SMC reforzado con fibra natural se dirige a aplicaciones industriales

Un alerón trasero producido con un nuevo SMC orgánico. Los investigadores pudieron rellenar estructuras nervadas complejas con parámetros de procesamiento convencionales. No encontraron separación de la fibra y la matriz. Crédito de la foto:Institut für Verbundwerkstoffe (IVW)

Lorenz Kunststofftechnik GmbH (Wallenhorst, Alemania), un productor de productos poliméricos semiacabados para una variedad de industrias, ha desarrollado un compuesto orgánico de moldeo en láminas (SMC) que puede acomodar cargas y fibras naturales, como cáscaras y cañas de semillas de girasol molidas. y el Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe (IVW, Kaiserslautern, Alemania), una institución de investigación sin fines de lucro del estado de Renania-Palatinado y la Universidad Técnica de Kaiserslautern que se especializa en el desarrollo y procesamiento de compuestos. El objetivo es el desarrollo de un compuesto termoestable con un CO ₂ relativamente pequeño huella.

Peter Ooms, director de ventas y desarrollo comercial de Lorenz, dice:“Ayudamos al IVW con nuestra experiencia y materiales SMC, así como en las pruebas posteriores para la producción industrial. El instituto Kaiserslautern realizó las pruebas preliminares a escala de laboratorio, la investigación general y el desarrollo de las formulaciones para el nuevo SMC orgánico ”.

Usuarios potenciales encuestados

Las dos organizaciones desarrollaron una hoja de especificaciones de materiales basada en una encuesta de 30 empresas en diversas industrias, incluidos equipos eléctricos, automotrices e industriales. “Nuestra encuesta mostró que diferentes industrias tienen diferentes requisitos para el material”, dice Ooms. Sin embargo, casi todos querían que tuviera una evaluación del ciclo de vida (LCA) para documentar los aspectos ambientales y el CO ₂ reducción de la producción, así como de la reciclabilidad. Elegimos los posibles materiales orgánicos para la producción de SMC en función de estos requisitos ”.

Los socios decidieron desarrollar un SMC de fibra de vidrio que comprende parcialmente un relleno de base orgánica. Para el relleno, se consideraron varias opciones, que incluyen cáscaras y cañas de semillas de girasol molidas, harina de madera, carbonato de calcio reciclado de plantas industriales de ablandamiento de agua y material de reciclaje termoestable. Como iniciativa de sostenibilidad adicional, las materias primas se obtuvieron a menos de 500 kilómetros de las instalaciones de Lorenz.

En el IVW se llevó a cabo una investigación sobre el SMC y los rellenos y cómo se podrían procesar los materiales. Los factores considerados incluyeron la impregnabilidad, la densidad, la viscosidad y la disponibilidad de la materia prima. Los investigadores trabajaron con una resina de poliéster insaturado (UP) y un aditivo anti-encogimiento mientras desarrollaban la fórmula.

Trabajando las formulaciones

A continuación, los socios definieron los parámetros para que un componente de batalla de demostración se fabrique con el nuevo material. “Este demostrador“ nos ayudó a examinar el flujo y el comportamiento de llenado del molde del material y compararlo con los productos semiacabados convencionales de SMC ”, dice el Dr.-Ing. Florian Gortner, científico del IVW. "Basándonos en estos resultados y en las pruebas de reometría de la prensa, creamos un modelo de simulación para demostrar el comportamiento del flujo y permitir predicciones sobre otras geometrías de moldes".

Después de la investigación inicial, se desarrolló una pasta de resina SMC básica que comprende una resina de poliéster insaturado (UP) junto con un aditivo anti-encogimiento, óxido de magnesio y un agente de liberación interno para espesar la resina y una pasta de color. Esta pasta de resina se sometió a pruebas para que los investigadores pudieran comprender cómo interactuaba cada uno de los componentes individuales dentro del SMC. La serie de pruebas iterativas de formulaciones de resina con diferentes rellenos finalmente dio como resultado una serie de resinas a base de rellenos orgánicos con la viscosidad, el flujo y el comportamiento de impregnación deseados.

Gortner dice:“Se usaron óxido de magnesio y un agente de liberación interno para espesar la resina, y se agregó una pasta de color para colorear los productos semiacabados. A partir de los resultados de la encuesta, agregamos más aditivos y adaptamos la pasta de resina a la aplicación ”.

Hicieron varias iteraciones de las formulaciones hasta que dieron con las que presentaban la viscosidad, el flujo y el comportamiento de impregnación deseados. El material resultante permite la producción de productos semiacabados con una densidad menor que el SMC convencional, que Lorenz espera sea atractivo para el mercado de vehículos eléctricos. El siguiente paso será producir una versión de la resina comercialmente, lo que Ooms dice que Lorenz planea lograr este año.

"Ahora que, junto con IVW, hemos logrado fabricar este nuevo termoestable, estamos planificando nuevas mejoras para aplicaciones prácticas", agrega Ooms. Por ejemplo, Lorenz puede desarrollar iteraciones del material que varían la cantidad de pasta de resina en proporción a los rellenos, o sustituir la fibra de vidrio por fibra natural, dependiendo de la aplicación. Lorenz también dice que las resinas de poliéster insaturado también podrían ser reemplazadas por resinas más seguras y amigables con el medio ambiente.

Según Gortner, “el objetivo de nuestro proyecto de investigación era mostrar que es posible el uso de componentes de base orgánica en productos termoendurecibles semiacabados. Gracias al apoyo activo de Lorenz, pudimos hacer esto con éxito y continuaremos incorporando los comentarios de la producción industrial en nuestros resultados ”.