AOC, Zoltek, Astar 산업 규모의 고성능 자동차 부품을 위한 새로운 CF-SMC 개발

영국 정부가 자금을 지원하는 연구 프로젝트에서 AOC AG(스위스 샤프하우젠)는 Astar(스페인 비스케이)와 함께 Daron 폴리우레탄 하이브리드 기술을 기반으로 하는 새로운 시트 몰딩 컴파운드(SMC)를 개발했습니다. 에폭시 수지 CF-SMC의 기계적 성능과 불포화 폴리에스테르 수지(UPR) 및 비닐 에스테르 수지(VER) SMC의 제조 용이성으로 산업적 규모의 탄소 섬유 성형 부품. 함께 CF-SMC는 복합 재료의 일반적인 설계 유연성을 유지하면서 저밀도, E-coat 기능 및 낮은 방출을 가진 구조적 자동차 부품의 개발을 지원합니다. 또한 Zoltek(미국 미주리주 세인트루이스)의 저렴한 split-tow 섬유와 함께 사용됩니다.

AOC의 선임 R&D 과학자인 Ron Verleg는 "최근 몇 년 동안 탄소 섬유를 기반으로 하는 새로운 SMC 재료가 상업적으로 이용 가능하게 되었으며 현재 전체 산업 규모로 적용되어 알루미늄 및 강철에서 동등한 성능을 능가하는 초경량 구조 부품을 생산합니다."라고 설명합니다. "여러 가지 열경화성 수지 시스템을 SMC 공정과 함께 사용할 수 있으며 각 시스템에는 고유한 장점과 단점이 있습니다."

AOC는 UPR은 SMC 응용 분야의 핵심 수지이며 우수한 기계적 특성을 제공하고 높은 충전제 부하를 수용하고(컴파운드 비용 절감) 금형 캐비티에서 잘 흐른다고 말합니다. 그러나 탄소 섬유와 함께 사용할 경우 불완전한 습윤 및 탄소 섬유 표면에 대한 UPR의 낮은 접착 수준으로 인해 성형 부품이 낮은 기계적 특성을 갖게 됩니다.

대안으로, VER는 주로 탄소 섬유 성형 부품에서 더 높은 기계적 특성을 달성하는 데 사용되지만 SMC 성형에 필요한 수준으로 VER를 두껍게 하는 것이 도전이고 점도가 너무 높아 미세 탄소 섬유 필라멘트를 완전히 함침시키는 경향이 있습니다. 더 높은 섬유 부피 비율이 필요합니다.

또한 에폭시 수지(EPR)도 미세 조정되어 SMC 부품에서 높은 기계적 특성을 얻을 수 있습니다. 그러나 AOC는 대용량 애플리케이션에서 이 프로세스를 비용 경쟁력 있는 방식으로 실행하는 것이 어렵다고 말합니다. EPR SMC 시스템의 주요 단점은 여러 시간이 소요되는 온도 단계를 필요로 하는 어려운 함침, 숙성 및 성형 공정입니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 AOC는 화합물의 보관 시간 연장(실온에서 최대 6개월)과 압축 성형의 최적화된 흐름(인서트 및 리브), 인장 계수는 43GPa, 인장 강도는 300MPa 이상입니다. Daron SMC는 또한 최적의 라디칼 중합을 초래하는 스티렌 소거 기술을 갖추고 있어 휘발성 유기물 배출이 매우 낮습니다(내부 적용을 위해 설정된 100μg/g 임계값보다 훨씬 낮음).

"Daron 수지의 낮은 점성 특성으로 인해 탄소 섬유의 가는 필라멘트 다발은 높은 부피 분율까지 매우 잘 함침될 수 있습니다."라고 Verleg는 말합니다. "또한 Daron SMC 기술은 경화된 수지 매트릭스와 탄소 섬유 사이에 이상적인 물리적, 화학적 상호작용을 이끌어냅니다."

탄소 섬유 제조업체 Zoltek은 복합 재료 산업에서 CF-SMC의 비용이 많이 드는 특성을 제거하기 위해 SMC 컴파운딩 프로세스 중에 열릴 수 있는 저렴한 50K 분할 토우 탄소 섬유를 개발하면서 동시에 작은 토우(대략 3K) 탄소 섬유 성능.

Zoltek의 split-tow 섬유 기술과 AOC의 Daron SMC 기술은 모두 Jaguar Land Rover(영국 휘틀리)가 주도하는 TUCANA 프로젝트에 따라 개발되었으며, 이를 목표로 학계 및 업계 파트너 컨소시엄을 한데 모으고 있습니다. 전기 자동차(EV)의 성능을 향상시키기 위해 더 단단하고 가벼운 차량 구조를 제공합니다. Project TUCANA는 기계적 강도 및 성형성을 포함하여 지금까지 모든 프로젝트 사양을 준수한 CF-SMC를 포함하여 비용 효율적이고 확장 가능한 탄소 섬유 복합재 솔루션을 가능하게 함으로써 이러한 비전을 제공할 것으로 기대합니다. 생산 라인 도색 공장에서 실행되는 CF-SMC 패널은 또한 Daron 수지 시스템을 기반으로 하는 SMC가 정의된 성형 매개변수로 처리될 때 박리를 나타내지 않는다는 것을 입증했습니다.

AOC의 전략적 프로젝트 관리자인 Luuk Groenewoud는 구조용 내부 자동차 부품 생산에 사용하는 것 외에도 "이 새로운 고성능 CF-SMC의 추가 잠재적 응용 분야에는 엔진 서브 프레임 및 스티어링 너클과 같은 동적 하중 부품이 포함됩니다"라고 결론지었습니다. . "이는 재료 시스템을 자동차 애플리케이션의 미래 대량 생산 시리즈에 매우 바람직한 솔루션으로 만듭니다."