Klaaskiuga Tugevdatud Epoksü SMC Alternatiivina Süsinikule

2023 Autor: Hannah Pearcy | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-08-25 03:37

Polüestervaikudega valmistatud tavalistel standardsetel SMC-del (lehtvormitud ühendid) on tavaliselt sellised mehaanilised omadused nagu paindetugevus 200 MPa, paindemoodul 10 000 MPa ja löögitugevus 90 kJ / m ² tihedusel vahemikus 1,7 g / cm3 ja 1,85 g / cm³. Need sobivad mitmesugusteks rakendusteks elektri- ja autotööstuses, sealhulgas näiteks sisevoodrites ja rummukatetes.

Klaaskiuga armeeritud epoksü-SMC praktiline sobivus

Kuid eriti sõidukite ehitamisel suureneb vajadus väiksema tihedusega ja seega väiksema massiga materjalide ning paremate mehaaniliste omaduste järele, näiteks paindetugevus> 350 MPa, painde elastsusmoodul> 18 500 MPa ja löögikindlus> 150 kJ / m ². "Neid väärtusi on võimalik saavutada SMC-dega, mille koostis sisaldab polüestervaikude asemel epoksüvaike," selgitab Lorenz Kunststofftechnik GmbH müügijuht Peter Ooms. “Kuid nende termoseoste töötlemine oli sageli problemaatiline ja vormimisühendeid raskesti moodustuv, mis piiras oluliselt disainimisvabadust. Varasemad klaaskiuga armeeritud epoksü-SMC-d ei olnud seetõttu praktilised ja seetõttu pole neid suurte seeriate jaoks vaevalt turule tulnud.”

Lehtvormimissegu

Lehtvormimissegu (SMC), inglise keeles, tähistab plaadikujulisi taignakujulisi vormimissegusid, mis on valmistatud termoreaktiivsetest reaktiivsetest vaikudest ja klaaskiududest kiud -plasti komposiitide tootmiseks. Kõik vajalikud komponendid on SMC-s täielikult segatud, töötlemiseks valmis. Kiudmaatriksmaterjale, mida ei tarnita lehtedena, nimetatakse ka puistevormimisühenditeks.

Tavaliselt kasutatakse polüester- või vinüülestrivaike. Armatuurkiud on lõigatud kiud, harvemini mati või kanga kujul, mille tüüpiline kiudu pikkus on 25,4 mm (1 tolli). SMC omadusi ja tähistusi reguleerib EN 14598. Eristatakse järgmisi SMC tüüpe:

• SMC-LP madal profiil: kõrge pinna kvaliteediga süsteem
• SMC-LS madal kahanemine: madala reaktsiooni kahanemisega süsteem
• C-SMC: lõputute, suunavate kiududega süsteem

Rakenduste jaoks, mis nõuavad suurt kergkonstruktsiooni, kasutatakse seetõttu kergete autode ehituses sageli kallist süsinikku. Lorenz seevastu tugineb selgelt klaaskiududele. "Klaaskiuga armeeritud epoksü-SMC-de tugevusväärtused on võrreldavad süsinikkiududega, kuid nende tootmine on 50% odavam, " ütleb Ooms. Lisaks on Lorenzis välja töötatud klaaskiuga tugevdatud SMC-materjalide ringlussevõtu protsess, mis on oluline argument autotööstuse jätkusuutlikkuse nõuete osas.

Spetsiaalne kõvendi SMC materjali jaoks

Uus klaaskiuga armeeritud epoksü SMC, millel ei olnud materjalile varasemaid tüüpilisi nõrkusi, võiks nüüd neile nõuetele siiski vastata. Selle eelduseks on Evoniku välja töötatud kõvendi. "VestaliteS on diamiinil põhinev epoksükõvendi, mis koos epoksüvaikudega annab SMC-materjali hõlpsa ja kiire töötlemise," selgitab dr-Ing. Leif Ickert, kes vastutab kompositsioonide ja liimide turustamise eest, äriüksuse Crosslinkers Evonik ressursitõhususes. GmbH.

Ühend kõveneb 3 min jooksul

Selle kõvendiga ühenditel on SMC vormimissegu kuumtöötlemata olekus kõrge säilivusstaatus ja need võimaldavad siiski valmistamisprotsessis kiiresti kõveneda kolme minuti jooksul. "Lisaks parandatakse pressimise ajal pooltoote voolavus- ja demonteerimisomadusi, mis võimaldab komponentide kõrget kvaliteeti," jätkab Ickert. Lisaks pole VestaliteS-ga SMC-l stüreeni ja VOC-heitkogused on vaid madalad ning sobivad seetõttu hästi auto interjööri komponentide jaoks.

Samuti on Evonik alates 2018. aastast teinud koostööd Lorenz Kunststoffe Duroplasti ekspertidega, et välja töötada vastav SMC. "Seda tüüpi koostöö, samuti täiendavate analüüside ja juhtumianalüüside abil - näiteks Euroopa teadusprojekti Alliansi raames - tahaksime näidata, et meie epoksü-SMC kõvendi abil on võimalik saada soovitud omadusi," selgitab Ickert. Evonik toob sisse epoksükõvendi kompetentsi, samas kui kompetents pooltoote SMC segu osas tuleb partnerilt Lorenz Kunststofftechnikilt. Ühisettevõte Vestaro GmbH-ga toob kaasa ka sõidukitehnoloogia ja tehnoloogiaalase nõustamise mõõtme.

Seminari nipp

Kergete ehitusmaterjalide seminaril õpetatakse kergete konstruktsioonide meetodeid, projekteerimispõhimõtteid ja ehitusmeetodeid. Osalejad saavad ülevaate erinevatest kergekaalulistest materjalidest, õpivad tundma materjalide valiku kriteeriume ja õpivad tundma erinevate materjalide eeliseid, puudusi ja riske.

Modifitseeritud SMC põhiretsept

Nüüd oli eesmärk luua ühend, mis optimaalselt kasutaks epoksü-SMC potentsiaali - st omaks kõiki omadusi, mis muudavad materjali ideaalseks auto- ja muude komponentide kergeks ehituseks. Juba kuus aastat tagasi oli Alam-Saksi ettevõte välja töötanud SMC 0208 - leegi- ja korrosioonikindla pooltoote, mis on teiste levinud SMC-dega võrreldes eriti leegi- ja korrosioonikindel. "Kasutasime ka epoksü SMC jaoks oma SMC põhiretsepti, kuid muutsime seda mõnevõrra," selgitab Ooms. “Asendasime tavalise UP vaigu epoksüvaiguga ja asendasime ka mõned muud komponendid. VestaliteS lisati loodusliku koostisosana loomulikult.”

Tulemuseks on komposiitmaterjal, mis on valmistatud epoksü-, klaaskiudude tugevdusmaterjalist ja täiteainetest, tihedusega vahemikus 1,5 g / cm³ kuni 1,7 g / cm³ ja hea voolavusväärtusega ning ei kleepu enam tööriista sisse.

Lisaks on sellel järgmised mehaanilised omadused:

• paindetugevus> 350 MPa
• paindemoodul on üle 18 500 MPa
• löögitugevus> 150 kJ / m ²

Reguleeritavate omadustega ühend

Epoksü SMC sobib näiteks elektri- ja hübriidsõidukite aku korpuse materjaliks. Siiani on see komponent valmistatud terasest või alumiiniumist, kuna see peab olema aku suure kaalu tõttu väga stabiilne ja vastupidav, peaks absorbeerima õnnetuste korral tekkivaid kineetilisi jõude ja samal ajal ei tohiks see tulekahju korral põhjustada täiendavat riski. Uus pooltoode täidab neid nõudeid ja tänu kõrgele disainivabadusele võimaldab kõrgetasemelist komponentide ja funktsionaalset integreerimist, vähendades kulusid ja kaalu ning suurendades ohutust.

Kaks korda leegiaeglustajana

Seevastu süsiniku paindetugevus ja löögitugevus on keskmiselt 320 MPa või 55 kJ / m ². Tänu oma põhiretseptile säilitavad uus pooltoode ka SMC eelised üldiselt, sealhulgas väga hea voolavuse. "Vastupidiselt muudele plastidele sisaldab kompositsioon vaevalt tuleohtlikke naftaderivaate," ütleb Ooms.

"Hapnikuindeksiga> 65% on see kaks korda vähem leegiaeglustaja kui tavalised plastid, mida peetakse eriti leegiaeglustavaks." Isegi lahtise leegiga kokkupuutel kustub see väga lühikese aja jooksul ega kipu deformeeruma ega tilkuma isegi suure kuumuse käes.. Lisaks sellele säilib ühend kõrge löögitugevuse isegi temperatuuril -30 ° C, seega pole materjali rabeduse ega purunemise ohtu.