AOC, Zoltek, Astar Inovam em SMC de Fibra de Carbono de Alto Desempenho para Peças Automotivas Industriais

AOC, Zoltek, Astar Inovam em SMC de Fibra de Carbono de Alto Desempenho para Peças Automotivas Industriais

Sob o projeto de pesquisa financiado pelo governo do Reino Unido, TUCANA, a AOC AG (Schaffhausen, Suíça), com a Astar (Biscay, Espanha), desenvolveu um novo sheet molding compound (SMC) baseado na tecnologia híbrida de poliuretano Daron, que permite a produção de peças moldadas de fibra de carbono picada em escala industrial com desempenho mecânico de CF-SMC de resina epóxi, e a facilidade de manufatura de SMC de resina de poliéster insaturado (UPR) e resina vinil éster (VER). Juntos, o CF-SMC suporta o desenvolvimento de peças automotivas estruturais com baixa densidade, capacidade de e-coat e baixas emissões, mantendo a flexibilidade de design típica de compósitos. Também será usado em combinação com a fibra split-tow de menor custo da Zoltek (St. Louis, Missouri, EUA).

Desafios das Resinas Tradicionais

"Nos últimos anos, novos materiais SMC baseados em fibra de carbono tornaram-se comercialmente disponíveis e agora são aplicados em escala industrial completa para produzir peças estruturais ultraleves que superam seus equivalentes em alumínio e aço", explica Ron Verleg, cientista sênior de P&D da AOC. "Vários sistemas de resina termofixa podem ser usados com o processo SMC, cada um com suas vantagens e desvantagens específicas."

UPRs são a resina cavalo de batalha para aplicações SMC, observa a AOC, oferecendo boas propriedades mecânicas, aceitando altas cargas de enchimento (reduzindo custo do composto) e fluindo bem na cavidade do molde. No entanto, quando usadas com fibras de carbono, a impregnação incompleta e baixo nível de adesão do UPR na superfície da fibra de carbono resultam em peças moldadas com baixas propriedades mecânicas.

Alternativamente, VERs são usadas principalmente para alcançar propriedades mecânicas mais altas na peça moldada de fibra de carbono, embora engrossar VERs ao nível requerido para moldagem SMC seja um desafio, e a viscosidade tende a ser muito alta para impregnar totalmente os finos filamentos de fibra de carbono, especialmente quando frações de volume de fibra mais altas são requeridas.

Além disso, resinas epóxi (EPRs) também foram ajustadas para permitir altas propriedades mecânicas em peças SMC. No entanto, tem sido desafiador rodar este processo de forma custo-competitiva em aplicações de alto volume, diz a AOC. A principal desvantagem dos sistemas EPR SMC é um processo difícil de impregnação, maturação e moldagem que requer várias etapas de temperatura demoradas.

Solução Daron SMC

Para resolver estes problemas, a AOC desenvolveu sua tecnologia Daron SMC, que oferece benefícios como tempo de armazenamento prolongado para o composto (até seis meses à temperatura ambiente), e fluxo otimizado em moldagem por compressão (preenchimento completo da cavidade do molde, incluindo inserts e nervuras), resultando em módulo de tração de 43 GPa e resistência à tração acima de 300 MPa. O Daron SMC também apresenta tecnologia de scavenging de estireno que resulta em polimerização radicalar ótima, levando a emissões orgânicas voláteis extremamente baixas (muito abaixo do limiar de 100 µg/g definido para aplicações internas).

"Devido à natureza de baixa viscosidade das resinas Daron, os finos feixes de filamentos de fibra de carbono podem ser impregnados extremamente bem até altas frações de volume", diz Verleg. "Além disso, a tecnologia Daron SMC leva a uma interação física e química ideal entre a matriz de resina curada e a fibra de carbono."

Fibra Split-tow de Baixo Custo

Para ajudar a eliminar a natureza custo-proibitiva do CF-SMC na indústria de compósitos, o fabricante de fibra de carbono Zoltek também desenvolveu uma fibra de carbono split-tow 50K de menor custo que pode ser aberta durante o processo de compostagem SMC, enquanto fornece desempenho de fibra small-tow (aproximadamente 3K).

Ambas as tecnologias — tecnologia de fibra split-tow da Zoltek e tecnologia Daron SMC da AOC — foram desenvolvidas sob o projeto TUCANA, liderado pela Jaguar Land Rover (Whitley, Reino Unido), que reúne um consórcio de parceiros acadêmicos e industriais com o objetivo de entregar estruturas de veículos mais rígidas e leves para impulsionar o desempenho de veículos eletrificados (EVs). O projeto TUCANA espera entregar esta visão permitindo soluções compósitas de fibra de carbono custo-efetivas e escaláveis, incluindo o CF-SMC, que até agora cumpriu todas as especificações do projeto, incluindo resistência mecânica e moldabilidade; painéis CF-SMC rodaram pela linha de produção da pintura também provaram que SMC baseado no sistema de resina Daron não mostra delaminação quando processado com parâmetros de moldagem definidos.

"Além de seu uso para produção de peças automotivas estruturais internas, 'potenciais aplicações futuras deste novo CF-SMC de alto desempenho incluem peças dinamicamente carregadas como subframes de motor e nudos de direção', conclui Luuk Groenewoud, gerente de projetos estratégicos da AOC. 'Isso torna o sistema de material uma solução altamente desejável para futuras séries de produção de alto volume em aplicações automotivas.'"