Split-Tow-Kohlefaser steigert die SMC-Leistung

Ein neuartiges Kohlefaserprodukt, das zur Verbesserung der Leistung von Sheet Molding Compound (SMC) entwickelt und bemessen wurde, wurde von Zoltek Corp., einem Unternehmen der Toray Group (Bridgeton, MO, USA), kommerzialisiert. Die patentierte, vorgespreizte Faser, genannt PX35 KS, wird bei der Herstellung des Towbands gerillt, wodurch ein 50K Tow-Produkt in 3K Sub-Bündel umgewandelt wird, die wiederum gespult und als Multi-End Tow geliefert werden. Sobald das vorgeritzte Kabel einer Zerhackereinheit zugeführt und die Faserlänge des Kabels geschnitten wurde, zerfällt es in die 3K-Unterbündel, während es zum SMC-Teig verarbeitet wird. Angeblich verbessert dies die Faserhandhabung, -dispergierung und -benetzung und sorgt für ein gleichmäßigeres Faserbett, das den Fluss des Verbundwerkstoffs während des Formpressens verbessert.

„Der Vorteil einer verbesserten Dispersion besteht darin, dass Hersteller eine kostengünstigere Kohlefaser verwenden können und gleichzeitig die höheren Eigenschaften erzielen, die normalerweise bei einem kleineren Kabel zu sehen sind“, bemerkt Christopher Thomas, Zoltek Automotive Business Director-Americas. „Sie zahlen im Wesentlichen für die Kosten von 50K [Abschleppwagen in Automobilqualität], aber Sie erhalten die Leistung von 3K [Abschleppwagen in Luft- und Raumfahrtqualität]“, fügt Tobias Potyra, Automotive Business Director Europe bei Zoltek, hinzu.

Zoltek, das für seine Low-Tow-Kohlenstofffasern mit großem Kabel bekannt ist, hat das neue Produkt in Japan entwickelt, um die Herausforderung der Dispergierung großer Faserbündel, insbesondere in thixotropen Polymersystemen wie SMC, anzugehen. „Das Konzept war, dass die Trennung des großen Kabels in kleinere Kabel für eine bessere Verteilung am Kutter sorgt”, fährt Thomas fort. Er fügt hinzu, dass die Bemusterung ausgewählter Kunden in Europa und Nordamerika in den letzten anderthalb bis zwei Jahren zugenommen hat, wo sie sowohl für strukturelle als auch für Erscheinungsbildteile bewertet wird. „Die Kunden, die das Produkt getestet haben, haben seine Vorteile aus erster Hand gesehen“, fügt er hinzu. Es überrascht nicht, dass der Hauptmarkt, für den das Split-Tow-Produkt entwickelt wurde, die Automobilindustrie ist, obwohl Berichten zufolge jeder SMC-Compounder oder -Former von dem mit PX35 KS verfolgten Ansatz profitieren könnte.

In Bezug auf SMC-Harzmaterialien wurde das neue Split-Tow-Produkt in drei Einzelharzsystemen getestet:Vinylester-, Epoxid- und Urethan-Matrizen. Ungesättigte Polyestermatrizen wurden nicht untersucht, da das Vorhandensein von Kohlefaserverstärkung bereits darauf hinwies, dass die Formulierungen in Umgebungen mit höheren Temperaturen und/oder in Anwendungen verwendet werden würden, deren Lastfälle eine höhere mechanische Leistung erforderten. Die Vinylesterformulierungen wurden als solvatisierte (im Gegensatz zu Heißschmelz-)Systemen beschrieben, obwohl sie von konventionell styrolisierten über reduziertes Styrol/flüchtige organische Verbindung (VOC) bis hin zu keinen Styrol/VOC-Systemen reichten. Berichten zufolge wurden in jedem der Harzsysteme die gleichen Dispersionsverbesserungen beobachtet.

Das Produkt wurde noch in keiner anderen duroplastischen oder thermoplastischen Chemie bewertet, noch wurde es in anderen Formsystemen außerhalb des Formpressens getestet. „Obwohl die Faser für SMC entwickelt wurde und mit einer Schlichte für SMC-Harze erhältlich ist, sehen wir ein Potenzial für die Anwendung der Technologie auf andere Verarbeitungstechnologien und Harztypen – möglicherweise sogar auf Thermoplaste“, erklärt Potyra. „Wir haben es jedoch noch nicht in diesen Systemen getestet, da wir diesen Fasertyp zunächst erfolgreich in SMC implementieren wollten, bevor wir seinen Einsatz auf andere Technologien ausweiteten.“

Mit dem neuen Produkt sollen keine wesentlichen Änderungen am Zerhacker erforderlich sein, obwohl einige andere Verfahrensmodifikationen die Dispergierung optimieren könnten. „Das Design von SMC-Linien kann variieren, daher steht technische Unterstützung von Zoltek zur Verfügung, um beim Faserhandling, Dispergieren, Schlichten und dergleichen zu helfen“, fügt Thomas hinzu.

PX35 KS basiert auf der beliebten PX35 50K-Faser von Zoltek. „PX35 KS adressiert und erfüllt industrielle Anforderungen in Bezug auf Verfügbarkeit und Preis, aber wir bieten unser Standardprodukt 50K für einige Anwendungen natürlich auch zu einem etwas niedrigeren Preis an“, bemerkt Potyra. „Am Ende lassen wir den Markt entscheiden.“

Die Beamten von Zoltek sagten nicht, ob es andere Varianten des Produkts mit feineren oder gröberen Kabelgrößen geben würde, fügten jedoch hinzu, dass weitere Bewertungen fortgesetzt würden. Inoffiziell ist das „KS“ im Produktnamen angeblich eine Abkürzung für „kassen“, das japanische Wort für „Split“.