针对工业应用的天然纤维增强 SMC

采用新型有机 SMC 生产的后扰流板。研究人员能够用传统的加工参数填充复杂的肋状结构。他们发现纤维和基质没有分离。图片来源：Institut für Verbundwerkstoffe (IVW)

Lorenz Kunststofftechnik GmbH（德国沃伦霍斯特）开发了一种可以容纳天然填料和纤维（如磨碎的葵花籽壳和芦苇）的有机片状模塑料 (SMC)，该公司为各种行业生产聚合物半成品产品, 以及莱布尼茨研究所 (IVW, Kaiserslautern, Germany)，莱茵兰-普法尔茨州和凯泽斯劳滕技术大学的非营利研究机构，专门从事复合材料的开发和加工。目标是开发一种二氧化碳足迹相对较小的热固性复合材料。

Lorenz 销售和业务发展总监 Peter Ooms 说：“我们用我们的专业知识和 SMC 材料协助 IVW，以及随后的工业生产测试。凯泽斯劳滕研究所进行了实验室规模的初步测试、一般研究和新型有机 SMC 配方的开发。”

调查的潜在用户

这两个组织根据对电气、汽车和工业设备等各个行业的 30 家公司的调查，制定了材料规格表。 “我们的调查表明，不同的行业对材料有不同的要求，”Ooms 说。然而，几乎所有人都希望它有一个生命周期评估 (LCA) 来记录环境因素和生产中的二氧化碳减少，以及可回收性。我们根据这些要求选择了可能用于 SMC 生产的有机材料。”

合作伙伴决定开发一种部分包含有机填料的玻璃纤维 SMC。对于填料，我们考虑了几种选择，包括磨碎的葵花籽壳和芦苇、木粉、来自工业水软化厂的升级循环碳酸钙以及热固性回收材料。作为一项额外的可持续发展举措，原材料采购自洛伦兹工厂 500 公里范围内。

IVW 对 SMC 和填料以及如何加工材料进行了研究。考虑的因素包括不可浸渍性、密度、粘度和原材料的可用性。研究人员在开发配方时使用了不饱和聚酯 (UP) 树脂和抗收缩添加剂。

制定配方

接下来，合作伙伴定义了使用新材料制造的演示战斗组件的参数。 “这个演示器“帮助我们检查了材料的流动和模具填充行为，并将其与传统的 SMC 半成品进行了比较，”Ing 博士说。 IVW 的科学家弗洛里安·戈特纳 (Florian Gortner)。 “基于这些结果和压力机流变测试，我们构建了一个模拟模型来演示流动行为并能够预测其他模具几何形状。”

经过初步研究，开发了一种基线 SMC 树脂浆料，其中包含不饱和聚酯 (UP) 树脂以及抗收缩添加剂、氧化镁和用于增稠树脂的内部脱模剂以及色浆。这种树脂糊经过了测试，以便研究人员能够了解每个单独的组件如何在 SMC 内相互作用。具有不同填料的树脂配方的迭代测试系列最终产生了许多具有所需粘度、流动性和浸渍行为的有机填料基树脂。

Gortner 说：“使用氧化镁和内部脱模剂来增稠树脂，并添加色浆为半成品着色。根据调查结果，我们添加了更多添加剂并使树脂糊适应应用。”

他们对配方进行了多次迭代，直到找到具有所需粘度、流动性和浸渍行为的配方。由此产生的材料允许生产密度低于传统 SMC 的半成品，洛伦兹希望这对电动汽车市场具有吸引力。下一步将是商业化生产该树脂的版本，Ooms 说 Lorenz 计划在今年完成。

“现在我们与 IVW 一起成功制造了这种新的热固性塑料，我们正在计划进一步改进实际应用，”Ooms 补充道。例如，洛伦兹可能会开发材料的迭代，根据应用的不同，根据填料的比例改变树脂糊的量，或者用玻璃纤维代替天然纤维。 Lorenz 还表示，不饱和聚酯树脂也可以用更安全、更环保的树脂代替。

根据 Gortner 的说法，“我们研究项目的目标是表明在半成品热固性产品中使用有机成分是可能的。感谢 Lorenz 的积极支持，我们能够成功地做到这一点，并将继续将工业生产的反馈纳入我们的结果。”