Epoksidni SMC S Steklenimi Vlakni Kot Alternativa Ogljiku

2023 Avtor: Hannah Pearcy | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-08-25 03:39

Konvencionalne standardne SMC-plošče, izdelane iz poliestrskih smol, imajo običajno mehanske lastnosti, kot so upogibna trdnost 200 MPa, upogibni modul 10.000 MPa in udarna trdnost 90 kJ / m ² pri gostoti med 1,7 g / cm³ in 1,85 g / cm³. Primerne so za najrazličnejše uporabe v električni in avtomobilski industriji, na primer za notranje obloge in kabine.

Praktična primernost epoksidnih SMC, ojačenih s steklenimi vlakni

Vendar pa se zlasti pri konstrukciji vozil povečuje potreba po materialih z manjšo gostoto - in s tem manj masi - in izboljšanih mehanskih lastnosti, kot so upogibna trdnost> 350 MPa, upogibni modul elastičnosti> 18.500 MPa in udarna odpornost> 150 kJ / m ². "Te vrednosti je mogoče doseči s SMC, katerih formulacija namesto poliestrskih smol vsebuje epoksidne smole," pojasnjuje Peter Ooms, vodja prodaje pri Lorenz Kunststofftechnik GmbH. „Vendar je bila obdelava teh termosetov pogosto problematična, oblikovalne spojine pa težko oblikovane, kar je močno omejevalo svobodo oblikovanja. Prejšnji epoksidni SMC, ojačani s steklenimi vlakni, zato niso bili praktični in jih je zato komaj dalo na trg za velike serije."

Oblikovanje pločevine

Sheet Molding Compound (SMC), angleščina, označuje plošče v obliki testa podobnih oblikovalnih spojin iz termoreaktivnih reaktivnih smol in steklenih vlaken za proizvodnjo vlaken-plastičnih kompozitov. Vse potrebne komponente so v celoti predmešane v SMC, pripravljene za obdelavo. Materiali iz matriksa iz vlaken, ki niso na voljo v obliki listov, se imenujejo tudi masivne mase.

Običajno se uporabljajo poliestrske ali vinilne estrske smole. Ojačitvena vlakna so razrezana vlakna, redkeje v mat ali tkaninski obliki, katerih značilna dolžina vlaken je 25,4 mm (1 palca). Lastnosti in oznake SMC so urejene v EN 14598. Razlikujemo med naslednjimi vrstami SMC:

• SMC-LP nizki profil: sistem z visoko kakovostjo površine
• SMC-LS z majhnim krčenjem: sistem z majhnim reakcijskim krčenjem
• C-SMC: Sistem z neskončnimi usmerjenimi vlakni

Za aplikacije, ki zahtevajo visoko stopnjo lahke konstrukcije, se dragi ogljik pogosto uporablja v lahki avtomobilski gradnji. V nasprotju s tem se Lorenz očitno opira na steklena vlakna. "Epoksidni SMC, ojačani s steklenimi vlakni, imajo primerljive vrednosti trdnosti z ogljikovimi vlakni, vendar so za izdelavo 50% cenejši, " pravi Ooms. Poleg tega ima Lorenz uveljavljen postopek recikliranja SMC materialov, ojačanih s steklenimi vlakni, kar je pomemben argument z vidika trajnostnih zahtev v avtomobilski industriji.

Poseben trdilec za SMC material

Nova epoksidna SMC, ojačana s steklenimi vlakni, brez predhodnih pomanjkljivosti, značilnih za material, lahko zdaj izpolnjuje te zahteve. Predpogoj za to je trdilec, ki ga je razvil Evonik. "VestaliteS je epoksidni trdilec na osnovi diamina, ki v kombinaciji z epoksidnimi smolami omogoča enostavno in hitro obdelavo materiala SMC," je pojasnil dr. Ing. Leif Ickert, odgovoren za trženje kompozitov in lepil, poslovne enote za križne vezi pri Evonik Resource Efficiency GmbH.

Spojina se strdi v 3 minutah

Spojine s tem trdilcem imajo visoko stabilnost skladiščne mase SMC v nezaščitenem stanju in še vedno omogočajo hitro strjevanje v postopku izdelave v treh minutah. "Poleg tega se med stiskanjem izboljšajo lastnosti pretoka in rušenja polproizvoda, kar omogoča visoko kakovost sestavnih delov," nadaljuje Ickert. Poleg tega SMC z VestaliteS nimajo stirena in imajo le majhne emisije HOS, zato so zelo primerne za notranje komponente v avtomobilu.

Evonik od leta 2018 sodeluje s strokovnjaki za duroplast iz Lorenza Kunststoffe, da bi razvil ustrezen SMC. "S tovrstnim sodelovanjem, pa tudi z dodatnimi analizami in študijami primerov - na primer v okviru evropskega raziskovalnega projekta Alliance - želimo pokazati, da lahko naš trdilec v epoksi-SMC ustvari želene lastnosti," razlaga Ickert. Evonik prinaša kompetenco epoksidnega utrjevalca, medtem ko pristojnost za polizdelke SMC spojina prihaja od partnerja Lorenza Kunststofftechnika. Skupno podjetje z Vestaro GmbH prinaša tudi razsežnost tehnologije vozil in tehnološko svetovanje.

Namig za seminar

Seminar o lahkih materialih v gradbeništvu uči metode, načela oblikovanja in metode gradnje lahkih konstrukcij. Udeleženci dobijo pregled različnih lahkih materialov, se naučijo meril za izbiro materialov in spoznajo prednosti, slabosti in tveganja različnih materialov.

Spremenjen osnovni recept SMC

Zdaj je bil namen ustvariti spojino, ki optimalno izkorišča potencial epoksidnega SMC - to je vse lastnosti, zaradi katerih je material idealen za lahko konstrukcijo avtomobilov in drugih sestavnih delov. Podjetje Spodnja Saška je že pred šestimi leti razvilo SMC 0208, polizdelek, ki je odporen proti plamenu in koroziji, ki je v primerjavi z drugimi standardnimi SMC še posebej odporen proti plamenu in koroziji. "Uporabili smo tudi naš osnovni recept SMC za epoksi SMC, vendar smo ga nekoliko spremenili," pojasnjuje Ooms. »Običajno smolo smo zamenjali z epoksi smolo in zamenjali tudi nekatere druge sestavne dele. VestaliteS je bil naravno dodan kot bistvena sestavina."

Rezultat je kompozitni material iz epoksi, ojačitve iz steklenih vlaken in polnil, ki ima gostoto med 1,5 g / cm³ in 1,7 g / cm³ ter dobro pretočno vrednost in ne drži več v orodju.

Poleg tega ima naslednje mehanske lastnosti:

• upogibna trdnost> 350 MPa
• modul upogibanja> 18.500 MPa
• udarna trdnost> 150 kJ / m ²

Spojina z nastavljivimi lastnostmi

Epoksi SMC je primeren na primer kot material za ohišje akumulatorjev električnih in hibridnih vozil. Doslej je bila ta komponenta izdelana iz jekla ali aluminija, ker mora biti zelo stabilna in prožna zaradi velike teže akumulatorja, zato mora absorbirati kinetične sile, ki nastanejo v primeru nesreče, hkrati pa ne sme predstavljati nobenega dodatnega tveganja v primeru požara. Novi polizdelki izpolnjujejo te zahteve in zaradi visoke stopnje oblikovalske svobode omogočajo visoko komponento in funkcionalno integracijo z učinkom zmanjšanja stroškov in teže ter povečanja varnosti.

Dvakrat kot zaviralec gorenja

V nasprotju s tem sta upogibna trdnost in udarna trdnost ogljika v povprečju 320 MPa ali 55 kJ / m ². Zahvaljujoč osnovnemu receptu, novi polizdelek ohranja tudi prednosti SMC na splošno, vključno z zelo dobrim obnašanjem. "V nasprotju z drugimi plastičnimi materiali sestava skoraj ne vsebuje vnetljivih naftnih derivatov," pravi Ooms.

"Z indeksom kisika> 65% je dvakrat bolj negorljiv kot običajna plastika, za katero velja, da je izjemno odporna proti ognju." Tudi kadar je izpostavljena odprtemu plamenu, se v zelo kratkem času ugasne in se ne nagiba k deformaciji ali kapljanju tudi pri visoki vročini. Poleg tega spojina ohranja visoko udarno trdnost tudi pri temperaturah od -30 ° C, tako da ni nevarnosti krhkosti ali lomljenja materiala.