SMC yang diperkuat serat alami menargetkan aplikasi industri

Spoiler belakang diproduksi dengan SMC organik baru. Para peneliti mampu mengisi struktur berusuk yang kompleks dengan parameter pemrosesan konvensional. Mereka tidak menemukan pemisahan serat dan matriks. Kredit Foto:Institut für Verbundwerkstoffe (IVW)

Senyawa cetakan lembaran organik (SMC) yang dapat menampung pengisi dan serat alami — seperti kulit dan buluh biji bunga matahari yang digiling — telah dikembangkan oleh Lorenz Kunststofftechnik GmbH (Wallenhorst, Jerman), produsen produk polimer setengah jadi untuk berbagai industri , dan Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe (IVW, Kaiserslautern, Jerman), sebuah lembaga penelitian nirlaba dari negara bagian Rhineland-Palatinate dan Universitas Teknik Kaiserslautern yang berspesialisasi dalam pengembangan dan pemrosesan komposit. Tujuannya adalah pengembangan komposit termoset dengan CO yang relatif kecil₂ jejak kaki.

Peter Ooms, direktur penjualan dan pengembangan bisnis di Lorenz, mengatakan, “Kami membantu IVW dengan keahlian dan bahan SMC kami, serta dalam pengujian selanjutnya untuk produksi industri. Institut Kaiserslautern melakukan pengujian pendahuluan skala lab, penelitian umum, dan pengembangan formulasi untuk SMC organik baru.”

Pengguna potensial yang disurvei

Kedua organisasi mengembangkan lembar spesifikasi bahan berdasarkan survei terhadap 30 perusahaan di berbagai industri termasuk peralatan listrik, otomotif dan industri. “Survei kami menunjukkan bahwa industri yang berbeda memiliki persyaratan material yang berbeda,” kata Ooms. Namun, hampir semua menginginkannya memiliki life-cycle assessment (LCA) untuk mendokumentasikan aspek lingkungan dan CO₂ pengurangan produksi, serta daur ulang. Kami memilih kemungkinan bahan organik untuk produksi SMC berdasarkan persyaratan ini.”

Para mitra memutuskan untuk mengembangkan SMC serat kaca yang sebagian terdiri dari pengisi berbasis organik. Untuk pengisi, beberapa opsi dipertimbangkan, termasuk kulit biji bunga matahari tanah dan alang-alang, tepung kayu, kalsium karbonat daur ulang dari pabrik pelunakan air industri, dan bahan daur ulang termoset. Sebagai inisiatif keberlanjutan tambahan, bahan baku diambil dalam jarak 500 kilometer dari fasilitas Lorenz.

Penelitian tentang SMC dan pengisi serta bagaimana bahan dapat diproses dilakukan di IVW. Faktor yang dipertimbangkan meliputi impregnabilitas, densitas, viskositas dan ketersediaan bahan baku. Para peneliti bekerja dengan resin poliester tak jenuh (UP) dan aditif anti-susut saat mereka mengembangkan formulasi.

Mengerjakan formulasi

Selanjutnya, para mitra menentukan parameter untuk komponen pertempuran demonstran yang akan diproduksi menggunakan bahan baru. “Demonstran ini “membantu kami memeriksa aliran dan perilaku pengisian cetakan dari material, dan membandingkannya dengan produk setengah jadi SMC konvensional,” kata Dr.-Ing. Florian Gortner, seorang ilmuwan di IVW. “Berdasarkan hasil ini dan pengujian rheometry tekan, kami membangun model simulasi untuk menunjukkan perilaku aliran dan memungkinkan prediksi tentang geometri cetakan lainnya.”

Setelah penelitian awal, pasta resin SMC dasar dikembangkan yang terdiri dari resin poliester tak jenuh (UP) bersama dengan aditif anti-penyusutan, magnesium oksida dan zat pelepas internal untuk mengentalkan resin, dan pasta warna. Pasta resin ini melalui tes sehingga para peneliti dapat memahami bagaimana masing-masing komponen berinteraksi dalam SMC. Serangkaian uji berulang dari formulasi resin dengan pengisi yang berbeda pada akhirnya menghasilkan sejumlah resin berbasis pengisi organik dengan sifat viskositas, aliran, dan impregnasi yang diinginkan.

Gortner berkata, “Magnesium oksida dan zat pelepas internal digunakan untuk mengentalkan resin, dan pasta warna ditambahkan untuk mewarnai produk setengah jadi. Berdasarkan hasil survei, kami menambahkan aditif lebih lanjut dan mengadaptasi pasta resin ke dalam aplikasi.”

Mereka menjalankan beberapa iterasi dari formulasi sampai mereka menemukan yang memiliki sifat viskositas, aliran dan impregnasi yang diinginkan. Bahan yang dihasilkan memungkinkan produksi produk setengah jadi dengan kepadatan lebih rendah daripada SMC konvensional, yang diharapkan Lorenz akan menarik bagi pasar kendaraan listrik. Langkah selanjutnya adalah memproduksi versi resin secara komersial, yang menurut Ooms akan diselesaikan Lorenz tahun ini.

“Sekarang bersama dengan IVW kami telah berhasil membuat termoset baru ini, kami merencanakan peningkatan lebih lanjut untuk aplikasi praktis,” tambah Ooms. Misalnya, Lorenz dapat mengembangkan iterasi bahan yang memvariasikan jumlah pasta resin secara proporsional dengan bahan pengisi, atau mengganti serat kaca dengan serat alami, tergantung pada aplikasinya. Lorenz juga mengatakan resin poliester tak jenuh juga dapat diganti dengan resin yang lebih aman dan ramah lingkungan.

Menurut Gortner, “Tujuan dari proyek penelitian kami adalah untuk menunjukkan bahwa penggunaan komponen berbasis organik dalam produk termoset setengah jadi adalah mungkin. Berkat dukungan aktif Lorenz, kami berhasil melakukannya, dan akan terus memasukkan umpan balik dari produksi industri ke dalam hasil kami.”