Eco-vriendelijke SMC met natuurvezels verhoogt industriële prestaties

Een organische sheet molding compound (SMC) die natuurlijke vullers en vezels kan verwerken – zoals gemalen zonnebloempitten en riet – is ontwikkeld door Lorenz Kunststofftechnik GmbH (Wallenhorst, Duitsland), producent van half-fabrikaten polymeren voor diverse industrieën, en het Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe (IVW, Kaiserslautern, Duitsland), een non-profit onderzoeksinstituut van het land Rheinland-Pfalz en de Technische Universiteit Kaiserslautern, gespecialiseerd in composites ontwikkeling en verwerking. Het doel: ontwikkeling van een thermohardend composiet met een relatief klein CO₂-voetafdruk.

We hebben IVW ondersteund met onze expertise en SMC materialen, alsook in de daaropvolgende testen voor industriële productie. Het Kaiserslautern instituut deed de lab-schaal voorlopige testen, algemeen onderzoek en de ontwikkeling van de formuleringen voor de nieuwe organische SMC. – Peter Ooms, directeur sales en business development Lorenz.

Potentiële gebruikers enquête

De twee organisaties ontwikkelden een materialspecificatieblad gebaseerd op een enquête bij 30 bedrijven in diverse sectoren (elektrisch, automotive, industriële apparatuur). Onze enquête toonde aan dat verschillende industrieën verschillende eisen hebben aan het materiaal, zegt Ooms. Echter, bijna alle wilden een levenscyclusanalyse (LCA) om milieuaspecten en CO₂-reductie in productie te documenteren, alsook recycleerbaarheid. We kozen de mogelijke organische materialen voor SMC productie op basis van deze eisen.

De partners besloten een glasvezel SMC te ontwikkelen die deels bestaat uit een organische vuller. Opties: gemalen zonnebloempitten en riet, houtmeel, ge-upcycleerd calciumcarbonaat van industriële wateronthardingsinstallaties, en thermohardend recyclingmateriaal. Als extra duurzaamheidsinitiatief werden grondstoffen binnen 500 km van Lorenz' faciliteit gehaald.

Formulering en validatie

Onderzoek naar SMC, vullers en verwerkbaarheid werd uitgevoerd bij IVW. Factoren: impregneerbaarheid, dichtheid, viscositeit, beschikbaarheid grondstof. Er werd gewerkt met onverzadigde polyester (UP) hars en anti-krimpadditief.

Demostrator component

Parameters gedefinieerd voor een demonstrator component om stroom- en vulgedrag te onderzoeken en te vergelijken met conventionele SMC half-fabrikaten. Op basis van pers-rheometrie tests werd een simulatiemodel gebouwd om stroomgedrag te voorspellen voor andere vormgeometrieën.

Magnesiumoxide en een intern losmiddel werden gebruikt om de hars te verdikken, en een kleurpasta werd toegevoegd. Vanaf de enquêteresultaten voegden we verdere additieven toe en passten we de hars aan de toepassing aan. – Dr.-Ing. Florian Gortner, wetenschapper IVW.

Na diverse iteraties resulteerde het in organische vuller-gebaseerde harsen met gewenste viscositeit, stroom en impregnatiegedrag. Het resulterende materiaal toestaat productie van half-fabrikaten met lagere dichtheid dan conventionele SMC, wat Lorenz hoopt aantrekkelijk te maken voor de EV-markt. Volgende stap: commerciële productie van de hars, gepland voor dit jaar.

Nu we met IVW hebben geslaagd in het maken van deze nieuwe thermohardende hars, plannen we verdere verbeteringen voor praktische toepassingen – bv. variërende hars/vuller verhoudingen, substitutie glasvezel door natuurvezel, of vervanging UP hars door milieuvriendelijkere alternatieven. – Ooms. Het doel was aan te tonen dat organische componenten in half-fabrikaat thermohardende producten mogelijk is. Dankzij actieve ondersteuning van Lorenz is ons dat gelukt, en we zullen feedback uit industriële productie blijven incorporeren. – Gortner.