Zusammensetzung und Anwendung von SMC (Sheet Molding Compound)

Sheet Molding Compound (SMC) besteht aus ungesättigtem Polyesterharz als Hauptbestandteil, dem Härter, Trennmittel, Füllstoff, Mittel zur Reduzierung der Schrumpfung, Verdickungsmittel usw. zugesetzt werden. Das Formmassenmaterial wird mit einer Polyethylenfolie (PE) umhüllt. Dieser Artikel beschreibt kurz die Zusammensetzung und die Anwendungsbereiche von SMC.

Zusammensetzung der SMC (Sheet Molding Compound)

SMC besteht aus ungesättigtem Polyesterharz, Vernetzungsmittel, Initiator, Füllstoff, Verdickungsmittel, Trennmittel, Glasfaser und Polymerisationsinhibitor. Die ersten vier Komponenten bilden das Materialgerüst und erhöhen die Festigkeit des Produkts. Die letzten vier Komponenten tragen hauptsächlich zu erhöhter Viskosität, Korrosionsbeständigkeit, Isolationsfähigkeit und struktureller Stabilität des Produkts bei.

1. Ungesättigtes Polyesterharz und Vernetzungsmittel bilden die Hauptbestandteile von SMC. Ungesättigte Polyesterharze werden üblicherweise aus ungesättigten Dicarbonsäuren (oder Anhydriden), gesättigten Dicarbonsäuren (oder Anhydriden) und Polyolen polykondensiert. Sie weisen bestimmte mechanische Eigenschaften und Festigkeit auf und besitzen eine gleichmäßige innere Spannung. Als Vernetzungsmittel dient hauptsächlich Styrol. Nach der Vernetzung sind die beiden Komponenten maßgeblich für die Aushärtung und Plastizität des Produkts verantwortlich und übernehmen Funktionen wie Verbindung, Stützung, Kraftübertragung und Schutz.

2. Der Initiator bewirkt die Aushärtung und Bildung von Harz und Vernetzer im Harzpastenstadium. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Copolymerisation des Harzes und der Doppelbindungen im Vernetzungsmonomer, wie beispielsweise Styrol, zu ermöglichen, sodass das SMC in der Formkavität aushärten und sich formen kann.

3. Der Füllstoff macht mehr als ein Drittel der SMC-Masse aus und kann deren Viskosität anpassen. Er sollte im Allgemeinen eine geringe Dichte, eine geringe Öladsorption, wenige Poren, Korrosionsbeständigkeit und niedrige Kosten aufweisen. Häufig verwendete Füllstoffe sind beispielsweise CaCO₃ und Al(OH)₃.

4. Verdickungsmittel verleihen SMC eine hohe Viskosität und verhindern das Klebrigewerden. Für die Herstellung von Platten- und Schüttgutformmassen ist eine niedrige Harzviskosität erforderlich, um die Imprägnierung der Glasfasern und Füllstoffe zu erleichtern. Das Formpressen hingegen erfordert eine höhere Viskosität. Daher ist es notwendig, vor dem Formprozess ein Verdickungsmittel hinzuzufügen, um die niedrige Viskosität der Glasfaserimprägnierung in eine hohe, nicht klebrige Viskosität umzuwandeln.

5. Das Trennmittel verhindert, dass die SMC-Masse mit der Oberfläche der Metallform reagiert. Es verhindert, dass das ungesättigte Polyesterharz während des Verpressprozesses mit der Oberfläche der Metallform in Kontakt kommt. Hauptsächlich handelt es sich um langkettige Fettsäuren oder Salze, beispielsweise Zinkstearat. Eine übermäßige Verwendung kann die Produkteigenschaften beeinträchtigen. Üblicherweise wird eine Menge von 1–3 % des Gesamtprodukts verwendet, um die Produktqualität zu gewährleisten.

6. Glasfasern können die Korrosionsbeständigkeit und die Isolationseigenschaften von SMC verbessern. Bei SMC werden üblicherweise Glasfasermatten als Verstärkungsmaterial verwendet. Eine zu hohe Dosierung führt leicht zu einem zu flauschigen Produkt, während eine zu geringe Dosierung keine nennenswerte Verstärkung bewirkt. Der übliche Anteil liegt bei etwa 20 %. Dadurch erfüllt das Produkt gleichzeitig die Anforderungen beider Verfahren: Extrusions- und Pressformung.

7. Inhibitoren erhöhen die Stabilität von SMC und verlängern die Lagerfähigkeit. Da sich der Initiator Styrol langsam zersetzt und dadurch die Polymerisation des Harzes verursacht, kann die Zugabe einer geeigneten Menge Radikalfänger (Polymerisationsinhibitor) die Zersetzungsgeschwindigkeit des Styrols verlangsamen und die Lagerfähigkeit verlängern. Als Inhibitoren werden üblicherweise Benzochinone und mehrwertige Phenolverbindungen eingesetzt.

Anwendung von SMC-Produkten

SMC zeichnet sich durch hervorragende elektrische Eigenschaften, hohe Korrosionsbeständigkeit, geringes Gewicht sowie einfache und flexible Konstruktionsmöglichkeiten aus. Seine mechanischen Eigenschaften sind mit denen einiger Metalle vergleichbar. Daher findet es breite Anwendung in acht Bereichen wie der Automobilindustrie, dem Schienenfahrzeugbau, dem Bauwesen, der Elektrogeräteindustrie und der Kommunikationstechnik (Tabelle 1).

In der Anfangsphase wurde es hauptsächlich in Form von Isolierplatten im Bauwesen, bei Elektrogeräten und in der Kommunikationstechnik eingesetzt, wobei die Technologie relativ ausgereift ist. Später fand es auch in der Automobilindustrie Verwendung, um Teile der Stahl- und Aluminiumlegierungsmaterialien der Karosserie zu ersetzen und so das Fahrzeuggewicht zu reduzieren.

Vor dem Hintergrund der aktuellen Energiespar- und Emissionsreduzierungsbestrebungen sowie der Entwicklung von Elektrofahrzeugen schreitet die Entwicklung der Automobiltechnologie hin zu Leichtbau und hoher Qualität stetig voran. SMC-Werkstoffe finden heute in vielen Bereichen des täglichen Lebens Anwendung, beispielsweise in der drahtlosen Kommunikation, explosionsgeschützten Gehäusen, Erdungsisolierungen, Badezimmern und Hochgeschwindigkeitszügen.

Tabelle 1 Acht Hauptanwendungen und Unterbereiche von SMC-Materialien

Zusammenfassen

Das ungesättigte Polyesterharz, das Vernetzungsmittel, der Initiator und der Füllstoff im SMC (Sheet Molding Compound) bilden das Materialgerüst des Produkts und erhöhen dessen Festigkeit. Verdickungsmittel, Trennmittel, Glasfasern und Polymerisationsinhibitoren verbessern die Viskosität, Korrosionsbeständigkeit, Isolierung und Stabilität des Produkts. Solche Produkte finden Anwendung in acht wichtigen Bereichen, darunter die Automobilindustrie und der Schienenfahrzeugbau. Angesichts der aktuellen Herausforderungen im Bereich Energieeinsparung, Umweltschutz und geringer Energieverbrauch stellt die Automobilindustrie aufgrund ihrer Leichtbauanforderungen immer höhere Anforderungen an SMC-Materialien. Dies ist der Hauptantrieb für die Weiterentwicklung der SMC-Technologie.

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