AOC, Zoltek, Astar разрабатывают новый CF-SMC для высокопроизводительных автомобильных запчастей в промышленных масштабах

В рамках исследовательского проекта, финансируемого правительством Великобритании, TUCANA, AOC AG (Шаффхаузен, Швейцария) совместно с Astar (Бискайя, Испания) разработали новую пластиковую формовочную массу (SMC) на основе гибридной полиуретановой технологии Daron, которая позволяет производить измельченные формованные детали из углеродного волокна в промышленном масштабе с механическими характеристиками эпоксидной смолы CF-SMC и простотой производства ненасыщенной полиэфирной смолы (UPR) и винилэфирной смолы (VER) SMC. Вместе CF-SMC поддерживает разработку конструктивных деталей автомобилей с низкой плотностью, способностью к E-покрытием и низким уровнем выбросов, сохраняя при этом гибкость конструкции, типичную для композитов. Он также будет использоваться в сочетании с более дешевым жгутным волокном компании Zoltek (Сент-Луис, Миссури, США).

«В последние годы новые SMC-материалы на основе углеродного волокна стали коммерчески доступными и теперь применяются в полном объеме в промышленных масштабах для производства сверхлегких конструктивных деталей, превосходящих их аналоги из алюминия и стали», - объясняет Рон Верлег, старший научный сотрудник AOC. «В процессе SMC можно использовать несколько систем термореактивных смол, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки».

UPR - это основная смола для применений SMC, отмечает AOC, предлагая хорошие механические свойства, принимая высокие нагрузки наполнителя (снижая стоимость компаунда) и хорошо растекаясь в полости формы. Тем не менее, при использовании с углеродными волокнами неполное смачивание и плохой уровень адгезии UPR к поверхности углеродного волокна приводит к формованным деталям с низкими механическими свойствами.

В качестве альтернативы, VER в основном используются для достижения более высоких механических свойств в формованной детали из углеродного волокна, хотя утолщение VER до необходимого уровня для формования SMC является проблемой, а вязкость имеет тенденцию быть слишком высокой для полной пропитки тонких нитей углеродного волокна, особенно когда требуется более высокая объемная фракция волокна.

Кроме того, эпоксидные смолы (EPR) также были оптимизированы для достижения высоких механических свойств в деталях из SMC. Однако, по словам AOC, было сложно запустить этот процесс с конкурентоспособной стоимостью в крупномасштабных приложениях. Основным недостатком систем EPR SMC является сложный процесс пропитки, созревания и формования, требующий нескольких длительных температурных шагов.

Для решения этих проблем компания AOC разработала свою технологию Daron SMC, которая предлагает такие преимущества, как увеличенное время хранения компаунда (до шести месяцев при комнатной температуре) и оптимизированный поток при компрессионном формовании (полное заполнение полости формы, включая вставки и ребра), что дает модуль упругости при растяжении 43 ГПа и предел прочности при растяжении более 300 МПа. Daron SMC также использует технологию удаления стирола, которая приводит к оптимальной радикальной полимеризации, что приводит к чрезвычайно низким выбросам летучих органических соединений (намного ниже порогового значения 100 мкг / г, установленного для внутренних помещений).

«Из-за низкой вязкости смол Daron тонкие пучки волокон углеродного волокна могут быть очень хорошо пропитаны до больших объемных фракций», - говорит Верлег. «Кроме того, технология Daron SMC приводит к идеальному физическому и химическому взаимодействию между матрицей отвержденной смолы и углеродным волокном».

Чтобы помочь устранить непомерно высокую стоимость CF-SMC в композитной промышленности, производитель углеродного волокна Zoltek также разработал более дешевое двухкомпонентное углеродное волокно 50K, которое можно раскрыть во время процесса компаундирования SMC, обеспечивая при этом небольшой жгут (примерно 3К) характеристики углеродного волокна.

Обе эти технологии - технология раздельного жгута волокна Zoltek и технология Daron SMC от AOC - были разработаны в рамках проекта TUCANA, возглавляемого Jaguar Land Rover (Уитли, Великобритания), который объединяет консорциум академических и промышленных партнеров с целью по созданию более жестких и легких конструкций транспортных средств для повышения производительности электромобилей (электромобилей). Проект TUCANA рассчитывает реализовать это видение, предоставив рентабельные, масштабируемые композитные решения из углеродного волокна, включая CF-SMC, который до сих пор соответствует всем спецификациям проекта на сегодняшний день, включая механическую прочность и формуемость; Панели CF-SMC, проходящие через цех окраски производственной линии, также доказали, что SMC на основе системы смол Daron не показывает расслоения при обработке с определенными параметрами формования.

В дополнение к его использованию для производства внутренних автомобильных деталей, «другие потенциальные области применения этого нового высокопроизводительного CF-SMC включают динамически нагружаемые детали, такие как подрамники двигателя и поворотные кулаки», - заключает Луук Гроеневуд, менеджер по стратегическим проектам в AOC. . «Это делает систему материалов весьма желательным решением для будущих серий крупносерийного производства автомобилей».