碳纖維片狀模塑料要點(diǎn)

碳纖維片狀模塑料(SMC)一、碳纖維片狀模塑料片狀模壓料〔SheetMoldingCompoundSMC〕是由樹(shù)脂糊浸漬纖維或〔浸料〕。固化，使用時(shí)如同刷油漆一般，層層加疊，固化過(guò)程釋放苯乙烯等有害氣體。不黏度的樹(shù)脂溶液，簡(jiǎn)稱(chēng)UP，這是不飽和聚酯樹(shù)脂最大的優(yōu)點(diǎn)?？梢栽谑覝叵鹿袒合鲁尚?，工藝性能敏捷，特別適合大型和現(xiàn)場(chǎng)制造玻璃鋼等制品。力學(xué)過(guò)選擇適當(dāng)牌號(hào)的樹(shù)脂來(lái)滿(mǎn)足要求，樹(shù)脂顏色淺，可以制成透亮制品。品種多，適應(yīng)廣泛，價(jià)格較低。缺點(diǎn)是固化時(shí)收縮率較大，貯存期限短。環(huán)氧樹(shù)脂較為生疏，此處不再介紹。分類(lèi)方式1：常用碳纖維按纖維連續(xù)與否可分為短切纖維和連續(xù)型纖維，連續(xù)型纖維的性能好于短切纖維。如所用樹(shù)脂為乙烯基酯樹(shù)脂，碳纖維為東麗12KPAN聚丙烯腈纖維，纖維長(zhǎng)度為25mm，固化溫度145°C-155°C，生產(chǎn)的SMC性能數(shù)據(jù)如表一所示；所用樹(shù)脂為乙烯基酯樹(shù)脂屬于變性環(huán)氧樹(shù)脂，秉承了環(huán)氧樹(shù)脂的優(yōu)良特性，固化性和成型性方面更為精彩〕，碳纖維為東麗12KPAN聚丙烯腈纖維，纖維為連續(xù)型，固化溫度145°C-155°C，生產(chǎn)的SMC性能數(shù)據(jù)如表二所示。表一：短切纖維SMC性能表二：連續(xù)型纖維SMC性能分類(lèi)方式2：SMC一XMC可用于模壓和擠出成型。兩者的區(qū)分僅在于材料形態(tài)和制作工藝上。BMC中纖壁制品。②厚片狀模壓料〔ThickMoldingCompoundTMC〕與SMC相像，厚達(dá)50mm。由于TMC厚度大，玻璃纖維能隨機(jī)分布，改善了樹(shù)壓料〔HightMoldingCompoundHMC〕XMC主要用HMC65%SMC制品強(qiáng)度的3倍。XMC用定向連續(xù)纖維，纖維含量達(dá)70%～80%，不含填料。④ZMCZMC是一種模塑成型技術(shù)，ZMC料、注射模塑機(jī)械和模具三種含義。ZMC制品既保持了較高的強(qiáng)度指標(biāo)，又具SMC和BMC的優(yōu)點(diǎn)，獲得了較快的進(jìn)展。二、性能特點(diǎn)及連接方式性能特點(diǎn)：具有碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)，可以依據(jù)實(shí)際使用要求調(diào)整纖維形〕、等級(jí)、樹(shù)脂種類(lèi)以及工藝參數(shù)〔模具壓力等〕等，制備出不同性能等級(jí)的產(chǎn)品，局部具體性能參見(jiàn)表一、二。連接方式：SMC的連接方式大致可分為兩類(lèi)，第一類(lèi)為構(gòu)件成型時(shí)連接，即具體介紹如下。第一類(lèi)：構(gòu)件成型與連接同時(shí)進(jìn)展圖一a b中為碳纖維SMC料和玻璃纖維SMC料的連接方式，連接于成型同時(shí)進(jìn)展，其a為套接，b為搭接，試驗(yàn)說(shuō)明搭接處的強(qiáng)度與玻璃纖維材料本身強(qiáng)度接近，即接頭并沒(méi)有降低構(gòu)件的整體強(qiáng)度，如表三所示。圖一a套接 b搭接表三：材料本身及連接后拉伸強(qiáng)度其次類(lèi)：構(gòu)件成型后再連接〔1〕SMC工藝生產(chǎn)的復(fù)重45%〕?！?〕螺栓連接：F.E.Devine(Boltedassemblyofengineeringcomponentspressmouldedfromsheetmouldingcompound)SMC螺栓數(shù)量、位置、大小等對(duì)連接性能的影響。圖二風(fēng)擋截面圖優(yōu)點(diǎn)：①?gòu)?qiáng)度好，SMC能與金屬材料相抗衡，操作處理便利，增加材料在②重現(xiàn)性好，不受操作者和外界條件的影響〔自動(dòng)化程度高〕,產(chǎn)品具有耐水性好;高精度外表;性能穩(wěn)定;絕緣性能好;強(qiáng)度均勻;剛度好;產(chǎn)品尺寸準(zhǔn)確,受溫度影響小;產(chǎn)品厚度簡(jiǎn)潔掌握等優(yōu)良性；③操作環(huán)境清潔、衛(wèi)生，改善了勞動(dòng)條件；填料的種類(lèi)與參加量，可降低本錢(qián)或使制品輕量化流淌性好，可成型異形制品〔成型性好〕；(依據(jù)所用樹(shù)脂和成品強(qiáng)度要求)，可變范圍大，可大幅度降低設(shè)備和模具費(fèi)用；〔短切至連續(xù)纖維〕，質(zhì)量可控性好，適宜于各種構(gòu)件制造；⑧生產(chǎn)效率高，成型周期短，易于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)機(jī)械化操作，生產(chǎn)本錢(qián)相對(duì)較低SMC生產(chǎn)周期短,平均單件產(chǎn)品成形周期1~8分鐘,其它工藝所達(dá)不到的,便于集約化生產(chǎn)。在美國(guó),汽車(chē)外板的成形周期已降至1分鐘,用1副模具每月能壓制20000件產(chǎn)品。缺點(diǎn)：①成品收縮率較大；②前期設(shè)備投入較大，包括SMC原料制備設(shè)備和模壓設(shè)備；③要求有較大產(chǎn)量來(lái)分?jǐn)偙惧X(qián)；三、國(guó)內(nèi)外的爭(zhēng)論開(kāi)呈現(xiàn)狀GFSMC(玻璃纖維片狀模塑料)：玻璃纖維片狀模塑料由于應(yīng)用較早，該領(lǐng)域的的爭(zhēng)論也較多。國(guó)內(nèi)、外在該領(lǐng)域的爭(zhēng)論主要集中在兩方面：1〕原材料的爭(zhēng)論；2〕工藝爭(zhēng)論；3〕性能爭(zhēng)論。國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的爭(zhēng)論主要集中在推廣應(yīng)用、SMC性能試驗(yàn)等。國(guó)外爭(zhēng)論較為深入，不僅有推廣應(yīng)用、纖維走向、與手糊工藝性能比照、疲乏、拉伸、剪切、壓縮、沖擊等，爭(zhēng)論得很深入和全面。GFSMC(玻璃纖維片狀模塑料)：國(guó)內(nèi)對(duì)CFSMC纖維片狀模塑料生產(chǎn)線(xiàn)于2013年安裝完畢。國(guó)外對(duì)CFSMC有所爭(zhēng)論，目前看到的論文涉及以下幾方面：E.V.MorozovSMC提出了損傷演化理論模型；HangLi采Jose′M.Jose′M.Castro從降低SMCBruderick等在2003款道奇中批量使用了利用連續(xù)玻纖和碳纖制成的SMC零部件，取得了良好的力學(xué)性能和減重效果，在汽車(chē)風(fēng)擋和車(chē)門(mén)使用短切碳纖維編織布〔將編織布切成方形塊〕SMC增加材料，爭(zhēng)論了該型材料的拉伸、剪切強(qiáng)度等；型材料的拉伸、剪切強(qiáng)度等；J.Palmer爭(zhēng)論使用回收的碳纖維作為SMC的增加材料，測(cè)定了不同纖維含量下的強(qiáng)度和吸能特性。綜上，GFSMC材料，測(cè)定了不同纖維含量下的強(qiáng)度和吸能特性。綜上，GFSMCCFSMC但爭(zhēng)論盲點(diǎn)仍較多，有較好的爭(zhēng)論和推廣前景。國(guó)內(nèi)CFSMC現(xiàn)狀：2013年國(guó)內(nèi)首條碳纖維片狀模塑料生產(chǎn)線(xiàn)在吉建成，該公司生產(chǎn)的碳纖維片狀模塑料中約60%是碳纖維。該公司使用碳纖維片狀模塑料研發(fā)生產(chǎn)出了多種性能優(yōu)異的產(chǎn)品，他們生產(chǎn)的剎車(chē)片壽命是一般剎車(chē)片的2倍，市場(chǎng)潛力巨大。未見(jiàn)其他相關(guān)報(bào)道。維SMC,現(xiàn)就玻璃纖維SMC在歐美的使用狀況作以下介紹。美國(guó)GFSMC外板應(yīng)用像發(fā)動(dòng)機(jī)罩那樣的大型部FORD)公司的一些外板類(lèi)部件選用柔性SMC,例如擋泥板等制品。與鋁制的外板相比,生產(chǎn)本錢(qián)下降了50%～55%,汽車(chē)部件的平均重量下降25%,外觀質(zhì)量更好。美國(guó)幾大汽車(chē)公司的主要外板類(lèi)SMC部件的產(chǎn)量和生產(chǎn)狀況如下。WINDSTAR微型行李車(chē):發(fā)動(dòng)機(jī)罩,27.2萬(wàn)件/年,10.2kg/件;27.2萬(wàn)件/2.6kg/活動(dòng)頂蓋,27.2萬(wàn)件/年,0.8kg/件;擋泥板,1.5萬(wàn)件/年,15kg/件;LINCOLNCONTINENTAL汽車(chē):7.5萬(wàn)件/14.4kg/7.5萬(wàn)件/10.0kg/擋泥板,7.5萬(wàn)件/年,2.3kg/件;7.5萬(wàn)件/1.1kg/MUSTANG汽車(chē):12萬(wàn)件/13.6kg/后部進(jìn)氣口,12萬(wàn)件/年0.5kg/件;車(chē)牌支架,14.5萬(wàn)件/年,1kg/件;6.05萬(wàn)件/6.2kg/此外，美國(guó)通用汽車(chē)(GM)公司生產(chǎn)的SMC車(chē)門(mén)、由外層板、內(nèi)層板與框架構(gòu)成,承受Piemix公司供給的SMC制造,內(nèi)外板均承受含30%的短切纖維模壓而成,構(gòu)造框架承受含30%的連續(xù)纖維和20%的短切纖維的SMC模壓而成,比鋼門(mén)減輕了18.1kg。美國(guó)通用公司研制成功的EVISMC減輕30%)SMC(SMC占10%)加工發(fā)動(dòng)機(jī)罩,車(chē)頂和車(chē)門(mén)。V8型車(chē)的保險(xiǎn)杠要求耐8Km/h的沖擊,材料選用了45%玻纖含量的HMC。除此之外,中小型車(chē)的保險(xiǎn)杠大多使用SMC。1996年福特公司推出的FordTaurus/Sable轎車(chē),上、下散熱器支架由SMC制造,組成SMC前臉總成、承受40%短切玻纖/聚酯SMC模塑成型、脫模后需噴E膠衣,本身底2222%套等。歐洲GFSMC在汽車(chē)領(lǐng)域的使用狀況：SMCSMC的總產(chǎn)量所做的SMC生產(chǎn)國(guó),占SMC總量的35%,SMC中有41.7%用于汽車(chē)工業(yè)。在歐洲,SMC部件的應(yīng)用主要有三類(lèi):半構(gòu)造件(如前圍板),高強(qiáng)度部件公司裝備的SpiderGTVSMC和前臉格柵為一體,這是歐洲生產(chǎn)的第一個(gè)大型SMC部件,具有A級(jí)外表精度。F355轎車(chē),其前后保險(xiǎn)杠均使用SMC。奧迪100c3型轎車(chē)的后保險(xiǎn)杠加強(qiáng)梁,承受C25/R15的SMC制造,彎曲強(qiáng)度大于340MPa;奧迪200型轎車(chē),其后保險(xiǎn)杠橫梁承受C40/R20高含量玻纖的SMC制造,纖維含量達(dá)60%,彎曲強(qiáng)度大于810MPa;奔馳190型轎車(chē)也承受SMCC/R來(lái)制造吸能型保險(xiǎn)杠。國(guó)內(nèi)GFSMC:1987年以來(lái),先后從日本、英國(guó)、德國(guó)、美國(guó)引進(jìn)了SMC生產(chǎn)線(xiàn)先后自行研制成功了SMC機(jī)組，隨著國(guó)內(nèi)乘用車(chē)生產(chǎn)技術(shù)的引進(jìn)，首先在乘用車(chē)肯定差距，可見(jiàn)SMC材料國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有待進(jìn)一步挖掘。CFSMC〔碳纖維SMC〕在車(chē)上的應(yīng)用：2003款道奇蝰蛇是首款批量運(yùn)用CFSMC門(mén)在重量下降的前提下強(qiáng)度有所提升，車(chē)門(mén)下垂量得到了很好的掌握。四、SMC工藝工藝，先分別介紹如下。1、SMC片料制備：〔1〕樹(shù)脂糊的制備及上糊操作樹(shù)脂糊的制備有兩種方法--間歇法和連續(xù)法。間歇法程序如下：①將不飽和聚酯樹(shù)脂和苯乙烯倒入配料SMC配方中的樹(shù)脂糊局部，分別計(jì)量、混勻后，送入SMC機(jī)組上設(shè)置的相應(yīng)貯料容器內(nèi)，在需要時(shí)SMC機(jī)組的上糊區(qū)，〔2〕的牽引下進(jìn)入短切玻璃纖維沉降室，切割好的短切玻璃纖維均勻沉降在樹(shù)脂糊纖維浸漬樹(shù)脂并趕走其中的氣泡，形成密實(shí)而均勻的連續(xù)SMC片料。2、壓制成型：將1制成的SMC片料經(jīng)裁剪、堆疊等步驟后進(jìn)展模壓成型，成型過(guò)程中掌握重點(diǎn)掌握溫度和壓力等參數(shù)。SMC工藝流程如以下圖所示。片料制作示意圖圖三SMC工藝流程〔原料到成品〕五、國(guó)內(nèi)玻璃SMC應(yīng)用現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)近年來(lái)玻璃纖維SMC進(jìn)展較快，產(chǎn)品按產(chǎn)量排序依次為重卡、工程車(chē)轎車(chē)、長(zhǎng)途客車(chē)、火車(chē)客車(chē)、輕軌地鐵。應(yīng)用的品種有保險(xiǎn)杠、后舉門(mén)、導(dǎo)流罩、車(chē)頂、輪罩、水箱面罩、防撞板、散熱器罩等數(shù)十種內(nèi)外飾構(gòu)造件。國(guó)產(chǎn)福田重卡、北方奔馳重卡、陜汽德龍、山東重汽、山東工程、BMW、東風(fēng)悍馬、TOYOTA、南汽雅、上海群眾、華普、奇瑞、神龍富康、黃海大客、金龍大客、6DH車(chē)等披上了SMC輕量、快捷、節(jié)能的輕裝。據(jù)法國(guó)INOPIAST集團(tuán)供給的資料顯示，在對(duì)轎車(chē)后舉門(mén)承受金屬材料和SMC材料的本錢(qián)比照中，用金屬材料生產(chǎn)8SMC制造汽車(chē)零部件在本錢(qián)上獲得突破是21世紀(jì)汽車(chē)輕量化最好的選擇。北京汽車(chē)玻璃鋼制品總公司作為國(guó)內(nèi)SMC汽車(chē)零部