天然繊維強化SMCは産業用途を対象としています

新しいオーガニックSMCで製造されたリアスポイラー。研究者は、複雑なリブ構造を従来の処理パラメータで埋めることができました。彼らは繊維とマトリックスの分離を発見しませんでした。写真提供者：InstitutfürVerbundwerkstoffe（IVW）

挽いたヒマワリの種子の殻や葦などの天然のフィラーや繊維に対応できる有機シート成形コンパウンド（SMC）は、さまざまな産業向けの半製品ポリマー製品の生産者であるLorenz Kunststofftechnik GmbH（Wallenhorst、ドイツ）によって開発されました。 、およびLeibniz-InstitutfürVerbundwerkstoffe（IVW、カイザースラウテルン、ドイツ）、ラインランド-パラチナート州の非営利研究機関、および複合材料の開発と処理を専門とするカイザースラウテルン工科大学。目標は、CO ₂ が比較的小さい熱硬化性複合材料の開発です。 フットプリント。

Lorenzの販売および事業開発のディレクターであるPeterOomsは、次のように述べています。カイザースラウテルン研究所は、実験室規模の予備試験、一般的な研究、および新しい有機SMCの製剤の開発を行いました。」

調査対象の潜在的なユーザー

2つの組織は、電気、自動車、産業機器を含むさまざまな業界の30社の調査に基づいて、材料仕様書を作成しました。 「私たちの調査では、業界ごとに材料の要件が異なることがわかりました」とOoms氏は言います。ただし、ほとんどすべての人が、環境側面とCO ₂ を文書化するためのライフサイクルアセスメント（LCA）が必要でした。 生産の減少、およびリサイクル可能性。これらの要件に基づいて、SMC生産に使用できる有機材料を選択しました。」

パートナーは、有機ベースのフィラーを部分的に含むガラス繊維SMCを開発することを決定しました。フィラーについては、ヒマワリの種の殻と葦の粉砕、木粉、工業用軟水化プラントからのアップサイクル炭酸カルシウム、熱硬化性リサイクル材料など、いくつかのオプションが検討されました。追加の持続可能性イニシアチブとして、原材料はローレンツの施設から500km以内で調達されました。

SMCとフィラー、および材料の処理方法に関する調査は、IVWで実施されました。考慮された要因には、含浸性、密度、粘度、および原材料の入手可能性が含まれていました。研究者たちは、不飽和ポリエステル（UP）樹脂と収縮防止添加剤を使用して、配合を開発しました。

配合の作業

次に、パートナーは、新しい材料を使用して製造されるデモンストレーターバトルコンポーネントのパラメーターを定義しました。 「このデモンストレーターは、「材料の流動および金型充填挙動を調べ、従来のSMC半製品と比較するのに役立ちました」とDr.-Ingは述べています。 IVWの科学者であるFlorianGortner。 「これらの結果とプレスレオメトリーテストに基づいて、シミュレーションモデルを構築し、流動挙動を実証し、他の金型形状に関する予測を可能にしました。」

最初の研究の後、ベースラインのSMC樹脂ペーストが開発されました。これは、不飽和ポリエステル（UP）樹脂と収縮防止添加剤、酸化マグネシウムと樹脂を増粘するための内部離型剤、およびカラーペーストで構成されています。この樹脂ペーストは、研究者がSMC内で個々のコンポーネントがどのように相互作用するかを理解できるようにテストを受けました。さまざまなフィラーを使用した一連の樹脂配合の反復テストにより、最終的に、目的の粘度、流動性、および含浸挙動を備えた多数の有機フィラーベースの樹脂が得られました。

ゴートナー氏は、次のように述べています。「酸化マグネシウムと内部離型剤を使用して樹脂を増粘し、カラーペーストを追加して半製品を着色しました。調査結果に基づいて、さらに添加剤を追加し、樹脂ペーストを用途に適合させました。」

彼らは、所望の粘度、流動性、および含浸挙動を特徴とするものを思い付くまで、配合物を数回繰り返した。得られた材料は、従来のSMCよりも密度の低い半製品の製造を可能にします。これは、ローレンツが電気自動車市場にとって魅力的であると期待しています。次のステップは、樹脂のバージョンを商業的に生産することです。これは、ローレンツが今年達成する予定であるとOoms氏は言います。

「IVWと一緒にこの新しい熱硬化性樹脂の製造に成功したので、実用的なアプリケーションのさらなる改善を計画しています」とOoms氏は付け加えます。たとえば、ローレンツは、用途に応じて、フィラーに比例して樹脂ペーストの量を変化させる材料の反復を開発したり、天然繊維の代わりにガラス繊維を使用したりする場合があります。ローレンツ氏はまた、不飽和ポリエステル樹脂をより安全で環境に優しい樹脂に置き換えることもできると述べています。

Gortner氏によると、「私たちの研究プロジェクトの目的は、半製品の熱硬化性製品に有機ベースのコンポーネントを使用できることを示すことでした。 Lorenzの積極的なサポートのおかげで、これを成功させることができました。今後も、工業生産からのフィードバックを結果に取り入れていきます。」