Епоксидна SMC, подсилена със стъклени влакна, като алтернатива на въглерода

2023 Автор: Hannah Pearcy | [email protected]. Последно модифициран: 2023-11-26 11:39

Конвенционалните стандартни SMC (листови формовани съединения), които са направени от полиестерни смоли, обикновено имат механични свойства като якост на огъване от 200 MPa, модул на огъване от 10 000 MPa и ударна якост от 90 kJ / m ² при плътност между 1,7 g / cm³ и 1,85 g / cm³. Те са подходящи за голямо разнообразие от приложения в електрическата и автомобилната промишленост, включително интериорни облицовки и калъфки например.

Практическа годност на епоксидни SMC, подсилени със стъклени влакна

Въпреки това, особено в конструкцията на превозни средства, необходимостта от материали с по-ниска плътност - и следователно с по-малка маса - и подобрени механични свойства, като якост на огъване> 350 MPa, модул на огъване с еластичност> 18 500 MPa и устойчивост на удар> 150 kJ / m ^{2 се увеличава}. "Тези стойности могат да бъдат постигнати с SMCs, чийто състав съдържа епоксидни смоли вместо полиестерни смоли", обяснява Peter Ooms, мениджър продажби в Lorenz Kunststofftechnik GmbH. „Въпреки това, обработката на тези термореактори често е била проблемна и формовъчните съединения трудно се оформят, което значително ограничава свободата на проектиране. Предишните епоксидни SMC, подсилени със стъклени влакна, следователно не са практични и затова почти не успяват да го направят на пазара за големите серии."

Състав за формоване на листове

Листово формовъчно съединение (SMC) на английски език означава пластинкови форми за тестоподобно формоване, изработени от термореактивни реактивни смоли и стъклени влакна за производство на влакнесто-пластмасови композити. Всички необходими компоненти са напълно смесени в SMC, готови за обработка. Материалите от влакнеста матрица, които не се доставят като листове, се наричат също и насипни формовъчни съединения.

Обикновено се използват полиестерни или винилови естерни смоли. Подсилващите влакна са нарязани влакна, по-рядко под формата на мат или плат, чиято типична дължина на влакната е 25.4 mm (1 инч). Свойствата и обозначенията на SMC са регламентирани в EN 14598. Прави се разлика между следните видове SMC:

• SMC-LP нисък профил: система с високо качество на повърхността
• SMC-LS с ниско свиване: система с слабо свиване на реакцията
• C-SMC: Система с безкрайни, насочени влакна

За приложения, които изискват висока степен на лека конструкция, скъпият въглерод често се използва в леката автомобилна конструкция. За разлика от тях Лоренц ясно разчита на стъклени влакна. „Епоксидните SMC, подсилени със стъклени влакна, имат съпоставими стойности на якостта с въглеродните влакна, но са 50% по-евтини за производство “, казва Ooms. В допълнение, Lorenz има утвърден процес за рециклиране на SMC материали, подсилени със стъклени влакна, важен аргумент по отношение на изискванията за устойчивост в автомобилната индустрия.

Специален втвърдител за SMC материал

Нов епоксиден SMC, подсилен със стъклени влакна, без предишните слабости, характерни за материала, обаче вече може да отговори на тези изисквания. Предпоставка за това е втвърдител, разработен от Evonik. "VestaliteS е епоксиден втвърдител на базата на диамин, който в комбинация с епоксидни смоли води до лесна и бърза обработка на SMC материал", обяснява д-р инж. Лейф Икерт, отговорен за маркетинговите композити и лепилата, кръстосаните връзки на бизнес звена в Evonik Resource Efficiency GmbH.

Съединението се втвърдява в рамките на 3 минути

Съединенията с този втвърдител имат висока стабилност при съхранение на формовъчното съединение SMC в невтвърдено състояние и все пак позволяват бързо втвърдяване в процеса на производство в рамките на три минути. "В допълнение, свойствата на потока и разрушаването на полуготовия продукт се подобряват по време на пресоването, което дава възможност за високо качество на компонентите", продължава Икерт. Освен това SMC с VestaliteS нямат стирол и имат само ниски емисии на ЛОС, поради което са добре подходящи за интериорни компоненти в автомобила.

Evonik също работи с експертите на Duroplast от Lorenz Kunststoffe от 2018 г. за разработването на съответна SMC. „С този тип сътрудничество, както и с допълнителни анализи и казуси - например в рамките на Европейския изследователски проект Алианс - бихме искали да покажем, че нашият втвърдител в епокси-SMC може да произведе желаните свойства“, обяснява Икерт. Evonik носи компетентността на епоксидния втвърдител, докато компетентността за SMC съединението на полуготовия продукт идва от партньора Lorenz Kunststofftechnik. Съвместното предприятие с Vestaro GmbH също внася измерението на технологията за превозни средства и технологичното консултиране.

Съвет на семинара

Семинарът по леки строителни материали преподава методи, принципи на проектиране и методи за конструиране на леки конструкции. Участниците получават преглед на различни леки материали, научават критерии за подбора на материали и се запознават с предимствата, недостатъците и рисковете на различните материали.

Модифицирана основна рецепта за SMC

Целта сега беше да се създаде съединение, което оптимално да използва потенциала на епоксидния SMC - т.е. всички свойства, които правят материал идеален за леката конструкция на автомобилни и други компоненти. Още преди шест години компанията в Долна Саксония разработи SMC 0208, полуфабрикат, устойчив на пламък и корозия, който е особено устойчив на пламък и корозия в сравнение с други стандартни SMC. „Използвахме и нашата основна SMC рецепта за епоксидна SMC, но я променихме донякъде“, обяснява Ooms. „Заменихме обичайната смола UP с епоксидна смола и също заменихме някои други компоненти. VestaliteS естествено беше добавен като основна съставка."

Резултатът е композитен материал, изработен от епоксидна, армировка от стъклени влакна и пълнители, който има плътност между 1,5 g / cm³ и 1,7 g / cm³ и добра стойност на потока и вече не залепва в инструмента.

В допълнение, той има следните механични свойства:

• якост на огъване> 350 MPa
• модул на огъване> 18,500 MPa
• якост на удар> 150 kJ / m ²

Съединение с регулируеми свойства

Епоксидният SMC е подходящ например като материал за корпуса на акумулатора на електрически и хибридни превозни средства. Досега този компонент е направен от стомана или алуминий, тъй като трябва да е много стабилен и еластичен поради голямото тегло на акумулатора, трябва да абсорбира кинетични сили, възникващи в случай на аварии, и в същото време не трябва да представлява допълнителен риск в случай на пожар. Новият полуфабрикат отговаря на тези изисквания и благодарение на високата степен на свобода на проектиране позволява висока степен на компонентно и функционално интегриране с ефекта на намаляване на разходите и теглото, както и повишаване на безопасността.

Два пъти като забавител на горенето

За разлика от тях, якостта на огъване и якостта на удар на въглерода са средно 320 MPa или 55 kJ / m ². Благодарение на основната си рецепта, новият полуфабрикат също запазва предимствата на SMC като цяло, включително много добро поведение. „За разлика от други пластмаси, съставът съдържа почти никакви запалими петролни производни“, казва Ooms.

"С кислороден индекс > 65%, той е два пъти по-огнеупорен от обикновените пластмаси, които се считат за изключително огнеупорни." Дори когато е изложен на открит пламък, той се гаси за много кратко време и не е склонен да се деформира или капе дори при силна топлина, В допълнение, съединението поддържа висока ударна якост дори при температури от -30 ° C, така че няма риск от чупливост или счупване на материала.