AOC, Zoltek, Astar desarrollan el novedoso CF-SMC para piezas de automóviles de alto rendimiento a escala industrial

En el marco del proyecto de investigación financiado por el gobierno del Reino Unido, TUCANA, AOC AG (Schaffhausen, Suiza), con Astar (Vizcaya, España), ha desarrollado un nuevo compuesto de moldeado de láminas (SMC) basado en la tecnología híbrida de poliuretano de Daron, que permite la producción de trozos Piezas moldeadas de fibra de carbono a escala industrial con el rendimiento mecánico de la resina epoxi CF-SMC y la facilidad de fabricación de la resina de poliéster insaturado (UPR) y la resina de éster de vinilo (VER) SMC. Juntos, el CF-SMC respalda el desarrollo de piezas automotrices estructurales con baja densidad, capacidad de recubrimiento electrónico y bajas emisiones, al tiempo que mantiene la flexibilidad de diseño típica de los compuestos. También se utilizará en combinación con la fibra de remolque dividida de menor costo de Zoltek (St. Louis, Missouri, EE. UU.).

“En los últimos años, se han comercializado nuevos materiales SMC basados ​​en fibra de carbono y ahora se aplican a escala industrial completa para producir piezas estructurales ultraligeras que superan a sus equivalentes en aluminio y acero”, explica Ron Verleg, científico senior de I + D de AOC. “Se pueden usar varios sistemas de resinas termoendurecibles con el proceso SMC, y cada uno tiene sus ventajas y desventajas específicas”.

Las UPR son la resina de caballo de batalla para las aplicaciones de SMC, señala AOC, que ofrecen buenas propiedades mecánicas, aceptan altas cargas de relleno (reduciendo el costo del compuesto) y fluyen bien en la cavidad del molde. Sin embargo, cuando se usa con fibras de carbono, la humectación incompleta y el bajo nivel de adherencia del UPR sobre la superficie de la fibra de carbono dan como resultado piezas moldeadas con propiedades mecánicas bajas.

Alternativamente, los VER se utilizan principalmente para lograr propiedades mecánicas más altas en la pieza moldeada de fibra de carbono, aunque engrosar los VER al nivel requerido para el moldeado SMC es un desafío, y la viscosidad tiende a ser demasiado alta para impregnar completamente los finos filamentos de fibra de carbono, especialmente cuando se requieren fracciones de volumen de fibra más altas.

Además, las resinas epoxi (EPR) también se han ajustado para permitir que se logren altas propiedades mecánicas en las piezas de SMC. Sin embargo, ha sido un desafío ejecutar este proceso de manera rentable en aplicaciones de gran volumen, dice AOC. El principal inconveniente de los sistemas EPR SMC es un difícil proceso de impregnación, maduración y moldeado que requiere varios pasos de temperatura que requieren mucho tiempo.

Para resolver estos problemas, AOC desarrolló su tecnología Daron SMC, que ofrece beneficios como un tiempo de almacenamiento prolongado del compuesto (hasta seis meses a temperatura ambiente) y un flujo optimizado en el moldeo por compresión (llenado completo de la cavidad del molde, incluidos insertos y costillas), lo que da como resultado un módulo de tracción de 43 GPa y una resistencia a la tracción superior a 300 MPa. Daron SMC también cuenta con una tecnología de eliminación de estireno que da como resultado una polimerización de radicales óptima, lo que conduce a emisiones orgánicas volátiles extremadamente bajas (muy por debajo del umbral de 100 μg / g establecido para aplicaciones interiores).

“Debido a la naturaleza de baja viscosidad de las resinas Daron, los finos haces de filamentos de la fibra de carbono se pueden impregnar extremadamente bien hasta fracciones de alto volumen”, dice Verleg. “Además, la tecnología Daron SMC conduce a una interacción física y química ideal entre la matriz de resina curada y la fibra de carbono”.

Para ayudar a eliminar la naturaleza de costo prohibitivo de CF-SMC en la industria de compuestos, el fabricante de fibra de carbono Zoltek también ha desarrollado una fibra de carbono de remolque dividido 50K de menor costo que se puede abrir durante el proceso de composición de SMC, al tiempo que proporciona un remolque pequeño (aproximadamente 3K) rendimiento de fibra de carbono.

Ambas tecnologías, la tecnología de fibra de remolque dividido de Zoltek y la tecnología Daron SMC de AOC, se han desarrollado en el marco del proyecto TUCANA, dirigido por Jaguar Land Rover (Whitley, Reino Unido), que reúne a un consorcio de socios académicos y de la industria con el objetivo de ofrecer estructuras de vehículos más rígidas y ligeras para mejorar el rendimiento de los vehículos electrificados (EV). El Proyecto TUCANA espera entregar esta visión al permitir soluciones de compuestos de fibra de carbono escalables y rentables, incluido el CF-SMC, que hasta ahora ha cumplido con todas las especificaciones del proyecto hasta la fecha, incluida la resistencia mecánica y la moldeabilidad; Los paneles CF-SMC que se ejecutan en el taller de pintura de la línea de producción también han demostrado que el SMC basado en el sistema de resina Daron no muestra ninguna delaminación cuando se procesa con parámetros de moldeo definidos.

Además de su uso para la producción de piezas de automoción interiores estructurales, "otras aplicaciones potenciales de este nuevo CF-SMC de alto rendimiento incluyen piezas cargadas dinámicamente, como subchasis de motor y nudillos de dirección", concluye Luuk Groenewoud, director de proyectos estratégicos de AOC. . "Esto hace que el sistema de materiales sea una solución muy deseable para futuras series de producción de alto volumen en aplicaciones automotrices".