La fibre de carbone à brins fendus de Zoltek booste la performance du SMC

Un nouveau produit de fibre de carbone conçu et calibré pour améliorer la performance du composé de moulage en feuille (SMC) a été commercialisé par Zoltek Corp., une entreprise du groupe Toray (Bridgeton, Missouri, États-Unis). La fibre pré-étalée brevetée, appelée PX35 KS, est incisée au niveau de la bande de fil au moment de sa production, convertissant un produit 50K en sous-faisceaux 3K, qui sont à leur tour bobinés et fournis comme brin multi-brins. Une fois le brin pré-incisé introduit dans une unité de hachage et la longueur de fibre coupée, il se sépare en sous-faisceaux 3K lors du compoundage dans la pâte SMC. Selon les dires, cela améliore la manipulation des fibres, la dispersion et l'imprégnation, et fournit un lit de fibres plus uniforme qui améliore l'écoulement du composite pendant le moulage par compression.

« L'avantage de la dispersion améliorée est qu'il permet aux fabricants d'utiliser une fibre de carbone à coût inférieur tout en atteignant les propriétés plus élevées typiquement vues avec un brin plus petit », note Christopher Thomas, directeur automobile Amériques de Zoltek. « Vous payez essentiellement le coût du 50K [brin qualité automobile], mais vous obtenez la performance du 3K [brin qualité aérospatiale] », ajoute Tobias Potyra, directeur automobile Europe de Zoltek.

Zoltek, connu pour sa fibre de carbone à gros brins à bas coût, a développé le nouveau produit au Japon pour répondre au défi de la dispersion de gros faisceaux de fibres, surtout dans les systèmes polymères thixotropes comme le SMC. « Le concept était que séparer le gros brin en tailles de brins plus petites fournirait une meilleure dispersion au coupeur », continue Thomas. Il ajoute que l'échantillonnage auprès de clients sélectionnés en Europe et Amérique du Nord s'est intensifié sur la dernière année et demie à deux ans, où il est évalué pour pièces structurelles et d'apparence. « Les clients qui ont testé le produit ont vu ses bénéfices de première main », ajoute-t-il. Sans surprise, le marché principal pour lequel le produit à brins fendus a été développé est l'automobile, bien que selon les dires tout compoundeur ou mouleur SMC pourrait bénéficier de l'approche prise avec PX35 KS.

En termes de matériaux de résine SMC, le nouveau produit à brins fendus a été testé dans trois systèmes mono-résine : matrices vinylester, époxy et uréthane. Les matrices polyester insaturé n'ont pas été étudiées, puisque la présence de renfort fibre de carbone indiquait déjà que les formulations seraient utilisées dans des environnements à plus haute température et/ou dans des applications dont les cas de charge requièrent une performance mécanique plus élevée. Les formulations vinylester étaient décrites comme solvatées (par opposition à hot-melt), bien qu'elles allaient du styrène conventionnel, au styrène/COV réduits, aux systèmes sans styrène/COV. Selon les dires, les mêmes améliorations de dispersion ont été vues dans chacun des systèmes de résine.

Le produit n'a pas encore été évalué dans d'autres chimies thermodurcissables ou thermoplastiques, ni essayé dans d'autres systèmes de formage au-delà du moulage par compression. « Bien que la fibre ait été développée pour le SMC et soit disponible avec un traitement de surface pour résines SMC, nous voyons un potentiel pour appliquer la technologie à d'autres technologies de traitement et types de résines — possiblement même les thermoplastiques », explique Potyra. « Cependant, nous ne l'avons pas encore testée dans ces systèmes car nous voulions d'abord implémenter ce type de fibre en SMC avec succès avant d'étendre son utilisation à d'autres technologies. »

Aucun changement significatif au hachoir n'est dit nécessaire avec le nouveau produit, bien que d'autres modifications de processus pourraient optimiser la dispersion. « La conception des lignes SMC peut varier, donc une assistance technique est disponible de Zoltek pour aider avec la manipulation des fibres, dispersion, traitements de surface et similaires », ajoute Thomas.

PX35 KS est basé sur la populaire fibre PX35 50K de Zoltek. « PX35 KS répond et correspond aux besoins industriels en termes de disponibilité et prix mais nous offrons bien sûr aussi notre produit 50K standard pour certaines applications à un prix légèrement inférieur », note Potyra. « À la fin, nous laisserons le marché décider. »

Les responsables de Zoltek n'ont pas dit s'il y aurait d'autres variantes du produit avec des tailles de brins plus fines ou plus grosses, bien qu'ils aient ajouté que d'autres évaluations continueraient. Officieusement, le « KS » dans le nom du produit serait selon les dires une abréviation de « kassen », le mot japonais pour « fendu ».