AOC, Zoltek, Astar ontwikkelen nieuwe CF-SMC voor hoogwaardige auto-onderdelen op industriële schaal

In het kader van het door de Britse overheid gefinancierde onderzoeksproject heeft TUCANA, AOC AG (Schaffhausen, Zwitserland), samen met Astar (Biskaje, Spanje), een nieuwe plaatvormmassa (SMC) ontwikkeld op basis van Daron-polyurethaanhybridetechnologie, waarmee de productie van gehakte gegoten onderdelen van koolstofvezel op industriële schaal met de mechanische prestaties van epoxyhars CF-SMC en het fabricagegemak van onverzadigde polyesterhars (UPR) en vinylesterhars (VER) SMC. Samen ondersteunt de CF-SMC de ontwikkeling van structurele auto-onderdelen met een lage dichtheid, E-coat-capaciteit en lage emissies, terwijl de ontwerpflexibiliteit die typisch is voor composieten behouden blijft. Het zal ook worden gebruikt in combinatie met de goedkopere split-tow-vezel van Zoltek (St. Louis, Mo., V.S.).

"De afgelopen jaren zijn nieuwe SMC-materialen op basis van koolstofvezel commercieel beschikbaar gekomen en worden nu op volledige industriële schaal toegepast om ultralichte structurele onderdelen te produceren die beter presteren dan hun equivalenten in aluminium en staal", legt Ron Verleg, senior R&D-wetenschapper bij AOC, uit. "Er kunnen verschillende thermohardende harssystemen worden gebruikt met het SMC-proces, elk met zijn specifieke voor- en nadelen."

UPR's zijn het werkpaardhars voor SMC-toepassingen, AOC-aantekeningen, bieden goede mechanische eigenschappen, accepteren hoge vulstofbelastingen (verlaagt de kosten van de verbinding) en vloeien goed in de vormholte. Maar bij gebruik met koolstofvezels resulteert de onvolledige bevochtiging en slechte hechting van UPR op het koolstofvezeloppervlak in gegoten onderdelen met lage mechanische eigenschappen.

Als alternatief worden VER's voornamelijk gebruikt om hogere mechanische eigenschappen in het koolstofvezelgevormde onderdeel te bereiken, hoewel het verdikken van VER's tot het vereiste niveau voor SMC-gieten een uitdaging is, en de viscositeit neigt te hoog te zijn om de fijne koolstofvezelfilamenten volledig te impregneren, vooral wanneer hogere vezelvolumefracties zijn vereist.

Verder zijn epoxyharsen (EPR's) ook verfijnd om hoge mechanische eigenschappen te bereiken in SMC-onderdelen. Het was echter een uitdaging om dit proces op een kostenconcurrerende manier uit te voeren in toepassingen met grote volumes, zegt AOC. Het belangrijkste nadeel van EPR SMC-systemen is een moeilijk impregneer-, rijpings- en vormproces dat verschillende tijdrovende temperatuurstappen vereist.

Om deze problemen op te lossen, heeft AOC zijn Daron SMC-technologie ontwikkeld, die voordelen biedt zoals een langere opslagtijd van de compound (tot zes maanden bij kamertemperatuur) en een geoptimaliseerde vloei bij het persgieten (volledige vulling van de vormholte, inclusief inzetstukken en ribben), wat resulteert in een trekmodulus van 43 GPa en een treksterkte van meer dan 300 MPa. Daron SMC beschikt ook over een styreen-afvangende technologie die resulteert in een optimale radicaalpolymerisatie, wat leidt tot extreem lage vluchtige organische emissies (ver onder de 100 μg/g-drempel die is ingesteld voor interieurtoepassingen).

“Vanwege de laagviskeuze aard van Daron-harsen kunnen de fijne filamentbundels van de koolstofvezel zeer goed worden geïmpregneerd tot hoge volumefracties”, zegt Verleg. "Bovendien leidt de Daron SMC-technologie tot een ideale fysische en chemische interactie tussen de uitgeharde harsmatrix en de koolstofvezel."

Om de hoge kosten van CF-SMC in de composietindustrie te helpen elimineren, heeft koolstofvezelfabrikant Zoltek ook een goedkopere 50K split-tow koolstofvezel ontwikkeld die kan worden geopend tijdens het SMC-compoundproces, terwijl het een kleine sleep (ruwweg 3K) koolstofvezelprestaties.

Beide technologieën — Zolteks split-tow-vezeltechnologie en AOC's Daron SMC-technologie — zijn ontwikkeld in het kader van het TUCANA-project, geleid door Jaguar Land Rover (Whitley, VK), dat een consortium van academische en industriële partners samenbrengt met als doel van het leveren van stijvere en lichtere voertuigstructuren om de prestaties van elektrische voertuigen (EV's) te verbeteren. Project TUCANA verwacht deze visie te realiseren door kosteneffectieve, schaalbare koolstofvezelcomposietoplossingen mogelijk te maken, waaronder de CF-SMC, die tot nu toe heeft voldaan aan alle specificaties van het project, inclusief mechanische sterkte en vormbaarheid; CF-SMC-panelen die door de verfwinkel van de productielijn lopen, hebben ook bewezen dat SMC op basis van het Daron-harssysteem geen delaminatie vertoont bij verwerking met gedefinieerde vormparameters.

Naast het gebruik voor de productie van structurele interieuronderdelen voor auto's, "bevatten andere mogelijke toepassingen van deze nieuwe, hoogwaardige CF-SMC dynamisch belaste onderdelen zoals subframes van motoren en fusees", besluit Luuk Groenewoud, strategisch projectmanager bij AOC. . "Dit maakt het materiaalsysteem een ​​zeer wenselijke oplossing voor toekomstige grootschalige productieseries in automobieltoepassingen."