高生产速度处理胶带的工艺工程专业知识和自动化设备还没有达到这个水平团队认为他们需要这样做。

“我们希望很多公司能够生产这种高质量的产品，但事实并非如此，”弗朗卡托补充道。 “我们检查了这个行业并考察了很多公司，但大多数都专注于汽车的需求，我们找不到任何我们认为处于合适水平的公司——尤其是服务于消费电子市场的公司。”就在那时，SABIC 的复合胶带团队被介绍给 Airborne（荷兰海牙），这是一家机器制造商和复合加工线开发商。 Airborne 已经成功开发出用于石油和天然气行业的热塑性塑料带制造管道的设备。该公司还拥有在航空航天行业使用热固性胶带的经验。

“我们觉得 Airborne 的目标与我们相同，”Francato 继续说道。 “他们不仅是机器制造商，他们还了解复合材料并了解复合材料面临的挑战，”他解释道。 “他们在自动化胶带生产线方面拥有所有这些经验，但不想进入材料领域，我们拥有材料方面的专业知识，但自动化不是我们的能力范围。”

2017年，SABIC收购了Airborne的少数股权；两家公司合作开发了在全自动环境中大批量（每年数百万）生产基于热塑性胶带的层压板所需的工艺和设备。该系统最终被称为数字复合材料生产线（参见“高速、高速率热塑性复合材料制造”）。