Zolteks Split-Tow-Carbonfaser steigert SMC-Performance

Ein neuartiges Carbonfaserprodukt, entwickelt und dimensioniert zur Verbesserung der Performance von Sheet Molding Compound (SMC), wurde von Zoltek Corp., einer Toray Group Company (Bridgeton, Missouri, USA), kommerzialisiert. Das patentierte, vorgespreizte Faserprodukt, genannt PX35 KS, wird beim Tauchbundprozess eingeritzt, wodurch ein 50K Tow-Produkt in 3K Teilbündel umgewandelt wird, die wiederum gespult und als Multi-End-Tow geliefert werden. Sobald der vorgeschnittene Tow in eine Schneideinheit geführt und die Faserlänge geschnitten wird, fällt er in die 3K Teilbündel auseinander, während er in den SMC-Teig eingearbeitet wird. Berichten zufolge verbessert dies Faserhandhabung, Dispersion und Benetzung und sorgt für ein gleichmäßigeres Faserbett, das den Fließverhalten des Composites während der Pressformung verbessert.

„Der Vorteil der verbesserten Dispersion ist, dass Hersteller eine günstigere Carbonfaser verwenden können, während sie die höheren Eigenschaften erreichen, die typischerweise von einem kleineren Tow gesehen werden“, merkt Christopher Thomas, Zoltek Automotive Business Director Americas an. „Man zahlt im Wesentlichen den Preis von 50K [automobilqualitativem Tow], erhält aber die Performance von 3K [luftfahrtqualitativem Tow]“, fügt Tobias Potyra, Zoltek Automotive Business Director Europe, hinzu.

Zoltek, bekannt für seine Großtow-, niedrigkostigen Carbonfasern, entwickelte das neue Produkt in Japan, um die Herausforderung der Dispersion großer Faserbündel, besonders in thixotropen Polymersystemen wie SMC, zu adressieren. „Das Konzept war, dass die Aufteilung des großen Tows in kleinere Tow-Größen eine bessere Dispersion am Schneidwerkzeug ermöglicht“, fährt Thomas fort. Er fügt hinzu, dass das Sampling an ausgewählte Kunden in Europa und Nordamerika im letzten Jahr bis anderthalb bis zwei Jahre hochgefahren wurde, wo es für sowohl strukturelle als auch optische Teile evaluiert wird. „Die Kunden, die das Produkt getestet haben, haben seine Vorteile aus erster Hand gesehen“, fügt er hinzu. Nicht überraschend ist der primäre Markt, für den das Split-Tow-Produkt entwickelt wurde, die Automobilindustrie, obwohl berichtet wird, dass jeder SMC-Compounder oder -Formgeber von dem mit PX35 KS eingeschlagenen Ansatz profitieren könnte.

In Bezug auf SMC-Harzsysteme wurde das neue Split-Tow-Produkt in drei Einharzsystemen getestet: Vinylester, Epoxid und Urethan-Matrizen. Ungesättigte Polyestermatrizen wurden nicht untersucht, da die Anwesenheit von Carbonfaserverstärkung bereits anzeigte, dass die Formulierungen in höheren Temperaturumgebungen und/oder in Anwendungen eingesetzt würden, deren Lastfälle höhere mechanische Performance erforderten. Die Vinylesterformulierungen wurden als solvatisiert (im Gegensatz zu Hot-Melt) beschrieben, obwohl sie von konventionell styrinierten über reduzierte Styrol/VOC- bis hin zu styrinfreien/VOC-freien Systemen reichten. Berichten zufolge wurden die gleichen Dispersionsverbesserungen in jedem der Harzsysteme beobachtet.

Das Produkt wurde noch in keinen anderen Duroplast- oder Thermoplast-Chemien evaluiert, noch in anderen Formgebungsverfahren jenseits der Pressformung erprobt. „Obwohl die Faser für SMC entwickelt wurde und mit einer Sizing für SMC-Harze verfügbar ist, sehen wir Potenzial, die Technologie auf andere Verarbeitungstechnologien und Harztypen anzuwenden – möglicherweise sogar Thermoplaste“, erklärt Potyra. „Wir haben es jedoch noch nicht in diesen Systemen getestet, weil wir zuerst diese Fasertyp in SMC erfolgreich implementieren wollten, bevor wir seine Nutzung auf andere Technologien ausweiten.“

Keine signifikanten Änderungen am Schneidwerkzeug seien mit dem neuen Produkt nötig, obwohl einige andere Prozessmodifikationen die Dispersion optimieren könnten. „Das Design von SMC-Linien kann variieren, daher ist technischer Support von Zoltek verfügbar, um bei Faserhandhabung, Dispersion, Sizing etc. zu helfen“, fügt Thomas hinzu.

PX35 KS basiert auf Zolteks beliebtem PX35 50K Faser. „PX35 KS adressiert und entspricht industriellen Bedürfnissen in Bezug auf Verfügbarkeit und Preis, aber wir bieten natürlich auch unser Standard-50K-Produkt für einige Anwendungen zu einem leicht niedrigeren Preis an“, merkt Potyra an. „Am Ende wird der Markt entscheiden.“

Zoltek-Offizielle sagten nicht, ob es weitere Varianten des Produkts mit feineren oder gröberen Tow-Größen geben wird, obwohl sie hinzufügten, dass weitere Evaluierungen fortgesetzt würden. Inoffiziell steht das „KS“ im Produktnamen angeblich für „kassen“, das japanische Wort für „split“.