SMC renforcé de fibres naturelles cible les applications industrielles

Un becquet arrière produit avec un nouveau SMC organique. Les chercheurs ont pu remplir des structures nervurées complexes avec des paramètres de traitement conventionnels. Ils n'ont trouvé aucune séparation de la fibre et de la matrice. Crédit photo :Institut für Verbundwerkstoffe (IVW)

Lorenz Kunststofftechnik GmbH (Wallenhorst, Allemagne), un producteur de produits polymères semi-finis pour diverses industries, a développé un composé de moulage en feuille organique (SMC) pouvant contenir des charges et des fibres naturelles, telles que des coques de graines de tournesol broyées et des roseaux. , et le Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe (IVW, Kaiserslautern, Allemagne), une institution de recherche à but non lucratif de l'État de Rhénanie-Palatinat et l'Université technique de Kaiserslautern spécialisée dans le développement et le traitement des composites. L'objectif est le développement d'un composite thermodurci avec un CO₂ relativement faible empreinte.

Peter Ooms, directeur des ventes et du développement commercial chez Lorenz, déclare :« Nous avons aidé l'IVW avec notre expertise et nos matériaux SMC, ainsi que dans les tests ultérieurs pour la production industrielle. L'institut de Kaiserslautern a effectué les tests préliminaires à l'échelle du laboratoire, la recherche générale et le développement des formulations pour le nouveau SMC organique. »

Utilisateurs potentiels interrogés

Les deux organisations ont élaboré une fiche de spécifications de matériaux basée sur une enquête menée auprès de 30 entreprises de divers secteurs, notamment les équipements électriques, automobiles et industriels. "Notre enquête a montré que différentes industries ont des exigences différentes pour le matériau", explique Ooms. Cependant, presque tous voulaient qu'il dispose d'une analyse de cycle de vie (ACV) pour documenter les aspects environnementaux et le CO₂ réduction de la production, ainsi que la recyclabilité. Nous avons choisi les matières organiques possibles pour la production de SMC sur la base de ces exigences. »

Les partenaires ont décidé de développer un SMC en fibre de verre qui comprend en partie une charge à base organique. Pour la charge, plusieurs options ont été envisagées, notamment des coques et des roseaux de graines de tournesol broyées, de la farine de bois, du carbonate de calcium recyclé provenant d'usines d'adoucissement de l'eau industrielles et des matériaux de recyclage thermodurcissables. Dans le cadre d'une initiative de développement durable supplémentaire, les matières premières ont été achetées à moins de 500 kilomètres de l'usine de Lorenz.

Des recherches sur le SMC et les charges et sur la façon dont les matériaux pourraient être traités ont été effectuées à l'IVW. Les facteurs pris en compte comprenaient l'imprégnabilité, la densité, la viscosité et la disponibilité de la matière première. Les chercheurs ont travaillé avec une résine de polyester insaturé (UP) et un additif anti-retrait pendant qu'ils développaient la formulation.

Travailler les formulations

Ensuite, les partenaires ont défini les paramètres d'un composant de combat de démonstrateur à fabriquer à l'aide du nouveau matériau. « Ce démonstrateur « nous a aidés à examiner le comportement d'écoulement et de remplissage de moule du matériau et à le comparer avec les produits semi-finis SMC conventionnels », explique le Dr-Ing. Florian Gortner, scientifique à l'IVW. « En nous appuyant sur ces résultats et sur les tests de rhéométrie de la presse, nous avons construit un modèle de simulation pour démontrer le comportement de l'écoulement et permettre des prédictions sur d'autres géométries de moule. »

Après des recherches initiales, une pâte de résine SMC de base a été développée, comprenant une résine de polyester insaturé (UP) ainsi qu'un additif anti-rétrécissement, de l'oxyde de magnésium et un agent de démoulage interne pour épaissir la résine, ainsi qu'une pâte de couleur. Cette pâte de résine a subi des tests afin que les chercheurs puissent comprendre comment chacun des composants individuels interagissait au sein du SMC. Des séries de tests itératives de formulations de résines avec différentes charges ont finalement abouti à un certain nombre de résines à base de charges organiques avec la viscosité, l'écoulement et le comportement d'imprégnation souhaités.

Gortner dit :« De l'oxyde de magnésium et un agent de démoulage interne ont été utilisés pour épaissir la résine, et une pâte de couleur a été ajoutée pour colorer les produits semi-finis. À partir des résultats de l'enquête, nous avons ajouté d'autres additifs et adapté la pâte de résine à l'application. »

Ils ont exécuté plusieurs itérations des formulations jusqu'à ce qu'ils trouvent celles qui présentent la viscosité, l'écoulement et le comportement d'imprégnation souhaités. Le matériau résultant permet la production de produits semi-finis avec une densité inférieure à celle des SMC conventionnels, qui, espère Lorenz, seront attrayants pour le marché des véhicules électriques. La prochaine étape consistera à produire une version commerciale de la résine, ce que Ooms dit que Lorenz prévoit d'accomplir cette année.

« Maintenant qu'avec IVW, nous avons réussi à fabriquer ce nouveau thermodurcissable, nous prévoyons de nouvelles améliorations pour des applications pratiques », ajoute Ooms. Par exemple, Lorenz peut développer des itérations du matériau qui font varier la quantité de pâte de résine proportionnellement aux charges, ou substituer la fibre de verre à la fibre naturelle, selon l'application. Lorenz dit également que les résines de polyester insaturé pourraient également être remplacées par des résines plus sûres et plus respectueuses de l'environnement.

Selon Gortner, « L'objectif de notre projet de recherche était de montrer que l'utilisation de composants à base organique dans les produits thermodurcissables semi-finis est possible. Grâce au soutien actif de Lorenz, nous avons pu le faire avec succès et continuerons d'intégrer les retours d'expérience de la production industrielle dans nos résultats. »