AOC, Zoltek et Astar développent un nouveau CF-SMC pour les pièces automobiles hautes performances à l'échelle industrielle

Dans le cadre du projet de recherche financé par le gouvernement britannique, TUCANA, AOC AG (Schaffhouse, Suisse), avec Astar (Biscaye, Espagne), a développé un nouveau composé de moulage en feuille (SMC) basé sur la technologie hybride de polyuréthane Daron, qui permet la production de des pièces moulées en fibre de carbone à l'échelle industrielle avec les performances mécaniques de la résine époxy CF-SMC et la facilité de fabrication de la résine polyester insaturée (UPR) et de la résine vinylester (VER) SMC. Ensemble, le CF-SMC prend en charge le développement de pièces automobiles structurelles avec une faible densité, une capacité de revêtement E et de faibles émissions, tout en conservant la flexibilité de conception typique des composites. Il sera également utilisé en combinaison avec la fibre optique split-tow à moindre coût de Zoltek (St. Louis, Mo., États-Unis).

« Ces dernières années, de nouveaux matériaux SMC à base de fibre de carbone sont devenus disponibles dans le commerce et sont maintenant appliqués à pleine échelle industrielle pour produire des pièces structurelles ultralégères qui surpassent leurs équivalents en aluminium et en acier », explique Ron Verleg, scientifique senior en R&D chez AOC. « Plusieurs systèmes de résine thermodurcissable peuvent être utilisés avec le procédé SMC, chacun ayant ses avantages et ses inconvénients spécifiques. »

Les UPR sont la résine de pointe pour les applications SMC, note AOC, offrant de bonnes propriétés mécaniques, acceptant des charges de charge élevées (baissant le coût du composé) et s'écoulant bien dans la cavité du moule. Pourtant, lorsqu'il est utilisé avec des fibres de carbone, le mouillage incomplet et le faible niveau d'adhérence de l'UPR sur la surface de la fibre de carbone entraînent des pièces moulées avec de faibles propriétés mécaniques.

Alternativement, les VER sont principalement utilisés pour obtenir des propriétés mécaniques plus élevées dans la pièce moulée en fibre de carbone, bien que l'épaississement des VER au niveau requis pour le moulage SMC soit un défi et que la viscosité ait tendance à être trop élevée pour imprégner complètement les fins filaments de fibre de carbone, en particulier lorsque des fractions volumiques de fibres plus élevées sont nécessaires.

De plus, les résines époxy (EPR) ont également été affinées pour permettre d'obtenir des propriétés mécaniques élevées dans les pièces SMC. Cependant, il a été difficile d'exécuter ce processus de manière compétitive dans les applications à volume élevé, a déclaré AOC. Le principal inconvénient des systèmes EPR SMC est un processus d'imprégnation, de maturation et de moulage difficile qui nécessite plusieurs étapes de température fastidieuses.

Pour résoudre ces problèmes, AOC a développé sa technologie Daron SMC, qui offre des avantages tels qu'un temps de stockage prolongé du composé (jusqu'à six mois à température ambiante), et un flux optimisé dans le moulage par compression (remplissage complet de la cavité du moule, y compris les inserts et nervures), résultant en un module de traction de 43 GPa et une résistance à la traction de plus de 300 MPa. Daron SMC dispose également d'une technologie de piégeage du styrène qui permet une polymérisation radicalaire optimale, conduisant à des émissions organiques volatiles extrêmement faibles (bien en dessous du seuil de 100 μg/g fixé pour les applications intérieures).

« En raison de la nature peu visqueuse des résines Daron, les faisceaux de filaments fins de la fibre de carbone peuvent être extrêmement bien imprégnés jusqu'à des fractions volumiques élevées », explique Verleg. "De plus, la technologie Daron SMC conduit à une interaction physique et chimique idéale entre la matrice de résine durcie et la fibre de carbone."

Pour aider à éliminer la nature prohibitive du CF-SMC dans l'industrie des composites, le fabricant de fibre de carbone Zoltek a également développé une fibre de carbone à remorquage divisé 50K à moindre coût qui peut être ouverte pendant le processus de composition SMC, tout en fournissant un petit remorquage (environ 3K) performances de la fibre de carbone.

Ces deux technologies — la technologie de fibre à câble divisé de Zoltek et la technologie Daron SMC d'AOC — ont été développées dans le cadre du projet TUCANA, dirigé par Jaguar Land Rover (Whitley, Royaume-Uni), qui rassemble un consortium de partenaires universitaires et industriels dans le but de fournir des structures de véhicules plus rigides et plus légères pour augmenter les performances des véhicules électrifiés (VE). Le projet TUCANA espère concrétiser cette vision en permettant des solutions composites en fibre de carbone rentables et évolutives, y compris le CF-SMC, qui jusqu'à présent a respecté toutes les spécifications du projet à ce jour, y compris la résistance mécanique et la moulabilité ; Les panneaux CF-SMC passés dans l'atelier de peinture de la ligne de production ont également prouvé que le SMC basé sur le système de résine Daron ne présente aucun délaminage lorsqu'il est traité avec des paramètres de moulage définis.

En plus de son utilisation pour la production de pièces automobiles intérieures structurelles, "d'autres applications potentielles de ce nouveau CF-SMC haute performance incluent des pièces chargées dynamiquement telles que des sous-châssis de moteur et des fusées de direction", conclut Luuk Groenewoud, responsable de projets stratégiques chez AOC. . « Cela fait du système de matériaux une solution hautement souhaitable pour les futures séries de production à grand volume dans les applications automobiles. »