졸텍 분할 토우 탄소 섬유, SMC 성능 향상

시트 몰딩 컴파운드(SMC)의 성능을 개선하도록 설계되고 크기가 조정된 새로운 탄소 섬유 제품이 졸텍(Zoltek Corp., 토레이 그룹 회사, 미국 미주리주 브리지턴)에 의해 상용화되었습니다. 특허받은 프리-스프레드 섬유인 PX35 KS는 토우 밴드 생산 과정에서 스코어링되어, 50K 토우 제품을 3K 서브 번들로 변환하고, 이는 다시 스풀링되어 멀티엔드 토우로 공급됩니다. 프리-스코어드 토우가 초퍼 유닛에 공급되고 토우의 섬유 길이가 절단되면, SMC 반죽에 컴파운딩되면서 3K 서브 번들로 분해됩니다. 이는 섬유 핸들링, 분산, 웻아웃을 개선하고, 압축 성형 중 복합재 흐름을 개선하는 더 균일한 섬유 베드를 제공한다고 보고되었습니다.

"개선된 분산의 이점은 제조업체가 더 낮은 비용의 탄소 섬유를 사용하면서 일반적으로 더 작은 토우에서 볼 수 있는 더 높은 특성을 달성할 수 있게 한다는 것입니다."라고 졸텍 미주 자동차 사업 디렉터 크리스토퍼 토마스(Christopher Thomas)는 말합니다. "본질적으로 50K [자동차 품질 토우] 비용을 지불하지만 3K [항공우주 품질 토우]의 성능을 얻습니다."라고 졸텍 유럽 자동차 사업 디렉터 토비아스 포티라(Tobias Potyra)는 덧붙입니다.

졸텍은 대형 토우, 저비용 탄소 섬유로 유명하며, 특히 SMC 같은 친소성 폴리머 시스템에서 대형 섬유 번들 분산의 과제를 해결하기 위해 일본에서 신제품을 개발했습니다. "컨셉은 큰 토우를 더 작은 토우 크기로 분리하면 커터에서 더 나은 분산을 제공할 것이라는 것이었습니다."라고 토마스는 계속합니다. 그는 지난 1년 반에서 2년 동안 유럽과 북미의 선택 고객에게 샘플링이 확대되었으며, 구조 및 외관 부품 모두에 대해 평가되고 있다고 덧붙입니다. "제품을 시험한 고객들은 그 이점을 직접 보았습니다."라고 그는 덧붙입니다. 예상대로 분할 토우 제품이 개발된 주요 시장은 자동차이지만, 보고된 바에 따르면 모든 SMC 컴파운더나 몰더가 PX35 KS로 취한 접근 방식의 혜택을 볼 수 있습니다.

SMC 레진 소재 측면에서, 새로운 분할 토우 제품은 비닐 에스테르, 에폭시, 우레탄 매트릭스의 세 가지 단일 레진 시스템에서 테스트되었습니다. 불포화 폴리에스테르 매트릭스는 탄소 섬유 강화가 이미 더 높은 온도 환경 및/또는 더 높은 기계적 성능이 필요한 하중 케이스가 필요한 응용 분야에 사용될 것임을 나타내므로 조사되지 않았습니다. 비닐 에스테르 제형은 핫멜트가 아닌 솔베이티드(solvated) 시스템으로 설명되었지만, 기존 스티렌화부터 스티렌/휘발성 유기 화합물(VOC) 감소, 무스티렌/VOC 시스템까지 범위가 있었습니다. 보고된 바에 따르면 각 레진 시스템에서 동일한 분산 개선이 관찰되었습니다.

이 제품은 아직 다른 열경화성 또는 열가소성 화학에서 평가되지 않았으며, 압축 성형 외 다른 성형 시스템에서도 시도되지 않았습니다. "비록 섬유가 SMC용으로 개발되어 SMC 레진용 사이징으로 제공되지만, 다른 가공 기술과 레진 유형에 기술을 적용할 잠재력을 봅니다. 아마도 열가소성에도 가능할 것입니다."라고 포티라는 설명합니다. "그러나 우리는 먼저 이 섬유 유형을 SMC에서 성공적으로 구현한 후 다른 기술로 용도를 확장하고 싶었기 때문에 아직 그 시스템들에서 테스트하지 않았습니다."

새 제품으로 초퍼에 큰 변경은 필요하지 않다고 하지만, 일부 다른 공정 수정이 분산을 최적화할 수 있습니다. "SMC 라인 설계는 다양할 수 있으므로, 졸텍에서 섬유 핸들링, 분산, 사이징 등에 대한 기술 지원을 받을 수 있습니다."라고 토마스는 덧붙입니다.

PX35 KS는 졸텍의 인기 있는 PX35 50K 섬유를 기반으로 합니다. "PX35 KS는 가용성과 가격 측면에서 산업적 요구를 충족시키고 매칭하지만, 물론 일부 응용 분야에서는 약간 더 낮은 가격으로 표준 50K 제품도 제공합니다."라고 포티라는 말합니다. "결국 시장이 결정할 것입니다."

졸텍 관계자들은 더 미세하거나 더 거친 토우 크기의 제품 변형이 있을지 말하지 않았지만, 추가 평가가 계속될 것이라고 덧붙였습니다. 비공식적으로, 제품 이름의 'KS'는 '분할'을 의미하는 일본어 '카센(kassen)'의 약자라고 합니다.