玻璃纤维增强不饱和聚酯块状模塑料.doc

玻璃纤维增强不饱和聚酯块状模塑料申秀英上海市合成树脂研究所 摘要：玻纤增强不饱和聚酯块状模塑料可广泛应用于低压电器和汽车工业等领域，属新型热固性材料。本文介绍了该产品的合成配方、性能指标及汽车前照灯用零收缩块状模塑料的开发情况。 1、概况 玻璃纤维增强不饱和聚酯块状模塑料是70年代初发展起来的新型热固性材料。美国称其为块状模塑料(BMC)，英国和欧洲入称之为团状模塑料(DMC)，日本则称之为预混料(PMC)。BMC是由高活性不饱和聚酯树脂或其改性树脂为基体，加入低收缩树脂、短切玻璃纤维、无机填料和改发剂、脱模剂、颜料等预混而成的团状模塑料。这类模塑料具有较好的加工性能，其制品强度高、尺寸稳定、耐电弧、耐漏电、耐热和耐化学浸蚀。BMC可用压缩塑、传递模塑和注射模塑等方式成型，它是酚醛塑料和三聚氰胺塑料升级换代的新型热固性材料。BMC问市之初，其主要应用领域在低压电器方面，1973年全世界BMC总产量为3.62万吨，其中电器方面用量高达2.62万吨，占73%。随着BMC制造技术和提高，高品级的BMC产品开始进入汽车工业，1990年美国1979型轿车SMC/BMC的计划用量达13万吨。 我国BMC生产技术的真正开始于80年代初。当时，为使国产电器自动空气开关在短期内赶上国际水平，上海华通开关厂从美国西屋公司引进了1003000A全系列53个型号塑壳开关的制造技术、浙江嘉兴电控厂从日本引进了寺崎公司船用断路器制造技术等，以解决我国电器基础无件长期来无法为低压输配电等电器配套的问题。而上述引进技术生产的产品之塑料壳均需采用BMC类材料，否则产品就无法进入国际市场。因此，1983年上海市经委组织5个单位协作攻关，研制BMC，终获成功。1986年上海市合成树脂研究所建成500吨/年BMC生产车间，上海曙光化工厂也相继建成了BMC生产装置，顿时全国即有几十个电器设备生产单位采用了国产BMC生产低压断路器外壳、船用塑壳自动开关、离心开关等各种绝缘件。1987年哈尔滨绝缘材料厂等3个单位又联合引进了英国的BMC生产技术。至今我国BMC生产厂已多达四、五十家，其产品大部分用于电器领域。而在汽车工业上的应用为数尚少。本文着重介绍BMC在汔车工业上的应用，尤其是BMC用于汽车前照灯反射镜的情况。 2、BMC的制备与性能 前面已叙述过BMC是由树脂、玻璃纤维、无机填料和有关助剂预混而成的。其典型配方如下： 高活性不饱和聚酚树脂 2030% 低收缩树脂 520% 短切玻璃纤维 1025% 无机填料 4060% 另加少量引友剂、脱模剂、颜料等助剂。 BMC中所采用的不饱和聚酚树脂是由二元醇与饱和二元酸、不饱和二元酸缩合而成的，缩合完成后，将其溶于交联单体苯乙烯中，苯乙烯可以与不饱和聚酯交联，形成一个热固性体形网状结构，给BMC带来高强度。BMC组成中低收缩树脂，一般是采用与不饱和聚酯树脂不相容的热塑性树脂，它可降低BMC的收缩率。选择高体膨胀系数的热塑性塑料或改性橡胶可使BMC的收缩率降低为零收缩(即收缩率0.05)。BMC组成中含有约50的无机填料，可降低BMC的成本，也可降低BMC的收缩率。短切玻璃纤维均匀地分散在BMC材料中，与不饱和聚酯树脂有很好的结合力，使BMC有更高的机械强度。 BMC的性能不但受其组分、配比、制备工艺的影响，而且和不饱和聚醋树脂的类别、生产工艺有关。例如采用间苯二甲酸生产的不饱和聚醋树脂比采用邻苯二甲酸生产的树脂有更好的机械强度、耐热性和耐化学腐蚀性。如果使用乙烯基树脂，其效果更好好。 3、汽车工业用BMC产品的开发 3.1、国外汽车用BMC产品发展现状随着汽车工业的发展，新材料的开发步伐日益加快，在国外BMC已广泛地应用于汽车制造业。据报道，BMC已被用于制造多种发动机室内电气部件，如点火线圈、分电器盖等；用于生产汽车前玻璃窗压条、汽车前档板、遮阳篷顶部件及百叶窗等；Porsche公司以BMC取代铝合金制造汽车油池盖；BIP和Automotive公司采用经过改良的小玻璃纤维增强系统提高产品强度，成功地将BMC用于汽车进气歧管；1988年德国将BMC用于汽车前照灯获得成功。 3.2、BMC用于汽车前照幻反射镜的研究 现代汽车工业对汽车前照灯的质量要求越来越来严格，汽车前照灯既要达到在自身高速行驶期间提供较远前方(200米左右)的视认条件，又要做到不使对方司机或行人有任何眩目反应，这就要求汽车前照灯实现扁平化、异形化和轻量化。这是因为矩形的汽车前照灯反射镜在相同的高度空间内，比圆形的反射镜有更大的面积利用系数，发射的光通量较大；而异形灯如成型精度高的多抛物面反射镜，可使前照灯的配光性能得到很大改善。用金属薄板制造矩形乃至异形反射镜时会遇到很大困难，而用BMC塑料则能解决上述难题。 BMC模塑料可利用各种模具方便地制成各种形状的灯具，且成型周期短、成本低、较易形成规模化生产，因此较金属薄板易于实现扁平化、轻量化、异形化。同时，BMC能经受住近200的长期高温工作条件而保持尺寸稳定，具有微观不平整度小于0.25微米光学精度的平滑模压表面，成型收缩率可趋向零收缩，从而保证了其模压制品具有符合光学特性的精确成型曲面，因而己成为制造汽车前照灯反射镜的理想塑料材料。国外一些主要车灯厂商早在十余年前已将BMC模塑料用于车灯反射镜，世界著名的汽车灯具制造商德国Bosch公司灯具部仅1987年一年就生产了300万只BMC塑料反射镜汽车前照灯。表1列出金属反射镜前照灯与等效的塑料反射镜前照灯在典刑制备工艺条件下的指标对照情况。 表1项目金属灯塑料灯元件数(个)7052制造工序数(个)2015设备需要数(件1)4215每只成品的相对劳动量10068废料(%)13.24.5制造周期(天)73 从表1可看出塑料反射镜前照灯具有明显的优越性。它给工厂带来了直接收益，同时也有明显的社会效益。 因此，江苏省丹阳市灯具厂在中标试制天津汽车工业公司的夏利轿车前灯的比候，大胆地选择走试制国产塑料前大灯BMC反射镜的道路。夏利轿车前人灯反射镜是日本小系公司1986年的产品、由BMC注射成塑，它与我国已引进的日本五十铃系列轻型载货汽车前照灯属同类型产品。丹阳市灯具厂在开发夏利车灯的同时，还着眼于为五十铃汽车配套，因此在制定产品指标时高标准、严要求，该厂毅然引进了BMC成型专用注射机，在国外加工了高精度模具，同时与上海合成树脂研究所建立了紧密的合作关系。上海合成树脂研究所的科研人员经过几十次试验攻克了组分、配方、工艺等一个个难关，并多次将试样送到国外注射机上做实地试验，终于研制出性能合格的零收缩BMC，填补了国内空白。在此基础上，树脂所与丹阳灯具厂密切合作，开展了注射成型工艺的试验，经过几年的共同努力，终于使国产BMC反射镜的质量逐步接近国外先进水平、并在丹阳市灯具厂创建了300吨年汽车灯用BMC生产车间。 表2电器级和车灯反射镜用BMC模塑料性能指标指标名称电器级BMC国内车灯反射镜BMC意大利公司车灯用BMC外观无裂缝,光亮平整,危泽均匀,无缩孔比重g/cm31.82.01.81.91.75成型收缩率%0.10.378.578.585冲击强度KJ/m2202038热变形温度230200体积电阻系数.cm1014介电强度Kv/mm10耐电弧性S180耐漏电性vCTI值600起痕指数,级V-0阻燃性(UL-94),级V-0着火危险性960 江苏丹阳市灯具厂采用国产BMC试制出国内第一批优质BMC前照灯(CY牌SD100165矩形塑料前照灯)，其装配成的灯光组的配光性能和环境适应性能经上海汽车灯具研究所和江苏省有关专业归日所随机抽样测试，分别达到井部分超过我国汽车灯只国家标准，完全符合我国交通法规的要求，行驶光束的最大发光强度已超过3万坎德拉，优于进口真空灯、是该类车灯的理想替代品。 SD1OO165矩形前照灯反射镜装配成的前照灯，经过各种严格的性能试验，各项性能均符合日本小系公司的技术指标，并于1990年5月在江苏省机械厅主