AOC、Zoltek、Astar 为工业规模的高性能汽车零件开发新型 CF-SMC

在英国政府资助的研究项目 TUCANA 下，AOC AG（瑞士沙夫豪森）与 Astar（西班牙比斯开）合作开发了一种基于 Daron 聚氨酯混合技术的新型片状模塑料 (SMC)，能够生产短切具有环氧树脂 CF-SMC 的机械性能以及不饱和聚酯树脂 (UPR) 和乙烯基酯树脂 (VER) SMC 的易于制造的工业规模碳纤维模制件。总之，CF-SMC 支持开发具有低密度、E-coat 能力和低排放的结构汽车部件，同时保持复合材料典型的设计灵活性。它还将与 Zoltek（美国密苏里州圣路易斯）的低成本分裂丝束纤维结合使用。

AOC 高级研发科学家 Ron Verleg 解释说：“近年来，基于碳纤维的新型 SMC 材料已经上市，现在已在全工业规模上应用，以生产性能优于铝和钢的同类产品的超轻结构部件。” “SMC 工艺可以使用多种热固性树脂系统，每一种都有其特定的优点和缺点。”

AOC 指出，UPR 是 SMC 应用的主力树脂，具有良好的机械性能，可以接受高填充量（降低化合物成本），并且在模腔中流动性良好。然而，当与碳纤维一起使用时，UPR 对碳纤维表面的不完全润湿和较差的粘附水平导致模塑部件的机械性能低。

或者，VERs 主要用于在碳纤维成型部件中实现更高的机械性能，尽管将 VERs 加厚到 SMC 成型所需的水平是一个挑战，而且粘度往往太高而无法完全浸渍细碳纤维丝，尤其是当需要更高的纤维体积分数。

此外，环氧树脂 (EPR) 也进行了微调，以便在 SMC 部件中实现高机械性能。然而，AOC 表示，在大批量应用中以具有成本竞争力的方式运行此过程一直具有挑战性。 EPR SMC 系统的主要缺点是浸渍、成熟和成型过程困难，需要几个耗时的温度步骤。

为了解决这些问题，AOC 开发了 Daron SMC 技术，该技术提供了诸如延长化合物储存时间（室温下长达 6 个月）和优化压缩成型流程（完全填充模具型腔，包括插入件和肋），产生 43 GPa 的拉伸模量和超过 300 MPa 的拉伸强度。 Daron SMC 还采用苯乙烯清除技术，可实现最佳自由基聚合，从而实现极低的挥发性有机排放（远低于为室内应用设定的 100 μg/g 阈值）。

“由于 Daron 树脂的低粘性，碳纤维的细丝束可以非常好地浸渍到高体积分数，”Verleg 说。 “此外，Daron SMC 技术可在固化树脂基体和碳纤维之间实现理想的物理和化学相互作用。”

为了帮助消除复合材料行业中 CF-SMC 成本过高的问题，碳纤维制造商 Zoltek 还开发了一种成本较低的 50K 分束碳纤维，可以在 SMC 复合过程中打开，同时提供小丝束（大约3K) 碳纤维性能。

这两项技术——Zoltek 的分束纤维技术和 AOC 的 Daron SMC 技术——都是在由 Jaguar Land Rover（英国惠特利）领导的 TUCANA 项目下开发的，该项目汇集了学术和行业合作伙伴的财团，旨在提供更坚固、更轻的车辆结构，以提高电动汽车 (EV) 的性能。 TUCANA 项目希望通过实现具有成本效益、可扩展的碳纤维复合材料解决方案来实现这一愿景，包括 CF-SMC，迄今为止，该解决方案符合该项目的所有规范，包括机械强度和可塑性； CF-SMC 面板在生产线涂装车间运行也证明了基于 Daron 树脂体系的 SMC 在使用规定的成型参数进行加工时不会出现任何分层。

AOC 战略项目经理 Luuk Groenewoud 总结道，除了用于生产结构内部汽车零件外，“这种新型高性能 CF-SMC 的其他潜在应用还包括动态加载零件，例如发动机副车架和转向节” . “这使得该材料系统成为未来汽车应用中大批量生产系列的理想解决方案。”