SMC, армированный натуральными волокнами, предназначен для промышленного применения

Задний спойлер произведен с новым органическим SMC. Исследователи смогли заполнить сложные ребристые конструкции с обычными параметрами обработки. Они не обнаружили разделения волокна и матрицы. Фото:Institut für Verbundwerkstoffe (IVW)

Органический листовой формовочный состав (SMC), который может содержать натуральные наполнители и волокна, такие как измельченные оболочки семян подсолнечника и тростник, был разработан Lorenz Kunststofftechnik GmbH (Валленхорст, Германия), производителем полуфабрикатов из полимерных материалов для различных отраслей промышленности. и Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe (IVW, Кайзерслаутерн, Германия), некоммерческое исследовательское учреждение земли Рейнланд-Пфальц и Технический университет Кайзерслаутерна, специализирующееся на разработке и обработке композитов. Целью является разработка термореактивного композита с относительно небольшим CO ₂ след.

Питер Оомс, директор по продажам и развитию бизнеса Lorenz, говорит:«Мы помогли IVW с нашим опытом и материалами SMC, а также с последующими испытаниями для промышленного производства. Институт Кайзерслаутерна провел предварительные лабораторные испытания, общие исследования и разработку рецептур нового органического SMC ».

Опрошенные потенциальные пользователи

Обе организации разработали спецификацию материалов на основе опроса 30 компаний в различных отраслях промышленности, включая электротехническое, автомобильное и промышленное оборудование. «Наше исследование показало, что разные отрасли промышленности предъявляют разные требования к материалу», - говорит Оомс. Однако почти все хотели, чтобы у него была оценка жизненного цикла (LCA) для документирования экологических аспектов и CO ₂ сокращение производства, а также возможность вторичной переработки. Мы выбрали возможные органические материалы для производства SMC, исходя из этих требований ».

Партнеры решили разработать SMC из стекловолокна, частично содержащего наполнитель на органической основе. В качестве наполнителя было рассмотрено несколько вариантов, в том числе измельченная скорлупа и тростник семян подсолнечника, древесная мука, переработанный карбонат кальция из промышленных водоумягчающих установок и вторичный термореактивный материал. В качестве дополнительной инициативы по обеспечению устойчивого развития сырье было закуплено в пределах 500 километров от завода Lorenz.

В IVW проводились исследования SMC и наполнителей, а также способов обработки материалов. Учитывались такие факторы, как пропитка, плотность, вязкость и доступность сырья. При разработке рецептуры исследователи работали с ненасыщенной полиэфирной смолой (UP) и добавкой, препятствующей усадке.

Работа над составами

Затем партнеры определили параметры демонстрационного боевого компонента, который будет изготавливаться из нового материала. «Этот демонстрационный образец« помог нам изучить текучесть и поведение материала при заполнении формы и сравнить его с обычными полуфабрикатами SMC », - говорит д-р инж. Флориан Гортнер, ученый из IVW. «Основываясь на этих результатах и ​​реометрии пресса, мы построили имитационную модель, чтобы продемонстрировать поведение потока и сделать прогнозы относительно других геометрических форм пресс-формы».

После первоначального исследования была разработана базовая паста смолы SMC, включающая ненасыщенную полиэфирную смолу (UP) вместе с добавкой, препятствующей усадке, оксидом магния и внутренним разделительным агентом для загущения смолы, а также цветной пастой. Эта паста из смолы прошла испытания, чтобы исследователи могли понять, как каждый из отдельных компонентов взаимодействует с SMC. В результате серии итерационных испытаний составов смол с различными наполнителями в конечном итоге был получен ряд смол на основе органических наполнителей с желаемой вязкостью, текучестью и пропитывающими свойствами.

Гортнер говорит:«Оксид магния и внутренний разделительный агент использовались для загустения смолы, а для окраски полуфабрикатов была добавлена ​​паста. Основываясь на результатах исследования, мы добавили дополнительные добавки и адаптировали пасту на основе смолы к области применения ».

Они выполнили несколько итераций составов, пока не нашли те, которые обладают желаемой вязкостью, текучестью и пропиткой. Полученный материал позволяет производить полуфабрикаты с более низкой плотностью, чем обычный SMC, который, как надеется Лоренц, будет привлекательным для рынка электромобилей. Следующим шагом будет коммерческое производство версии смолы, которую, по словам Оомса, Лоренц планирует завершить в этом году.

«Теперь, когда вместе с IVW нам удалось создать этот новый термореактивный материал, мы планируем дальнейшие улучшения для практического применения», - добавляет Оомс. Например, Lorenz может разработать итерации материала, которые изменяют количество полимерной пасты пропорционально наполнителям, или заменяют стекловолокно натуральным волокном, в зависимости от области применения. Лоренц также говорит, что ненасыщенные полиэфирные смолы также можно заменить более безопасными и экологически чистыми.

По словам Гортнера:«Целью нашего исследовательского проекта было показать, что использование компонентов на органической основе в полуфабрикатах из термореактивных материалов возможно. Благодаря активной поддержке Lorenz, нам удалось добиться успеха, и мы продолжим учитывать отзывы промышленного производства в наших результатах ».