AOC, Zoltek, Astar Inovasi CF-SMC Berkinerja Tinggi untuk Bagian Otomotif Industri
Di bawah proyek penelitian yang didanai pemerintah Inggris, TUCANA, AOC AG (Schaffhausen, Swiss), dengan Astar (Biscay, Spanyol), telah mengembangkan kompaun cetak lembar (SMC) baru berdasarkan teknologi hibrid polyurethane Daron, yang memungkinkan produksi bagian cetak serat karbon chopper pada skala industri dengan performa mekanis CF-SMC resin epoksi, dan kemudahan manufaktur SMC resin poliesternya tidak terpuas (UPR) dan resin ester vinil (VER) SMC. Bersama-sama, CF-SMC mendukung pengembangan bagian struktural otomotif dengan densitas rendah, kemampuan cat E-coat dan emisi rendah, sambil mempertahankan fleksibilitas desain yang khas untuk komposit. Ini juga akan digunakan dalam kombinasi dengan serat tow terbelah biaya lebih rendah Zoltek (St. Louis, Mo., AS).
“Dalam beberapa tahun terakhir, bahan SMC baru berdasarkan serat karbon telah tersedia secara komersial dan sekarang diterapkan pada skala industri penuh untuk menghasilkan bagian struktural ultra-ringan yang melampaui setara aluminium dan baja mereka,” menjelaskan Ron Verleg, ilmuwan senior R&D di AOC. “Beberapa sistem resin termoset dapat digunakan dengan proses SMC, dengan masing-masing memiliki keuntungan dan kerugian spesifiknya.”
UPR adalah kerjaan utama resin untuk aplikasi SMC, catat AOC, menawarkan properti mekanis yang baik, memuat pengisi tinggi (menurunkan biaya kompaun) dan mengalir dengan baik dalam ruang cetak cetakan. Namun, ketika digunakan dengan serat karbon, penbasahan yang tidak lengkap dan tingkat adhesi yang buruk UPR pada permukaan serat karbon menghasilkan bagian cetak dengan properti mekanis rendah.
Secara alternatif, VER terutama digunakan untuk mencapai properti mekanis yang lebih tinggi dalam bagian cetak serat karbon, meskipun memperkental VER ke tingkat yang diperlukan untuk cetakan SMC adalah tantangan, dan viskositas cenderung terlalu tinggi untuk memenuhi benang serat karbon halus sepenuhnya, terutama ketika fraksi volume serat yang lebih tinggi diperlukan.
Selanjutnya, resin epoksi (EPR) juga telah disesuaikan agar memungkinkan properti mekanis tinggi yang dicapai dalam bagian SMC. Namun, sulit untuk menjalankan proses ini dengan cara yang kompetitif biaya dalam aplikasi volume tinggi, kata AOC. Kelemahan utama sistem SMC EPR adalah proses impregnasi, maturasi dan pencetakan yang sulit yang membutuhkan beberapa langkah suhu yang memakan waktu.
Untuk mengatasi masalah ini, AOC mengembangkan teknologi SMC Daronnya, yang menawarkan manfaat seperti waktu penyimpanan yang diperpanjang untuk kompaun (sampai enam bulan pada suhu kamar), dan aliran yang dioptimalkan dalam cetakan kompresi (pengisian lengkap ruang cetak, termasuk insert dan rusuk), menghasilkan modulus regangan 43 GPa, dan kekuatan regangan lebih dari 300 MPa. SMC Daron juga menawarkan teknologi penyerap styrene yang menghasilkan polimerisasi radikal yang optimal, menghasilkan emisi organik volatal yang sangat rendah (sangat di bawah ambang 100 µg/g yang ditetapkan untuk aplikasi interior).
“Karena sifat viskositas rendah resin Daron, bundel benang halus serat karbon dapat dibasahi dengan sangat baik hingga fraksi volume tinggi,” ujar Verleg. “Selain itu, teknologi SMC Daron mengarah pada interaksi fisik dan kimia yang ideal antara matriks resin yang diobati dan serat karbon.”
Untuk membantu menghilangkan sifat yang melarang biaya CF-SMC di industri komposit, produsen serat karbon Zoltek juga telah mengembangkan serat karbon tow terbelah 50K biaya lebih rendah yang dapat dibuka selama proses kompaunan SMC, sambil memberikan performa serat kecil (kira-kira 3K) serat karbon.
Kedua teknologi ini — teknologi serat tow terbelah Zoltek dan teknologi SMC Daron AOC — telah dikembangkan di bawah proyek TUCANA, dipimpin oleh Jaguar Land Rover (Whitley, Inggris), yang membawa bersama konsorsium mitra akademis dan industri dengan tujuan menghasilkan struktur kendaraan lebih kaku dan lebih ringan untuk meningkatkan performa kendaraan terlistrik (EV). Proyek TUCANA mengharapkan dapat menyampaikan visi ini dengan mengaktifkan solusi komposit serat karbon hemat biaya dan skalabel, termasuk CF-SMC, yang sejauh ini telah memenuhi semua spesifikasi proyek sampai saat ini, termasuk kekuatan mekanis dan kemampuan cetak; panel CF-SMC yang melalui produksi pabrik cat telah juga membuktikan bahwa SMC berdasarkan sistem resin Daron tidak menunjukkan delaminasi saat diproses dengan parameter cetak yang ditentukan.
Selain penggunaan untuk produksi bagian struktural interior otomotif, “aplikasi potensi lainnya dari CF-SMC berkinerja tinggi baru ini termasuk bagian yang dimuat secara dinamis seperti sub frame mesin dan knuckle stering,” kesimpulan Luuk Groenewoud, manajer proyek strategis di AOC. “Ini membuat sistem bahan ini solusi yang sangat diinginkan untuk seri produksi volume tinggi di masa depan dalam aplikasi otomotif.”
