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〕是由樹脂糊浸漬纖維或〔浸料〕。固化，使用時如同刷油漆一般，層層加疊，固化過程釋放苯乙烯等有害氣體。不黏度的樹脂溶液，簡稱UP，這是不飽和聚酯樹脂最大的優(yōu)點(diǎn)?？梢栽谑覝叵鹿袒?，常壓下成型，工藝性能敏捷，特別適合大型和現(xiàn)場制造玻璃鋼等制品。力學(xué)過選擇適當(dāng)牌號的樹脂來滿足要求，樹脂顏色淺，可以制成透亮制品。品種多，適應(yīng)廣泛，價格較低。缺點(diǎn)是固化時收縮率較大，貯存期限短。環(huán)氧樹脂較為生疏，此處不再介紹。分類方式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。如所用樹脂為乙烯基酯樹脂，碳纖維為東麗12KPAN聚丙烯腈纖維，纖維長度為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；所用樹脂為乙烯基酯樹脂屬于變性環(huán)氧樹脂，秉承了環(huán)氧樹脂的優(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、樹脂種類以及工藝參數(shù)〔模具壓力等〕等，制備出不同性能等級的產(chǎn)品，局部具體性能參見表一、二。連接方式：SMC的連接方式大致可分為兩類，第一類為構(gòu)件成型時連接，即具體介紹如下。第一類：構(gòu)件成型與連接同時進(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，連接于成型同時進(jìn)展，其a為套接，b為搭接，試驗(yàn)說明搭接處的強(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：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、大小等對連接性能的影響。圖二風(fēng)擋截面圖優(yōu)點(diǎn)：①強(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)品厚度簡潔掌握等優(yōu)良性；③操作環(huán)境清潔、衛(wèi)生，改善了勞動條件；填料的種類與參加量，可降低本錢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)全自動機(jī)械化操作，生產(chǎn)本錢相對較低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,汽車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)量來分?jǐn)偙惧X；三、國內(nèi)外的爭論開呈現(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)域的的爭論也較多。國內(nèi)、外在該領(lǐng)域的爭論主要集中在兩方面：1〕原材料的爭論；2〕工藝爭論；3〕性能爭論。國內(nèi)在該領(lǐng)域的爭論主要集中在推廣應(yīng)用、SMC性能試驗(yàn)等。國外爭論較為深入，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，爭論得很深入和全面。GFSMC(玻璃纖維片狀模塑料)：國內(nèi)對CFSMC纖維片狀模塑料生產(chǎn)線于2013年安裝完畢。國外對CFSMC有所爭論，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，在汽車風(fēng)擋和車門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爭論使用回收的碳纖維作為SMC的增加材料，測定了不同纖維含量下的強(qiáng)度和吸能特性。綜上，GFSMC材料，測定了不同纖維含量下的強(qiáng)度和吸能特性。綜上，GFSMCCFSMC但爭論盲點(diǎn)仍較多，有較好的爭論和推廣前景。國內(nèi)CFSMC現(xiàn)狀：2013年國內(nèi)首條碳纖維片狀模塑料生產(chǎn)線在吉建成，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)的剎車片壽命是一般剎車片的2倍，市場潛力巨大。未見其他相關(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GFSMC外板應(yīng)用像發(fā)動機(jī)罩那樣的大型部FORD)公司的一些外板類部件選用柔性SMC,例如擋泥板等制品。與鋁制的外板相比,生產(chǎn)本錢下降了50%～55%,汽車部件的平均重量下降25%,外觀質(zhì)量更好。美國幾大汽車公司的主要外板類SMC部件的產(chǎn)量和生產(chǎn)狀況如下。WINDSTAR微型行李車:發(fā)動機(jī)罩,27.2萬件/年,10.2kg/件;27.2萬件/2.6kg/活動頂蓋,27.2萬件/年,0.8kg/件;擋泥板,1.5萬件/年,15kg/件;LINCOLNCONTINENTAL汽車:7.5萬件/14.4kg/7.5萬件/10.0kg/擋泥板,7.5萬件/年,2.3kg/件;7.5萬件/1.1kg/MUSTANG汽車:12萬件/13.6kg/后部進(jìn)氣口,12萬件/年0.5kg/件;車牌支架,14.5萬件/年,1kg/件;6.05萬件/6.2kg/此外，美國通用汽車(GM)公司生產(chǎn)的SMC車門、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,比鋼門減輕了18.1kg。美國通用公司研制成功的EVISMC減輕30%)SMC(SMC占10%)加工發(fā)動機(jī)罩,車頂和車門。V8型車的保險杠要求耐8Km/h的沖擊,材料選用了45%玻纖含量的HMC。除此之外,中小型車的保險杠大多使用SMC。1996年福特公司推出的FordTaurus/Sable轎車,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在汽車領(lǐng)域的使用狀況：SMCSMC的總產(chǎn)量所做的SMC生產(chǎn)國,占SMC總量的35%,SMC中有41.7%用于汽車工業(yè)。在歐洲,SMC部件的應(yīng)用主要有三類: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)的第一個大型SMC部件,具有A級外表精度。F355轎車,其前后保險杠均使用SMC。奧迪100c3型轎車的后保險杠加強(qiáng)梁,承受C25/R15的SMC制造,彎曲強(qiáng)度大于340MPa;奧迪200型轎車,其后保險杠橫梁承受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型轎車也承受SMCC/R來制造吸能型保險杠。國內(nèi)GFSMC:1987年以來,先后從日本、英國、德國、美國引進(jìn)了SMC生產(chǎn)線先后自行研制成功了SMC機(jī)組，隨著國內(nèi)乘用車生產(chǎn)技術(shù)的引進(jìn)，首先在乘用車肯定差距，可見SMC材料國內(nèi)市場有待進(jìn)一步挖掘。CFSMC〔碳纖維SMC〕在車上的應(yīng)用：2003款道奇蝰蛇是首款批量運(yùn)用CFSMC門在重量下降的前提下強(qiáng)度有所提升，車門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〕樹脂糊的制備及上糊操作樹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將不飽和聚酯樹脂和苯乙烯倒入配料SMC配方中的樹脂糊局部，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脂糊纖維浸漬樹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、國內(nèi)玻璃SMC應(yīng)用現(xiàn)狀國內(nèi)近年來玻璃纖維SMC進(jìn)展較快，產(chǎn)品按產(chǎn)量排序依次為重卡、工程車轎車、長途客車、火車客車、輕軌地鐵。應(yīng)用的品種有保險杠、后舉門、導(dǎo)流罩、車頂、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車等披上了SMC輕量、快捷、節(jié)能的輕裝。據(jù)法國INOPIAST集團(tuán)供給的資料顯示，在對轎車后舉門承受金屬材料和SMC材料的本錢比照中，用金屬材料生產(chǎn)8SMC制造汽車零部件在本錢上獲得突破是21世紀(jì)汽車輕量化最好的選擇。北京汽車玻璃鋼制品總公司作為國內(nèi)SMC汽車零部