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SMC reforçado com fibra natural visa aplicações industriais


Um spoiler traseiro produzido com um novo SMC orgânico. Os pesquisadores foram capazes de preencher estruturas com nervuras complexas com parâmetros de processamento convencionais. Eles não encontraram separação entre a fibra e a matriz. Crédito da foto:Institut für Verbundwerkstoffe (IVW)

Um composto orgânico para moldagem de folhas (SMC) que pode acomodar enchimentos e fibras naturais - como cascas e juncos de sementes de girassol moídas - foi desenvolvido por Lorenz Kunststofftechnik GmbH (Wallenhorst, Alemanha), um produtor de produtos poliméricos semi-acabados para uma variedade de indústrias e o Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe (IVW, Kaiserslautern, Alemanha), uma instituição de pesquisa sem fins lucrativos do estado da Renânia-Palatinado e da Universidade Técnica de Kaiserslautern especializada no desenvolvimento e processamento de compósitos. O objetivo é o desenvolvimento de um composto termofixo com um CO 2 relativamente pequeno pegada.

Peter Ooms, diretor de vendas e desenvolvimento de negócios da Lorenz, afirma:“Auxiliamos o IVW com nossa experiência e materiais SMC, bem como nos testes subsequentes para produção industrial. O instituto Kaiserslautern fez os testes preliminares em escala de laboratório, a pesquisa geral e o desenvolvimento das formulações para o novo SMC orgânico. ”

Usuários potenciais pesquisados ​​


As duas organizações desenvolveram uma folha de especificações de materiais com base em uma pesquisa com 30 empresas em vários setores, incluindo equipamentos elétricos, automotivos e industriais. “Nossa pesquisa mostrou que diferentes indústrias têm diferentes requisitos para o material”, diz Ooms. No entanto, quase todos queriam ter uma avaliação do ciclo de vida (LCA) para documentar os aspectos ambientais e CO 2 redução da produção, bem como reciclabilidade. Escolhemos os materiais orgânicos possíveis para a produção de SMC com base nesses requisitos. ”

Os parceiros decidiram desenvolver um SMC de fibra de vidro que compreende parcialmente um enchimento de base orgânica. Para o enchimento, várias opções foram consideradas, incluindo cascas e juncos de sementes de girassol moídas, farinha de madeira, carbonato de cálcio reciclado de plantas de amaciamento de água industrial e material de reciclagem termofixo. Como uma iniciativa adicional de sustentabilidade, as matérias-primas foram adquiridas a 500 quilômetros das instalações de Lorenz.

Pesquisas sobre o SMC e os enchimentos e como os materiais poderiam ser processados ​​foram realizadas no IVW. Os fatores considerados incluem impregnabilidade, densidade, viscosidade e disponibilidade da matéria-prima. Os pesquisadores trabalharam com uma resina de poliéster insaturado (UP) e um aditivo anti-encolhimento enquanto desenvolviam a formulação.

Trabalhando as formulações


Em seguida, os parceiros definiram os parâmetros para um componente de batalha do demonstrador a ser fabricado com o novo material. “Este demonstrador“ nos ajudou a examinar o fluxo e o comportamento de enchimento do molde do material, e compará-lo com produtos semiacabados SMC convencionais ”, diz o Dr.-Ing. Florian Gortner, um cientista do IVW. “Com base nesses resultados e nos testes de reometria da prensa, construímos um modelo de simulação para demonstrar o comportamento do fluxo e permitir previsões sobre outras geometrias de molde.”

Após a pesquisa inicial, uma pasta de resina SMC de linha de base foi desenvolvida compreendendo uma resina de poliéster insaturado (UP) junto com um aditivo anti-encolhimento, óxido de magnésio e um agente de liberação interna para engrossar a resina e uma pasta colorida. Essa pasta de resina passou por testes para que os pesquisadores pudessem entender como cada um dos componentes individuais interagia dentro do SMC. Uma série de testes iterativos de formulações de resinas com diferentes cargas resultou em várias resinas orgânicas à base de cargas com viscosidade, fluxo e comportamento de impregnação desejados.

Gortner diz, “Óxido de magnésio e um agente de liberação interno foram usados ​​para engrossar a resina, e uma pasta colorida foi adicionada para colorir os produtos semiacabados. Trabalhando a partir dos resultados da pesquisa, adicionamos outros aditivos e adaptamos a pasta de resina para a aplicação ”.

Eles executaram várias iterações das formulações até chegarem àquelas que apresentassem o comportamento de viscosidade, fluxo e impregnação desejados. O material resultante permite a produção de produtos semiacabados com densidade menor que o SMC convencional, que Lorenz espera que sejam atraentes para o mercado de veículos elétricos. O próximo passo será produzir uma versão da resina comercialmente, o que Ooms diz que Lorenz planeja realizar este ano.

“Agora que, junto com a IVW, tivemos sucesso em fazer este novo termofixo, estamos planejando mais melhorias para aplicações práticas”, acrescenta Ooms. Por exemplo, Lorenz pode desenvolver iterações do material que variam a quantidade de pasta de resina em proporção aos enchimentos, ou substituir a fibra de vidro por fibra natural, dependendo da aplicação. Lorenz também diz que as resinas de poliéster insaturadas também podem ser substituídas por resinas mais seguras e ecologicamente corretas.

De acordo com Gortner, “O objetivo do nosso projeto de pesquisa era mostrar que o uso de componentes de base orgânica em produtos termofixos semiacabados é possível. Graças ao apoio ativo da Lorenz, fomos capazes de fazer isso com sucesso e continuaremos a incorporar o feedback da produção industrial em nossos resultados ”.

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