Обычные стандартные SMC (листовые формованные соединения), которые изготавливаются из полиэфирных смол, обычно имеют механические свойства, такие как прочность на изгиб 200 МПа, модуль изгиба 10000 МПа и ударная вязкость 90 кДж / м 2 при плотности между 1,7 г / см³ и 1,85 г / см³. Они подходят для широкого спектра применений в электротехнической и автомобильной промышленности, включая, например, внутренние прокладки и колпаки.
Практическая пригодность эпоксидных SMC, армированных стекловолокном
В частности, в конструкции транспортных средств, однако, возрастает потребность в материалах с меньшей плотностью - и, следовательно, меньшей массой - и улучшенными механическими свойствами, такими как прочность на изгиб> 350 МПа, модуль упругости при изгибе> 18 500 МПа и ударопрочность> 150 кДж / м 2. «Эти значения могут быть достигнуты с помощью SMC, состав которых содержит эпоксидные смолы вместо полиэфирных смол», - объясняет Питер Оомс, менеджер по продажам в Lorenz Kunststofftechnik GmbH. «Однако обработка этих термореактивных материалов часто была проблематичной, и формовочные смеси было трудно формировать, что сильно ограничивало свободу дизайна. Предыдущие эпоксидные SMC, армированные стекловолокном, были поэтому непрактичными и поэтому едва ли попали на рынок для больших серий ».
Листовой состав
Листовое формовочное соединение (SMC), на английском языке, относится к пластинчатым, похожим на тесто формовочным составам, изготовленным из термореактивных реактивных смол и стекловолокна, для производства стеклопластиковых композитов. Все необходимые компоненты полностью предварительно смешаны в SMC, готовы к обработке. Волокнистые матричные материалы, которые не поставляются в виде листов, также называют объемными формовочными составами.
Обычно используются полиэфирные или виниловые эфирные смолы. Армирующие волокна представляют собой нарезанные волокна, реже в виде мата или ткани, типичная длина которых составляет 25,4 мм (1 дюйм). Свойства и обозначения SMC регулируются в EN 14598. Различают следующие типы SMC:
- SMC-LP низкий профиль: система с высоким качеством поверхности
- SMC-LS низкая усадка: система с низкой реакционной усадкой
- C-SMC: система с бесконечными, направленными волокнами
Поэтому для применений, требующих высокой степени легкого строительства, дорогой углерод часто используется в легком автомобильном строительстве. Напротив, Лоренц явно полагается на стекловолокно. «Эпоксидные SMC, армированные стекловолокном, имеют сопоставимые значения прочности с углеродными волокнами, но их производство на 50% дешевле», - говорит Оомс. Кроме того, в Лоренце существует установленный процесс переработки SMC-материалов, армированных стекловолокном, что является важным аргументом с точки зрения требований к устойчивости в автомобильной промышленности.
Специальный отвердитель для материала SMC
Однако новый эпоксидный SMC, армированный стекловолокном, без предыдущих слабых мест, типичных для материала, теперь может отвечать этим требованиям. Необходимым условием для этого является отвердитель, разработанный Evonik. «VestaliteS - это эпоксидный отвердитель на основе диамина, который в сочетании с эпоксидными смолами обеспечивает легкую и быструю обработку материала SMC», - объясняет д-р инж. Лейф Икерт, ответственный за маркетинг композитов и клеев, подразделение по работе с клиентами в Evonik Resource Efficiency. GmbH.
Соединение затвердевает в течение 3 мин
Соединения с этим отвердителем обладают высокой стабильностью при хранении формовочной массы SMC в неотвержденном состоянии и позволяют быстро отверждаться в процессе производства в течение трех минут. «Кроме того, текучесть и свойства деформирования полуфабриката улучшаются во время прессования, что обеспечивает высокое качество компонентов», - продолжает Икерт. Кроме того, SMC с VestaliteS не имеют стирола и имеют только низкие выбросы ЛОС и поэтому хорошо подходят для внутренних компонентов автомобиля.
Evonik также работает с экспертами по дюропластам из Lorenz Kunststoffe с 2018 года для разработки соответствующего SMC. «При таком типе сотрудничества, а также дополнительных анализах и тематических исследованиях - например, в рамках европейского исследовательского проекта Alliance - мы хотели бы показать, что наш отвердитель в эпоксидно-SMC может давать желаемые свойства», - объясняет Икерт. Evonik привносит компетенцию эпоксидного отвердителя, в то время как компетенция SMC-смеси для полуфабрикатов исходит от партнера Lorenz Kunststofftechnik. Совместное предприятие с Vestaro GmbH также занимается автомобильными технологиями и технологическим консалтингом.
Подсказка для семинара
Семинар по легким строительным материалам рассказывает о методах, принципах проектирования и методах строительства легких конструкций. Участники получают обзор различных легких материалов, изучают критерии выбора материалов и узнают о преимуществах, недостатках и рисках различных материалов.
Модифицированный базовый рецепт SMC
Теперь цель состояла в том, чтобы создать состав, который оптимально использует потенциал эпоксидной SMC - то есть обладает всеми свойствами, которые делают материал идеальным для облегченной конструкции автомобилей и других компонентов. Уже шесть лет назад компания из Нижней Саксонии разработала SMC 0208, огнестойкий и коррозионно-стойкий полуфабрикат, который является особенно огнестойким и коррозионно-стойким по сравнению с другими стандартными SMC, который используется, например, для строительных или формованных деталей. «Мы также использовали наш базовый рецепт SMC для эпоксидного SMC, но несколько изменили его», - объясняет Оомс. «Мы заменили обычную смолу UP эпоксидной смолой, а также заменили некоторые другие компоненты. VestaliteS, естественно, был добавлен в качестве основного ингредиента ».
В результате получается композитный материал, изготовленный из эпоксидной смолы, армированного стекловолокном и наполнителей, который имеет плотность от 1,5 г / см³ до 1,7 г / см³ и хорошую величину текучести и больше не прилипает к инструменту.
Кроме того, он обладает следующими механическими свойствами:
- прочность на изгиб> 350 МПа
- модуль изгиба> 18 500 МПа
- ударная вязкость> 150 кДж / м 2
Соединение с регулируемыми свойствами
Эпоксидная смола подходит, например, в качестве материала для аккумуляторных батарей электромобилей и гибридных транспортных средств. До сих пор этот компонент был изготовлен из стали или алюминия, поскольку он должен быть очень стабильным и упругим из-за большого веса батареи, должен поглощать кинетические силы, возникающие в случае аварии, и в то же время не должен представлять какой-либо дополнительный риск в случае пожара. Новый полуфабрикат удовлетворяет этим требованиям и, благодаря высокой степени свободы проектирования, обеспечивает высокую степень интеграции компонентов и функций с эффектом снижения затрат и веса и повышения безопасности.
Дважды как огнестойкий
Напротив, прочность на изгиб и ударная вязкость углерода в среднем составляют 320 МПа или 55 кДж / м 2. Благодаря своему базовому рецепту, новый полуфабрикат также сохраняет преимущества SMC в целом, включая очень хорошие характеристики текучести. «В отличие от других пластиков, композиция практически не содержит легковоспламеняющихся нефтепродуктов», - говорит Оомс.
«Имея индекс кислорода> 65%, он вдвое более огнестойкий, чем обычные пластмассы, которые считаются чрезвычайно огнестойкими». Даже при воздействии открытого пламени он гасит себя в течение очень короткого времени и не имеет склонности к деформации или капанию даже при сильном нагревании, Кроме того, соединение сохраняет высокую ударную вязкость даже при температуре -30 ° C, поэтому нет риска хрупкости или разрушения материала.