Natuurlijk vezelversterkte SMC voor industriële toepassingen

Een achterspoiler geproduceerd met een nieuwe organische SMC. De onderzoekers waren in staat om complexe geribbelde structuren te vullen met conventionele verwerkingsparameters. Ze vonden geen scheiding van de vezel en de matrix. Fotocredit:Institut für Verbundwerkstoffe (IVW)

Lorenz Kunststofftechnik GmbH (Wallenhorst, Duitsland), een producent van halffabrikaten van polymeer voor verschillende industrieën, heeft een organische plaatvormmassa (SMC) ontwikkeld die natuurlijke vulstoffen en vezels kan bevatten, zoals gemalen zonnebloempitten en riet. , en het Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe (IVW, Kaiserslautern, Duitsland), een non-profit onderzoeksinstelling van de deelstaat Rijnland-Palts en de Technische Universiteit van Kaiserslautern die gespecialiseerd is in de ontwikkeling en verwerking van composieten. Het doel is de ontwikkeling van een thermohardend composiet met een relatief kleine CO₂ voetafdruk.

Peter Ooms, directeur verkoop en bedrijfsontwikkeling bij Lorenz, zegt:“We hebben de IVW geassisteerd met onze expertise en SMC-materialen, evenals bij de daaropvolgende tests voor industriële productie. Het Kaiserslautern-instituut deed de voorbereidende tests op laboratoriumschaal, het algemeen onderzoek en de ontwikkeling van de formuleringen voor de nieuwe biologische SMC.”

Potentiële gebruikers ondervraagd

De twee organisaties hebben een materiaalspecificatieblad ontwikkeld op basis van een enquête onder 30 bedrijven in verschillende sectoren, waaronder elektrische, automobiel- en industriële apparatuur. "Uit ons onderzoek bleek dat verschillende industrieën verschillende eisen stellen aan het materiaal", zegt Ooms. Bijna iedereen wilde echter een levenscyclusanalyse (LCA) hebben om milieuaspecten en CO₂ te documenteren. vermindering van de productie en de recycleerbaarheid. Op basis van deze eisen hebben we de mogelijke organische materialen voor SMC-productie gekozen.”

De partners besloten om een ​​glasvezel SMC te ontwikkelen die gedeeltelijk bestaat uit een organische vulstof. Voor het vulmiddel werden verschillende opties overwogen, waaronder gemalen zonnebloempitten en riet, houtmeel, upcycled calciumcarbonaat uit industriële wateronthardingsinstallaties en thermohardend recyclingmateriaal. Als extra duurzaamheidsinitiatief werden de grondstoffen binnen een straal van 500 kilometer van de fabriek van Lorenz betrokken.

Bij de IVW is onderzoek gedaan naar het SMC en de vulstoffen en hoe de materialen konden worden verwerkt. Factoren die in overweging werden genomen, waren onder meer ondoordringbaarheid, dichtheid, viscositeit en de beschikbaarheid van de grondstof. De onderzoekers werkten bij de ontwikkeling van de formulering met een onverzadigde polyesterhars (UP) en een antikrimpadditief.

De formuleringen bewerken

Vervolgens definieerden de partners de parameters voor een demonstrator-gevechtscomponent die met het nieuwe materiaal moest worden vervaardigd. "Deze demonstrator "hielp ons het vloei- en vormvulgedrag van het materiaal te onderzoeken en te vergelijken met conventionele SMC-halffabrikaten", zegt Dr.-Ing. Florian Gortner, wetenschapper bij de IVW. "Voortbouwend op deze resultaten en op reometrietests van de pers, hebben we een simulatiemodel gebouwd om het stromingsgedrag te demonstreren en voorspellingen over andere vormgeometrieën mogelijk te maken."

Na een eerste onderzoek werd een baseline SMC-harspasta ontwikkeld, bestaande uit een onverzadigde polyester (UP)-hars samen met een anti-krimpadditief, magnesiumoxide en een intern lossingsmiddel om de hars te verdikken, en een kleurpasta. Deze harspasta onderging tests, zodat de onderzoekers konden begrijpen hoe elk van de afzonderlijke componenten binnen de SMC met elkaar in wisselwerking stond. Iteratieve testreeksen van harsformuleringen met verschillende vulstoffen resulteerden uiteindelijk in een aantal organische op vulstof gebaseerde harsen met de gewenste viscositeit, vloei en impregnatiegedrag.

Gortner zegt:"Magnesiumoxide en een intern lossingsmiddel werden gebruikt om de hars te verdikken, en een kleurpasta werd toegevoegd om de halffabrikaten te kleuren. Op basis van de onderzoeksresultaten hebben we verdere additieven toegevoegd en de harspasta aangepast aan de toepassing.”

Ze voerden verschillende iteraties van de formuleringen uit totdat ze kwamen met die met de gewenste viscositeit, vloei en impregnatiegedrag. Het resulterende materiaal maakt de productie mogelijk van halffabrikaten met een lagere dichtheid dan conventionele SMC, waarvan Lorenz hoopt dat het aantrekkelijk zal zijn voor de markt voor elektrische voertuigen. De volgende stap zal zijn om een ​​versie van de hars commercieel te produceren, wat Lorenz volgens Ooms dit jaar wil bereiken.

“Nu we er samen met IVW in zijn geslaagd om deze nieuwe thermoharder te maken, plannen we verdere verbeteringen voor praktische toepassingen”, vult Ooms aan. Lorenz kan bijvoorbeeld iteraties van het materiaal ontwikkelen die de hoeveelheid harspasta variëren in verhouding tot de vulstoffen, of de glasvezel vervangen door natuurlijke vezels, afhankelijk van de toepassing. Lorenz zegt ook dat de onverzadigde polyesterharsen ook kunnen worden vervangen door veiligere, milieuvriendelijkere harsen.

Gortner:“Het doel van ons onderzoeksproject was om aan te tonen dat het gebruik van organische componenten in halffabrikaten thermohardende producten mogelijk is. Dankzij de actieve steun van Lorenz hebben we dit met succes kunnen doen en we zullen de feedback van de industriële productie blijven opnemen in onze resultaten.”