Tại sao Asahi Kasei phát triển UD tape?

Tại sao chúng tôi phát triển UD tape? Giải quyết các dự án phát triển hấp dẫn hơn và thúc đẩy công ty phát triển trong 100 năm tới

Năm 2022, chúng tôi kỷ niệm 100 năm thành lập Asahi Kasei—và ngay lập tức bắt tay vào hành động hướng tới 100 năm tiếp theo với những sáng kiến đầy thách thức nhằm xây dựng xã hội bền vững và tạo ra giá trị mới.

Hôm nay chúng tôi đã mời hai kỹ sư—Shunta Kimura, người từng làm việc trong lĩnh vực phát triển các sản phẩm như vải không dệt​ và UD tape(băng một chiều, vật liệu được gia cố bằng sợi một chiều) và Yuki Mori, chuyên gia công nghệ đã đóng góp vào sự phát triển polyamit tại Asahi Kasei trong nhiều năm—để cho chúng tôi biết về UD tape và Asahi Kasei như thế nào đã đến để phát triển nó.

――UD tape là loại sản phẩm gì?

Mori:​ ​UD tape (băng đơn hướng, vật liệu gia cường sợi một hướng), chúng tôi đã phát triển tại Asahi Kasei là vật liệu gia cường sợi được tạo ra bằng cách tẩm sợi carbon bằng nhựa polyamide (PA, nylon), tạo ra một chất trong đó sợi carbon chiếm khoảng một nửa thể tích. Nhựa polyamide được sử dụng cho quá trình tẩm này dựa trên công nghệ polyme được sử dụng để sản xuất nhựa polyamide LEONA™ của Asahi Kasei. Đặc điểm chính của UD tape là các sợi gia cường của nó thể hiện cấu trúc tiếp giáp một hướng, cho phép các sợi tối đa hóa hiệu ứng gia cường của chúng.

―― Các tính năng của UD tape phản ánh khả năng độc đáo của Asahi Kasei như thế nào?

Mori:​ ​UD tape  của chúng tôi có ba ưu điểm quan trọng: sự ngâm tẩm dày đặc của nhựa polyamit giữa các sợi carbon, độ bám dính mạnh và sự biến đổi tối thiểu về tính chất vật lý do khả năng hấp thụ nước. Đầu tiên, nhựa polyamit chuyên dụng mà chúng tôi sử dụng có độ nhớt cực thấp khi được nung nóng đến trạng thái nóng chảy, cho phép nó chảy tự do qua các khoảng trống giữa các sợi carbon để đạt được khả năng thâm nhập sâu—và khả năng thấm dày đặc. Điều này tạo ra một loại vật liệu trong đó sợi carbon và nhựa được kết dính chặt chẽ với nhau trong một cấu trúc nguyên khối cao, tối đa hóa tác động gia cố của sợi carbon. Nếu sự ngâm tẩm không đủ đậm đặc, vật liệu sẽ kết hợp với một số lượng lớn các vùng trống, gọi là khoảng trống . Các lỗ rỗng làm suy giảm đặc tính của vật liệu bằng cách đóng vai trò là vị trí ban đầu gây ra hư hỏng vật liệu khi các sản phẩm đúc làm từ UD tape giàu độ rỗng chịu tải.

Chúng tôi cũng đã cải thiện đặc tính kết dính bằng cách kiểm soát hoạt động nóng chảy và đông đặc của nhựa polyamit chuyên dụng của chúng tôi. Nhựa polyamit được sử dụng trong UD tape có đặc tính gọi là dẻo nhiệt, nghĩa là nó có thể tan chảy bằng cách nung nóng trong khuôn, sau đó đông cứng lại bằng cách làm nguội để tạo ra các sản phẩm đúc. Khi sản phẩm đúc khuôn được sản xuất bằng cách xếp chồng nhiều lớp UD tape trong máy ép nhiệt, các lớp UD tape bám dính vào nhau khá tốt. Tương tự, đối với các quy trình ép phun liên quan đến vật liệu được nung nóng đến trạng thái nóng chảy trên UD tape, chúng tôi quan sát thấy độ bám dính tốt giữa UD tape và vật liệu được ép phun. Cuối cùng, các loại nhựa polyamit điển hình có một vấn đề là đặc tính vật liệu của chúng bị suy giảm do hấp thụ nước, nhưng đây là một lĩnh vực mà công nghệ polyme LEONA™ của chúng tôi đã được sử dụng hiệu quả.

UD tape nâng cao giá trị gia tăng của các sản phẩm đúc khuôn—trên nhiều kỹ thuật đúc khuôn

――Băng UD tape có ứng dụng gì trong công nghệ đúc khuôn?

Kimura: Các thành phần được tạo thành từ UD tape, khi được sử dụng kết hợp với kỹ thuật ép phun, cho phép chúng tôi sản xuất các thành phần đúc phun vừa được gia cố cường độ vừa có hình dạng giống như sản phẩm cuối cùng. Ví dụ, bằng cách chèn một vòng băng UD được tạo hình sẵn vào khuôn ép trước quá trình ép phun, chúng ta có thể chế tạo các bộ phận phức tạp với các vùng đầu vào được gia cố cường độ nhờ sự hiện diện của vòng.

Đối với các thành phần được làm từ chính UD tape, một phương pháp đúc phổ biến là "đúc ép nhiệt": Nhiều bản sao có hình dạng mong muốn được cắt ra từ các tấm nguyên liệu thô, xếp chồng lên nhau trong khuôn, được nung nóng trên nhiệt độ nóng chảy của UD tape, sau đó được làm nguội dưới áp suất tác dụng, kết hợp các lớp băng thành một bộ phận đúc nguyên khối. Một cách tiếp cận khác khai thác một trong những điểm mạnh độc đáo của UD tape—sự liền kề của sợi carbon—là cắt các tấm vật liệu thành các mảnh hình chữ nhật, với chiều dài các cạnh có lẽ là vài cm, sau đó gói ngẫu nhiên các mảnh này vào khuôn để gia nhiệt. - ép khuôn. Kỹ thuật này có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm có hình dạng 3 chiều phức tạp.

Một cách tiếp cận khác là "đúc xếp chồng", trong đó UD tape bị nóng chảy do đốt nóng bằng tia laser khi nó được dán vào một bộ phận. Điều này cho phép UD tape chỉ được áp dụng ở những khu vực và theo những hướng cần thiết, đảm bảo sử dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu. Cuối cùng, phương pháp được gọi là "cuộn dây" bao gồm việc quấn băng UD tape quanh một trục quay trong khi nung nóng để làm nóng chảy băng. Điều này cho phép chế tạo các ống, vòng và các hình dạng khác mà khó đạt được bằng phương pháp ép khuôn.

Hậu trường: Lịch sử chưa kể về sự phát triển của UD tape

―― Asahi Kasei đến với việc phát triển UD tape như thế nào?

Mori: Tôi sẽ phải bắt đầu lại khá xa. Asahi Kasei đã tạo ra nhiều loại polyamit khác nhau bằng cách trộn các loại monome khác nhau với nền polyamit-66. Vào cuối những năm 1990, điều này đã dẫn đến việc tạo ra dòng LEONA™ 90G, đây chắc chắn là một trong những dòng sản phẩm đình đám của chúng tôi. Những loại nhựa này được làm từ polyme gần như thơm polyamit 66 mà chúng tôi tạo ra bằng cách trộn polyamit 66 với các thành phần thơm và chúng cho phép chúng tôi phát triển các loại nhựa ép phun được gia cố bằng cách trộn ở nồng độ cao sợi thủy tinh và các chất gia cố khác.

Vào thời điểm đó, tôi phụ trách hỗ trợ kỹ thuật cho khách hàng trong và ngoài nước, với mục tiêu thúc đẩy doanh số bán các sản phẩm dòng 90G. Và chắc chắn là chúng tôi đã tăng doanh số bán hàng khá đều đặn, nhưng cuối cùng chúng tôi bắt đầu nhận được những phàn nàn về chi phí từ khách hàng ở những nơi xa Nhật Bản, như Mỹ và Châu Âu. Lý do là cơ sở sản xuất nơi chúng tôi pha trộn các polyme cơ bản được đặt tại Nobeoka, tỉnh Miyazaki của Nhật Bản và chúng tôi vận chuyển sản phẩm từ đó đến khách hàng nước ngoài. Vì vậy, điều đó đã thúc đẩy chúng tôi thiết kế và thực hiện kế hoạch sản xuất tại địa phương để giảm thiểu chi phí. Sau đó, vào năm 2018—khoảng 20 năm sau khi tạo ra dòng LEONA™ 90G—đã xuất hiện một loại polyme gần như thơm polyamit mới với tỷ lệ các thành phần thơm thậm chí còn cao hơn, tạo thành nền tảng của dòng LEONA™ SG mà chúng tôi hiện đang được tung ra thị trường.

 

――Có khoảnh khắc cụ thể nào mà bạn nhận ra rằng chúng ta cần tiếp tục phát triển UD tape không?

Mori: Hóa ra, ý tưởng kết hợp vật liệu composite với ép phun là điều chúng tôi đã cân nhắc cho kế hoạch nghiên cứu năm 2017 của mình. Sau đó, vào năm 2019, tôi đang trò chuyện với một người bạn tốt, người đứng đầu bộ phận phát triển của một công ty Đức và bạn tôi nói “Thực ra, chúng tôi đang cố gắng làm một điều gì đó như thế này…” và cho tôi xem một video mô tả các ứng dụng của UD tape. Đó thực sự là động lực thúc đẩy nỗ lực phát triển của chúng tôi. Bởi vì, khi tôi xem bộ phim đó, có điều gì đó đã xảy ra và tôi chợt nhận ra rằng việc kết hợp UD tape với vật liệu ép phun của Asahi Kasei sẽ mang lại giải pháp kịp thời cho những khách hàng đang tìm cách thay thế các thành phần kim loại bằng các chất thay thế gốc nhựa. Cách tiếp cận này không chỉ loại bỏ các chu kỳ phát triển vật liệu kéo dài mà còn làm tăng giá trị gia tăng của vật liệu ép phun của chúng tôi—từ đó thúc đẩy doanh số bán hàng. Nó cũng thể hiện sự thay đổi so với chiến lược bán hàng thông thường của chúng tôi, chẳng hạn như phát triển vật liệu mới để đáp ứng yêu cầu của khách hàng và hướng tới tinh thần mới về giải pháp bán hàng, chẳng hạn như giúp khách hàng thay thế các thành phần kim loại bằng các sản phẩm thay thế dựa trên nhựa. Cá nhân tôi thấy loại công việc năng động hơn, sáng tạo hơn này sẽ thú vị hơn nhiều và bổ ích hơn nhiều.

 

――Asahi Kasei là người đến sau trong lĩnh vực UD tape.

Mori: Vâng, đó là sự thật. Các nhà sản xuất sợi carbon là những người đầu tiên tham gia vào cuộc chơi và chúng tôi đã không tham gia cho đến một thời gian sau đó. Nhưng tôi nhận ra rằng, nếu Asahi Kasei không đón nhận những thử thách mới như thế này, chúng tôi sẽ không bao giờ có thể phát triển đáng kể trong tương lai. Đó là lý do tại sao tôi, với tư cách là người phụ trách phát triển, đã đi lên phòng quản lý và cố gắng bắt đầu công việc: Chúng ta không thể cứ tiếp tục yêu cầu khách hàng hướng dẫn những việc cần làm—chẳng bao lâu nữa chúng ta sẽ không thể làm được điều đó. để tự đứng trên đôi chân của mình! Chúng ta cần bắt đầu giải quyết những thách thức lớn hơn! Và với các kỹ sư của chúng tôi, tôi đã nói "Này, chúng ta hãy cùng nhau phát triển một số nội dung thú vị hơn!"

 

―― Kimura-san, bạn tham gia phát triển UD tape như thế nào?

Kimura: Tôi đã báo cáo với Mori-san từ năm 2019 và việc phát triển UD tape là điều chúng tôi đã cùng nhau thực hiện. Tuy nhiên, trước đó, tôi đã làm việc với sợi carbon tái chế (rCF) kể từ khi tôi gia nhập Asahi Kasei vào năm 2017. Một trong những dự án của tôi là phát triển các ứng dụng cho các loại vật liệu ép phun được gia cố bằng rCF, mang lại cường độ riêng và độ đặc riêng tuyệt vời. sự cứng nhắc. Là một dự án phụ, để tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển đổi danh mục kinh doanh nhựa kỹ thuật khỏi khuôn ép phun, tôi đang nghiên cứu phát triển loại vải không dệt​​ bằng cách kết hợp sợi LEONA™ với rCF sợi dài, có chiều dài sợi khoảng vài cm

Các kỹ thuật đúc và quy trình đánh giá cần thiết cho các vật liệu lai loại này hoàn toàn khác với các kỹ thuật được sử dụng cho vật liệu ép phun, và tôi đã cố gắng học mọi thứ có thể - tìm kiếm tài liệu học thuật, tham dự các hội thảo và hội nghị nghiên cứu, và thậm chí ngồi cùng người vận hành thiết bị trên sàn nhà máy đang cố gắng tối ưu hóa các điều kiện của quy trình. Nó khá mệt mỏi! Tuy nhiên, bây giờ nhìn lại, tôi sẽ không đánh đổi kinh nghiệm đó để lấy thế giới—những điều tôi học được trong quá trình đó, cũng như mối liên hệ tôi tạo ra với các nhà sản xuất khuôn đúc và các tổ chức nghiên cứu, vẫn đang mang lại lợi ích cho sự phát triển của chúng tôi cho đến ngày nay. UD tape.

Tương lai của UD tape

――Điều gì tiếp theo dành cho UD tape? Bạn thấy sản phẩm sẽ phát triển như thế nào trong tương lai và bạn có thể hình dung ra những miền ứng dụng mới nào?

Mori: Hiện tại, lịch trình phát triển của chúng tôi dựa trên kế hoạch đưa UD tape ra thị trường vào năm 2025 hoặc 2026. Chúng tôi hy vọng sẽ mở rộng triển vọng của mình sang bao gồm các thiết bị điện và điện tử, sản phẩm thể thao và giải trí cũng như vật liệu xây dựng—và cuối cùng là , linh kiện ô tô và hàng không vũ trụ. Ví dụ: trong lĩnh vực thể thao, chúng tôi nghĩ sẽ có những ứng dụng cho các sản phẩm như gậy đánh gôn và giày thể thao.

Tôi cũng nghĩ rằng việc tìm kiếm các đối tác công ty mới để cộng tác với chúng tôi sẽ rất quan trọng trong tương lai—đặc biệt là các công ty, dù lớn hay nhỏ, liên quan đến lĩnh vực đúc nhựa. Mọi người có thể hình dung Asahi Kasei là một công ty lớn, trưởng thành và có uy tín—nhưng chúng tôi lại nghĩ mình là một công ty khởi nghiệp tồi tàn. Trên hết, mục tiêu của tôi là sử dụng UD tape để xây dựng các đề xuất kinh doanh hấp dẫn với các công ty đang tìm cách làm những điều thú vị và tạo dấu ấn trên thế giới.

Và tôi mong muốn thế hệ của Kimura-san giải quyết những thách thức mới sẽ giúp Asahi Kasei phát triển với tư cách là một công ty—và tiếp sức cho công ty phát triển trong 100 năm tới.