反応性重合樹脂は有機シート市場を拡大し、機会を拡大します

この秋、ジョンズマンビル（JM、デンバー、コロラド州、米国）は、ネオメララインの最初の製品を発表する予定です。最初の提供はその場で -重合したガラス繊維強化ポリアミド6（PA6）オルガノシートですが、間もなくラインが拡大し、非クリンプファブリック（NCF）と長いチョップドファイバーが含まれるようになります。 JMはまた、ハイブリッド強化構造（たとえば、炭素繊維とガラス繊維の組み合わせ）または非ガラス強化でさえも、追加の反応性重合熱可塑性マトリックスが評価されていると述べています。同社は、これらの材料の製造方法が従来の有機シートや長繊維熱可塑性複合材料とは異なるため、Neomera製品はより高い機械的特性をより低いコストで提供すると述べています。これらの資料について現在わかっていることは次のとおりです。

オルガノシートの新しい製造方法

従来のオルガノシート（通常、織物で強化された特殊な形態のガラスマット熱可塑性複合材料（GMT））は、ポリプロピレン（PP）またはポリアミド6または6/6（PA6、PA6 / 6）マトリックスのいずれかで製造されます。有機シート複合材料は、自動車、商用トラック、建築/建設、スポーツ用品業界の半構造および構造コンポーネントで最も頻繁に使用されます。

いくつかの側面により、JMのネオメララインはすでに市場に出回っているものとは異なります。まず、完全に重合したPA6樹脂を含浸繊維に溶かすのではなく、含浸ステップ後にカプロラクタムモノマーをPA6にアニオン重合します。溶融カプロラクタムの粘度は非常に低いため（約5センチポアズ）、ポリマー鎖がはるかに長く粘度がはるかに高い完全に重合した熱可塑性プラスチックよりも、ロービングや布地をはるかに効果的に濡らします。つまり、JMの反応性重合樹脂システムは、PA6のような完全に重合した熱可塑性樹脂よりも、液体熱硬化性樹脂のように、はるかに優れたウェットアウトを実現します。次に、これによりボイドが大幅に減少し、50％以上のオーダーのより高い繊維体積分率（FVF）を作成する機会が提供され、それ自体が機械的特性が向上します。

第二に、JMはまた、カプロラクタムを含浸させる前に、独自の反応性ガラスサイジングでガラス繊維（チョップド、ウーブン、NCF）を処理しています。これもまた、繊維と樹脂の結合を強化し、同じタイプとパーセンテージの繊維負荷とマトリックスを備えた他の有機シート製品と比較して、同等のFVFでより高い機械的特性をもたらします。

革新的な長繊維有機シートは、上の画像に示すように、ランダムな繊維分布、完全な繊維ウェットアウト、および優れた繊維樹脂結合を提供します。左側にはガラス繊維束が真っ直ぐに示され、右側には個々の繊維束が上から下に向かって完全に樹脂でコーティングされていることが示されています。

「私たちが人々に理解してもらいたいのは、私たちが別の me-too を紹介していないということです。 オルガノシート製品」と、JMのシニアリサーチマネージャーである企業R＆DのMingfuZhang氏は説明します。 「カプロラクタムから始めているので、熱可塑性ポリマーを使用する場合に比べて、繊維をはるかに簡単に濡らすことができます。その結果、より優れた含浸、より高い繊維体積分率、およびより優れた性能を実現します。実際、これにより、従来のオルガノシートでは実現できない特殊な製品を作成することができます。」

昨年、JMは技術を開発し、戦略的にサンプリングしていると発表しました。計画では、9月にNeomeraのソフトローンチを行い、翌月に2021 Composites＆Advanced Materials Expo（CAMX、10月18〜21日、米国テキサス州ダラス）でハードローンチを行います。

段階的な展開

最初のNeomera製品であるOS-6シリーズは、織物で補強されます。 JM製品リーダーであるDanaMiloaga氏は、次のように述べています。 。 「バランスの取れた織りで、優れたドレープ性と直交異方性を提供するため、軽量で高性能な部品を実現するために、使用する金属を指定することに慣れているエンジニアにとって簡単です。」

新しいオルガノシートファミリーの織られた形態の後には、従来の熱可塑性プラスチックを含浸させるのが困難であることが伝統的に証明されている、より重いNCFを特徴とするNCF-6シリーズが続きます。最後に、不連続であるがさらに長いファイバー（> 25ミリメートル）バージョンが計画されています。 CR-6シリーズと呼ばれ、疑似等方性を維持するのに役立つ一貫した繊維長を備えていると言われているこの製品ラインは、GMTや直接長繊維熱可塑性プラスチック（D-LFT）などの長繊維熱可塑性技術と競合します。 JMは、成形業者が各Neomera製品を単独で、または他のタイプと組み合わせて使用​​できるようになると報告しています。たとえば、織物またはNCF有機シートのストリップまたはシートで構成される圧縮成形可能なハイブリッド構造を使用して荷重経路を補強し、不連続な繊維強化有機シートをリブやボスなどのより複雑な形状が配置されている場所で使用できます。 「テストでは、不連続繊維を使用したCR-6製品は、従来のチョップドファイバーGMTよりも優れた成形性を提供することが示されました」とZhang氏は付け加えます。

金型製作者または金型製作者に関する限り、JMの新製品は従来のオルガノシートまたはGMTのように処理されます。金型の構造要件も同様です。 必要な調整は、PPの溶融温度と成形温度が低いため、PPの場合よりも高い温度でNeomera有機シートをPA6マトリックスで予熱して成形することだけです。興味深いことに、一部のGMT製品とは異なり、スプリングバックによる予熱後のガラス繊維のロフトがないため、材料は完全に固結したままです。繊維にカプロラクタムが完全に含浸されているという事実と、モノマーがその場で重合されるため、これが可能になると張氏は言います。 —PAマトリックスを使用した従来のオルガノシートよりもはるかに高分子量を達成しています。

JMの研究者は、設計エンジニアが部品の性能をより正確にシミュレートできるように、基本的な材料の特性評価も行っています。 「私たちはお客様と緊密に協力して、より詳細なシミュレーション作業を行うために最初に必要となる最も重要なデータを特定してきました」とMiloaga氏は説明します。 「完全なマテリアルカードを開発するために必要な特性評価を行うには通常6か月かかるため、早期に使用できるビルディングブロックを生成する予定です。」

導入された製品ラインごとに、同社は、堅牢なサプライチェーンとグローバルなアクセスと一貫性を確保するために、2つのグローバルサプライヤーを認定していると述べています。デンバー地域のJMの生産規模のラインは、顧客向けにサンプル量の材料を生産してきましたが、最初の商業生産はスロバキアのトルナバで行われます。

ネオメラ製品は黒で提供され、「ナチュラル」（オフホワイト）のオプションとカスタムカラーの可能性があります。当初、商業生産が増加するにつれて、製品は注文に応じて製造およびカットされますが、長期的には、標準サイズの在庫を計画しています。

JMのプロセスの興味深い側面は、連続プロセスで厚いシートを製造できることです。 「既存のオルガノシートの課題の1つは、通常、厚さ0.5ミリメートルのシートで製造されることです。そのため、顧客に厚さ3ミリメートルの製品を提供するには、複数のシートを後から統合してラミネートを作成する必要があります。 」と張は説明します。 「厚さ3mmのシートを直接作成できるため、統合後の手順全体をスキップできます。実際、それは私たちのテクノロジーの最もユニークな側面の1つです。カプロラクタムが水のような粘度を持っていることは知っていましたが、それでも私たちの技術が厚いラミネートの製造にどれほど適しているかに驚いていました。これにより、お客様に提供できる内容に多くの柔軟性がもたらされます。さらに、統合後のステップをスキップすることで、当社の製品は別の加熱サイクルを回避します。」

難しかったのは、カプロラクタムの水分に敏感なアニオン重合を処理するために製造プロセスを制御することでした。 「このプロジェクトに取り掛かる前は、PA6へのカプロラクタムのアニオン重合は実際には密閉型でしか行われていなかったため、非常に一貫性のある製品を製造するための連続プロセスに適応させるには多くの作業が必要でした」とZhang氏は付け加えます。

>

次は？

JMのようなガラスサプライヤーが技術のライセンスを取得するだけでなく中間製品を製造したい理由を尋ねられたとき、JMの上級研究科学者であるKlaus Gleichは次のように述べています。素材を作れる人。私たちは化学をよく知っており、その課題を知っているので、それをスケールアップして商品化するのに最適な立場にあります。それを超えて、私たちの研究開発グループは、私たちのビジネスを拡大し、バークシャーハサウェイ[オマハ、ネブラスカ、米国]の所有者により大きな価値を返すために、この革新的な技術を特別に開発しました。私たちはイノベーターになり、新しい市場機会を創出したいと考えています。」

「熱可塑性複合材料が半構造的および真の構造的用途に移行し、軽量で持続可能なコンポーネントを当社の新しいオルガノシート技術と非常に調和させて製造する傾向が見られます」とMiloaga氏は付け加えます。実際、Neomeraファミリーを使用した最初の商用アプリケーションはそれほど遠くない、と彼女は言います。 JMはモータースポーツで材料を試してきました。また、自動車や商用トラックに加えてスポーツ用品などの他の輸送セグメントにも関心があります。 「重要なのは、問題を解決していることです」と彼女は付け加えます。 「競争は高価であり、ポートフォリオは限られています。パフォーマンスが高く、しかも費用効果の高い製品を製造できます。これは、Win-Winの組み合わせです。」