반응성 중합 수지는 유기 시트 시장, 기회 확대

올 가을 Johns Manville(미국 콜로라도주 덴버 소재 JM)은 네오메라 라인의 첫 번째 제품을 선보일 계획입니다. 초기 제품은 현장 제공됩니다. -중합, 직조 유리 섬유 강화 폴리아미드 6(PA6) 유기 시트이지만 곧 비압축 직물(NCF) 및 장섬유를 포함하도록 라인이 확장될 예정입니다. JM은 또한 하이브리드 강화 구조(예:탄소와 유리 섬유 결합) 또는 비 유리 강화와 마찬가지로 반응성 중합된 열가소성 매트릭스가 추가로 평가되고 있다고 말합니다. 회사는 이러한 재료를 제조하는 데 사용되는 방법이 기존 유기 시트 및 장섬유 열가소성 복합 재료와 다르기 때문에 Neomera 제품은 더 낮은 비용으로 더 높은 기계적 특성을 제공할 것이라고 말합니다. 이 자료에 대해 현재 알고 있는 내용은 다음과 같습니다.

오가노시트를 생산하는 새로운 방법

일반적으로 직물로 강화된 유리 매트 열가소성 복합재(GMT)의 특수 형태인 기존 유기 시트는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리아미드 6 또는 6/6(PA6, PA6/6) 매트릭스로 생산됩니다. 유기 시트 복합 재료는 자동차, 상업용 트럭, 건축/건설 및 스포츠 용품 산업의 반구조 및 구조 부품에 가장 자주 사용됩니다.

여러 측면에서 JM의 Neomera 라인은 이미 시장에 나와 있는 제품과 다릅니다. 첫째, 완전히 중합된 PA6 수지로 함침 섬유를 용융시키는 것이 아니라 함침 단계 후 카프로락탐 단량체를 PA6으로 음이온 중합합니다. 용융된 카프로락탐은 점도가 매우 낮기 때문에(~5 센티푸아즈) 훨씬 더 긴 폴리머 사슬과 훨씬 더 높은 점도를 갖는 완전 중합된 열가소성 수지보다 로빙 또는 직물을 훨씬 더 효과적으로 적십니다. 이는 JM의 반응성 중합 수지 시스템이 PA6과 같은 완전히 중합된 열가소성 수지로 가능한 것보다 액체 열경화성 수지와 유사한 훨씬 더 나은 젖음성을 달성한다는 것을 의미합니다. 결과적으로, 이는 공극을 크게 줄이고 대략 50% 이상으로 더 높은 섬유 부피 분율(FVF)을 생성할 수 있는 기회를 제공하여 그 자체로 기계적 특성을 향상시킵니다.

둘째, JM은 또한 카프로락탐을 함침시키기 전에 유리 섬유를 절단, 직조 또는 NCF와 같은 고유의 반응성 유리 사이징으로 처리하고 있습니다. 이것은 다시 섬유-수지 결합을 강화하고 동일한 유형 및 비율의 섬유 로딩 및 매트릭스를 사용하는 다른 유기 시트 제품에 비해 유사한 FVF에서 더 높은 기계적 특성을 나타냅니다.

혁신적인 장섬유 오가노시트는 위의 이미지와 같이 무작위 섬유 분포, 완전한 섬유 습윤 및 우수한 섬유-수지 결합을 제공합니다. 왼쪽에서 유리 섬유 다발은 종단면으로 표시되고 오른쪽은 개별 섬유 다발이 위에서 아래로 완전히 수지로 코팅되어 있음을 보여줍니다.

"사람들이 이해하기를 바라는 것은 우리가 다른 me-too 기업 R&D의 JM 선임 연구 관리자인 Mingfu Zhang이 설명합니다. “카프로락탐으로 시작하기 때문에 열가소성 폴리머를 사용하는 것보다 섬유를 훨씬 더 쉽게 적실 수 있습니다. 결과적으로 더 나은 함침, 더 높은 섬유 부피 분율 및 더 나은 성능을 달성합니다. 사실, 이를 통해 우리는 기존의 유기 시트에서도 얻을 수 없는 특수 제품을 만들 수 있습니다."

작년에 JM은 기술을 개발했으며 전략적으로 샘플링했다고 발표했습니다. 9월에 Neomera를 소프트 런칭한 후 다음 달 2021 Composites &Advanced Materials Expo(CAMX, 10월 18-21일, 미국 텍사스주 댈러스)에서 하드 런칭할 계획입니다.

단계적 출시

초기 Neomera 제품인 OS-6 시리즈는 직물로 강화됩니다. JM 제품 리더인 Dana Miloaga는 "복합재, ​​기업 R&D 부문의 JM 제품 리더인 Dana Miloaga는 "우리는 45~50% 범위의 FVF에서 능직 구조를 제공함으로써 제품 라인을 출시할 계획입니다. . "균형 잡힌 짜임새와 우수한 드레이프성 및 직교 이방성 특성을 제공하기 때문에 엔지니어가 더 가볍고 고성능 부품을 얻기 위해 작업할 금속을 지정하는 것이 더 쉽습니다."

새로운 오가노시트 제품군의 직조된 형태에 이어 더 무거운 NCF를 특징으로 하는 NCF-6 시리즈가 나올 것입니다. 마지막으로, 불연속적이지만 여전히 더 긴 섬유(>25mm) 버전이 계획되어 있습니다. CR-6 시리즈라고 하며 유사 등방성 특성을 유지하는 데 도움이 되는 일관된 섬유 길이를 가지고 있다고 하는 이 제품 라인은 GMT 및 D-LFT(직접 장섬유 열가소성)와 같은 장섬유 열가소성 기술과 경쟁할 것입니다. JM은 성형업체가 각 Neomera 제품을 단독으로 또는 다른 유형과 조합하여 사용할 수 있다고 보고합니다. 예를 들어, 직물 또는 NCF 유기 시트의 스트립 또는 시트로 구성된 압축 성형 가능한 하이브리드 구조는 하중 경로를 강화하는 데 사용할 수 있는 반면 불연속 섬유 강화 유기 시트는 리브 또는 보스와 같은 더 복잡한 형상이 위치하는 위치에 사용할 수 있습니다. "테스트에서 불연속 섬유를 사용하는 CR-6 제품은 기존의 잘게 잘린 GMT보다 성형성을 제공하는 것으로 나타났습니다."라고 Zhang은 덧붙입니다.

성형업체 또는 금형 제작자에 관한 한 JM의 신제품은 기존 유기 시트 또는 GMT와 같이 처리됩니다. 금형 제작 요구 사항도 비슷합니다. 필요한 유일한 조정은 PA6 매트릭스가 포함된 Neomera 유기 시트를 예열하고 PP의 낮은 용융 및 성형 온도로 인해 PP의 경우보다 더 높은 온도에서 성형하는 것입니다. 흥미롭게도 일부 GMT 제품과 달리 스프링백으로 인해 예열 후 유리 섬유의 로프트가 없으므로 재료가 완전히 통합된 상태를 유지합니다. 이것은 섬유에 카프로락탐이 완전히 함침되어 있고 단량체가 현장에서 중합되기 때문에 가능하다고 Zhang은 말합니다. — PA 매트릭스를 사용하는 기존 유기 시트보다 훨씬 더 높은 분자량을 달성하고 있습니다.

JM 연구원들은 또한 설계 엔지니어가 부품 성능을 보다 정확하게 시뮬레이션할 수 있도록 기본 재료 특성화를 수행해 왔습니다. Miloaga는 "우리는 고객과 긴밀히 협력하여 고객이 초기에 보다 자세한 시뮬레이션 작업을 수행하는 데 필요한 가장 중요한 데이터를 식별하도록 했습니다."라고 설명합니다. "전체 재료 카드를 개발하는 데 필요한 특성화를 수행하는 데 일반적으로 6개월이 걸리므로 초기에 사용할 수 있는 빌딩 블록을 생성할 계획입니다."

회사는 도입되는 각 제품 라인에 대해 강력한 공급망과 글로벌 액세스 및 일관성을 보장하기 위해 두 개의 글로벌 공급업체에 자격을 부여한다고 말합니다. 덴버 지역에 있는 JM의 생산 규모 라인은 고객을 위해 샘플 수량의 재료를 생산하고 있지만 초기 상업 생산은 슬로바키아의 트르나바에서 이루어질 것입니다.

네오메라 제품은 "내츄럴"(off-white) 옵션과 맞춤형 색상의 가능성과 함께 검은색으로 제공됩니다. 처음에는 상업 생산이 증가함에 따라 제품이 만들어지고 주문에 따라 절단되지만 장기적으로는 표준 크기를 비축할 계획입니다.

JM 공정의 흥미로운 점은 연속 공정으로 두꺼운 판재를 생산할 수 있다는 것입니다. “기존 오가노시트의 문제점 중 하나는 일반적으로 0.5밀리미터 두께의 시트로 생산된다는 점입니다. 따라서 고객에게 3밀리미터 두께의 제품을 공급하려면 여러 장의 시트를 사후 통합하여 라미네이트를 만들어야 합니다. "라고 Zhang은 설명합니다. “3밀리미터 두께의 시트를 직접 만들 수 있기 때문에 전체 통합 후 단계를 건너뛸 수 있습니다. 사실, 그것은 우리 기술의 가장 독특한 측면 중 하나입니다. 우리는 카프로락탐이 물과 같은 점도를 갖는다는 것을 알고 있었지만 우리 기술이 두꺼운 라미네이트를 생산하는 데 얼마나 적합한지 여전히 놀랐습니다. 이것은 우리가 고객에게 제공할 수 있는 많은 유연성을 제공합니다. 게다가, 통합 후 단계를 건너뛰어 우리 제품은 또 다른 가열 주기를 피할 수 있습니다.”

도전적인 것은 카프로락탐의 습기에 민감한 음이온 중합을 처리하기 위해 제조 공정을 제어하는 ​​것이었습니다. "이 프로젝트를 시작하기 전에는 카프로락탐을 PA6으로 음이온 중합하는 작업은 폐쇄된 몰드에서만 이루어졌기 때문에 연속 공정에 적용하여 매우 일관된 제품을 생산하는 데 많은 노력이 필요했습니다."라고 Zhang이 덧붙입니다.>

다음은 무엇입니까?

JM과 같은 유리 공급업체가 왜 단순히 기술 라이선스가 아닌 중간 제품을 제조하고 싶어하는지 묻는 질문에 JM의 선임 연구 과학자이자 기업 R&D인 Klaus Gleich는 다음과 같이 말했습니다. 재료를 만들 수 있는 사람들. 우리는 화학 물질을 잘 알고 있고 그 과제를 알고 있으므로 이를 확장하고 상업화할 수 있는 가장 좋은 위치에 있습니다. 그 외에도 우리의 R&D 그룹은 비즈니스를 확장하고 Berkshire Hathaway[미국 네바다주 오마하]의 소유주에게 더 ​​큰 가치를 돌려주기 위해 이 혁신적인 기술을 특별히 개발했습니다. 우리는 혁신가가 되어 새로운 시장 기회를 만들고 싶습니다.”

Miloaga는 “열가소성 복합 재료가 우리의 새로운 유기 시트 기술과 마찬가지로 가볍고 지속 가능한 구성 요소를 만들기 위해 반구조 및 진정한 구조 응용 분야로 이동하는 추세를 보고 있습니다.”라고 덧붙입니다. 사실 그녀는 네오메라 제품군을 사용한 최초의 상용 애플리케이션이 멀지 않았다고 말합니다. JM은 모터스포츠에서 재료를 시험해 왔으며 자동차 및 상업용 트럭과 스포츠 용품과 같은 다른 운송 부문에도 관심이 있습니다. "핵심은 우리가 문제를 해결하고 있다는 것입니다."라고 그녀는 덧붙입니다. “경쟁은 비싸고 제한된 포트폴리오를 가지고 있습니다. 우리는 더 높은 성능과 더 비용 효율적인 제품을 생산할 수 있습니다. 즉, 윈-윈 조합입니다.”