AOC, Zoltek, Astar desenvolvem um novo CF-SMC para peças automotivas de alto desempenho em escala industrial

No âmbito do projeto de pesquisa financiado pelo governo do Reino Unido, TUCANA, AOC AG (Schaffhausen, Suíça), com Astar (Biscaia, Espanha), desenvolveu um novo composto de moldagem de folha (SMC) baseado na tecnologia híbrida de poliuretano Daron, que permite a produção de picados peças moldadas em fibra de carbono em escala industrial com desempenho mecânico de resina epóxi CF-SMC, e facilidade de fabricação de resina poliéster insaturada (UPR) e resina viniléster (VER) SMC. Juntos, o CF-SMC apóia o desenvolvimento de peças automotivas estruturais com baixa densidade, capacidade de E-coating e baixas emissões, enquanto mantém a flexibilidade de design típica para compósitos. Também será usado em combinação com a fibra de reboque dividido de custo mais baixo da Zoltek (St. Louis, Mo., EUA).

“Nos últimos anos, novos materiais SMC baseados em fibra de carbono tornaram-se disponíveis comercialmente 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, com cada um tendo suas vantagens e desvantagens específicas.”

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

Alternativamente, VERs são usados ​​principalmente para alcançar propriedades mecânicas mais altas na peça moldada de fibra de carbono, embora engrossar VERs para o nível necessário para moldagem SMC seja um desafio, e a viscosidade tende a ser muito alta para impregnar totalmente os filamentos de fibra de carbono fina, especialmente quando são necessárias frações de volume de fibra mais altas.

Além disso, as resinas epóxi (EPRs) também foram ajustadas para permitir que altas propriedades mecânicas sejam alcançadas em peças SMC. No entanto, tem sido um desafio executar esse processo de maneira competitiva em termos de custo em aplicações de alto volume, diz AOC. A principal desvantagem dos sistemas EPR SMC é um processo difícil de impregnação, maturação e moldagem que requer várias etapas de temperatura demoradas.

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

“Devido à natureza de baixa viscosidade das resinas Daron, os feixes de filamentos finos da fibra de carbono podem ser impregnados extremamente bem até frações de alto 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.”

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

Ambas as tecnologias - a tecnologia de fibra split-tow da Zoltek e a tecnologia Daron SMC da AOC - foram desenvolvidas no projeto TUCANA, liderado pela Jaguar Land Rover (Whitley, Reino Unido), que está reunindo 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 essa visão, permitindo soluções de compósito de fibra de carbono escalonáveis ​​e econômicas, incluindo o CF-SMC, que até agora cumpriu com todas as especificações do projeto até o momento, incluindo resistência mecânica e moldabilidade; Os painéis CF-SMC executados na oficina de pintura da linha de produção também provaram que o SMC baseado no sistema de resina Daron não mostra qualquer delaminação quando processado com parâmetros de moldagem definidos.

Além de seu uso para a produção de peças automotivas interiores estruturais, "outras aplicações potenciais deste novo CF-SMC de alto desempenho incluem peças carregadas dinamicamente, como subestruturas de motor e juntas de direção", conclui Luuk Groenewoud, gerente de projetos estratégicos da AOC . “Isso torna o sistema de materiais uma solução altamente desejável para futuras séries de produção de alto volume em aplicações automotivas.”