碳纤维片状模塑料

1、碳纤维片状模塑料SMC一、碳纤维片状模塑料片状模压料SheetMoldingCompound,SMC是由树脂糊浸渍纤维或短切纤维毡,两边覆盖聚乙烯薄膜而制成的一类片状模压料,属于预浸毡料范围.是目前国际上应用最广泛的成型材料之一属于原料范畴,类似于我们常用的预浸料.常用树脂有：不饱和聚酯树脂、环氧树脂等,其中不饱和聚酯树脂较为常用,现以其为例介绍如下： 不饱和聚酯树脂,化工原料的一种,常用于物体外表加厚、 固化,使用时如同刷油漆一般,层层加叠,固化过程释放苯乙烯等有害气体.不饱和聚酯树脂是热固性树脂中最常用的一种,它是由饱和二元酸、不饱和二元酸和二元醇缩聚而成的线形聚合物,经过交联单体或活性溶

2、剂稀释形成的具有一定黏度的树脂溶液,简称UP,这是不饱和聚酯树脂最大的优点.可以在室温下周化,常压下成型,工艺性能灵活,特别适合大型和现场制造玻璃钢等制品.力学性能指标略低于环氧树脂,但优于酚醛树脂.耐腐蚀性,电性能和阻燃性可以通过选择适当牌号的树脂来满足要求,树脂颜色浅,可以制成透明制品.品种多,适应广泛,价格较低.缺点是固化时收缩率较大,贮存期限短.环氧树脂较为熟悉,此处不再介绍.原楙4 4作用专用不饱和聚靠榭筋基体 I 玻璃纤维粘接剂低也浦洞 1 刷改善树 1 敞缩军内脱懒!1品脱雌能引发刑弓 1 减不饱和网酶化翱,pom 脂 ifcasw增鞫剂对不饱和树 B 髓行增稠琅油纤维增力耐科偶

3、缺剂改善境料与树脂相辔性交联刑调节粘酬雌阻果剂延长 SMC 成品存放期屋 SMC 用.放 St 搦挥发分类方式1:常用碳纤维按纤维连续与否可分为短切纤维和连续型纤维,连续型纤维的性能好于短切纤维.如所用树脂为乙烯基酯树脂,碳纤维为东丽12KPANS丙烯月青纤维,纤维长度为25mm固化温度145C-155C,生产的SM酰能数据如表一所示；所用树脂为乙烯基酯树脂属于变性环氧树脂,秉承了环氧树脂的优良特性,固化性和成型性方面更为出色|,碳纤维为东丽12KPANS丙烯月青纤维,纤维为连续型,固化温度145C-1550C,生产的SM性能数据如表二所示.表一：短切纤维SMC性能PropertyMethod

4、NetSh叩守MaidedSpedmensaSpecimensCutFromPanelM白chin白DirectionSpecimensCutFromPanel,CrosG-MochineDirectionFiberContent(%bfweiahtiSakentWash55%SpecificGravityISO11831TensileStrength(MPa)ISO527212134134ASTM口aaaTensileModulus(GPa)ISO52722325ZSTMD63855.0PcNtson-RatioISO5270.3220406-ASIMD6380.45?FlexuralStr

5、ength(MPa)ISO17B502413IASTMD790608FlexuralModulus(GPa)ISO17629.222.7ASTMD79Q392NotchedIzodImpacttJfm)ISO180/1A11271007ASTMD256J3Q4CTLEfmm,mmC)ASTMD6966.17乂1045.54x10*heaiDeflectionTemp.100MPaStressC)ISO75260表二：连续型纤维SMC性能PropertyPropertyMethodMethodSpecimensCutFromPaSpecimensCutFromPanel,Machine/Fibe

6、rDnel,Machine/FiberDirectionirectionFiberContent(%byweight)SolventWash55SpecificGravityISO11831.49TensileStrength(MPa)TensileModulus(GPa)Poisson1RatioASTMn3039i?noASTM03039ASTMD30390.331FlexuralStrergth(MPa)FlexuralModulus(GPa)NotchedIzodImpact(J/m)CTLE(mnn/rnm/eC)178127.ISO17874.4_ISO18C/1A1440ASTM

7、D6969.47x10-7HeatDeflectionTemp.1.80MPaStress(ffC)ISO75260分类方式2:SMC作为一种新型材料,根据具体用途和要求的不同又开展出一系列新品种,如BMC、TMC、HNC、XMC等.团状模压料(BulkMoldingCompound,BMC)其组成与SMC极为相似,是一种改良型的预混团状模压料,可用于模压和挤出成型.两者的区别仅在于材料形态和制作工艺上.BMC中纤维含量较低,纤维长度较短,约618mm,填料含料较大,因而BMC制品的强度比SMC制品的强度低,BMC比拟适合于压制小型制品,而SMC适合于大型薄壁制品.厚片状模压料(ThickMo

8、ldingCompound,TMC)其组成和制作与SMC相似,厚达50mm.由于TMC厚度大,玻璃纤维能随机分布,改善了树脂对玻璃纤维的浸润性.止匕外,该材料还可以采用注射和传递成型.高强度模压料(HightMoldingCompound,HMC)和高强度片状模压料XMC主要用于制造汽车部件.HMC中不加或少加填料,采用短切玻璃纤维,纤维含量为65%左右,玻璃纤维定向分布,具有极好的流动性和成型外表,具制品强度约是SMC制品强度的3倍.XMC用定向连续纤维,纤维含量达70%80%,不含填料.ZMCZMC是一种模塑成型技术,ZMC三个字母并无实际含义,而是包含模塑料、注射模塑机械和模具三种含义.

9、ZMC制品既保持了较高的强度指标,又具有优良的外观和很高的生产效率,综合了SMC和BMC的优点,获得了较快的发展.二、性能特点及连接方式性能特点：具有碳纤维复合材料的优点,可以根据实际使用要求调整纤维形式短切、连续等、等级、树脂种类以及工艺参数模具压力等等,制备出不同性能等级的产品,局部具体性能参见表一、二.连接方式：SMC的连接方式大致可分为两类,第一类为构件成型时连接,即在构件固化成型时的连接；第二类为构件成型后连接,主要有胶接和螺栓连接等,具体介绍如下.第一类：构件成型与连接同时进行图一ab中为碳纤维SMC料和玻璃纤维SMC料的连接方式,连接于成型同时进行,其中a为套接,b为搭接,试验说

10、明搭接处的强度与玻璃纤维材料本身强度接近,即接头并没有降低构件的整体强度,如表三所示.GFSMC3号11JointOv日ri即Mint图一a套接b搭接表三：材料本身及连接后拉伸强度CFSMCOverlapOverlapInsert25mmInsert50mmGFSMCControl25mm50mmControl第二类：构件成型后再连接1胶接：图二为采用SMC工艺生产的复合材料风挡,所用增强材料为单向玻璃纤维和单向碳纤维,内、外片成型后再使用结构胶粘剂进行胶接,取得较好的力学性能刚度提升122%和减重效果减重45%o2螺栓连接：F.E.DevineBoltedassemblyofengineer

11、ingcomponentspressmouldedfromsheetmouldingcompound研究了玻璃SMC勺一?.包匚力防6豆品L螺栓连接,考察了螺栓数量、位置、大小等对连接性能的影响.优点：强度好,SMC能与金属材料相抗衡,操作处理方便,增强材料在生产与成型过程中均无损伤,制品强度高,可进行轻型化结构设计；重现性好,不受操作者和外界条件的影响自动化程度高,产品具有耐水性好；高精度外表；性能稳定；绝缘性能好；强度均匀；刚度好；产品尺寸精确,受温度影响小；产品厚度容易限制等优良性；操作环境清洁、卫生,改善了劳动条件；通过改变组分的种类与配比,可改变成型工艺和制品性能,通过改变填料的种类

12、与参加量,可降低本钱或使制品轻量化流动性好,可成型异形制品成型性好；模压工艺对温度和压力要求不高根据所用树脂和成品强度要求,可变范围大,可大幅度降低设备和模具费用；纤维长度可选范围大短切至连续纤维,质量可控性好,适宜于各种构件制造；所得制品外表光洁度高,采用低收缩添加剂后,外表质量更为理想； 生产效率高,成型周期短,易于实现全自动机械化操作,生产本钱相对较低SMC生产周期短,平均单件产品成形周期18分钟,其它工艺所达不到的,便于集约化生产.在美国,汽车外板的成形周期已降至1分钟,用1副模具每月能压制20000件产品.缺点：成品收缩率较大；前期设备投入较大,包括SMC原料制备设备和模压设备；要求

13、有较大产量来分摊本钱；三、国内外的研究开展现状I.GFSMCt璃纤维片状模塑料：玻璃纤维片状模塑料由于应用较早,该领域的的研究也较多.国内、外在该领域的研究主要集中在两方面：1原材料的研究；2工艺研究；3性能研究.国内在该领域的研究主要集中在推广应用、原材料改性、工艺限制、SM性能试验等.国外研究较为深入,不仅有推广应用、原材料、工艺限制等研究,对GFSMC品的性能研究也较多,如纤维长度的影响、纤维走向、与手糊工艺性能比照、疲劳、拉伸、剪切、压缩、冲击等,研究得很深入和全面.2.GFSM魏璃纤维片状模塑料：国内对CFSMC究较少,主要见于前瞻性推广研究等,其他方面研究很少,目前仅见碳纤维增强环

14、氧模塑料研究一文,主要研究耐磨性,未见其他研究.生产领域,吉林市华研碳纤维制品碳纤维片状模塑料生产线于2021年安装完毕.国外对CFSMC所研究,目前看到的论文涉及以下几方面：E.V.MorozovSMC1出了损伤演化理论模型；HangLi采用短切碳纤维,研究了纤维走向对性能的影响；JoseM.Castro从降低SMC在汽车上应用本钱出发,采用短切碳纤分层取代局部玻纤,比照了碳纤参加后对性能的提升；MarkBruderick等在2003款道奇中批量使用了利用连续玻纤和碳纤制成的SMC零部件,取得了良好的力学性能和减重效果,在汽车风挡和车门中还尝试了碳纤和玻纤的混合SMC制法和连接,都取得了良女

15、？的效果； .Taketa使用短切碳纤维编织布 将编织布切成方形块作为SMC增强材料,研究了该型材料的拉伸、剪切强度等；J.Palmer研究使用回收的碳纤维作为SMC的增强材料,测定了不同纤维含量下的强度和吸能特性.综上,GFSMC由于应用时间早,工艺也较成熟,研究较为深入.CFSMC的研究和使用晚于前者,由于整体性能的优异性,近年来对它的研究日益深入,但研究盲点仍较多,有较好的研究和推广前景.国内CFSMC状：2021年国内首条碳纤维片状模塑料生产线在吉建成,该公司生产的碳纤维片状模塑料中约60%是碳纤维.该公司使用碳纤维片状模塑料研发生产出了多种性能优异的产品,他们生产的刹车片寿命是普通刹

16、车片的2倍,市场潜力巨大.未见其他相关报道.SMCE汽车领域已有较广泛的应用,尤其在欧美车企中.但主要采用玻璃纤维SMC现就玻璃纤维SMCE欧美的使用情况作以下介绍.美国GFSMC汽车领域的使用情况：1外板应用像发动机罩那样的大型部件使用复合材料制造,汽车的轻质化效果较明显.福特FORD公司的一些外板类部件选用柔性SMC,例如挡泥板等制品.与铝制的外板相比,生产本钱下降了50355%,汽车部件的平均重量下降25%,外观质量更好.美国几大汽车公司的主要外板类SMCB件的产量和生产状况如下.WINDSTAR型行李车：发动机罩,27.2万件/年,10.2kg/件；上部散热口,27.2万件/年,2.6

17、kg/件；活动顶盖,27.2万件/年,0.8kg/件；挡泥板,1.5万件/年,15kg/件；LINCOLNCONTINENTAL:发动机罩,7.5万件/年,14.4kg/件；活动顶盖,7.5万件/年,10.0kg/件；挡泥板,7.5万件/年,2.3kg/件；后侧板延伸部,7.5万件/年,1.1kg/件；MUSTANGS:发动机罩,12万件/年,13.6kg/件；后部进气口,12万件/年0.5kg/件;车牌支架,14.5万件/年,1kg/件；扰流板,6.05万件/年,6.2kg/件；止匕外,美国通用汽车GM公司生产的SMa门、由外层板、内层板与框架构成,采用Piemix公司提供的SMCJ造,内外

18、板均采用含30%勺短切纤维模压而成,结构框架采用含30%勺连续2f维和20%勺短切2f维的SMC压而成,比钢门减轻了18.1kg.美国通用公司研制成功的EVI电动汽车,要求风阻最小、零件要求质轻、耐腐蚀、耐压痕、耐冲击强度高.于是采用含有空心玻璃微珠可使SM减轻30%的SMC回收SMC*10%加工发动机罩,车顶和车门.在结构材料方面,通用公司大型的V8车的保险杠要求耐8Km/h的冲击,材料选用了45%纤含量的HMC除此之外,中小型车的保险杠大多使用SMC1996年福特公司推出的FordTaurus/Sable轿车,上、下散热器支架由SMCJ造,组成SMCJ脸总成、采用40%S切玻纤/聚酯SMC

19、I塑成型、月奠后需喷目交衣,本身底漆和车身胶衣、再烤漆、取代原来由22个钢零件组成的前脸总成,重量减轻22%,本钱下降14%除此之外,GFSMC发动机周边部件也有较广泛的应用,如发动机阀套等.欧洲GFSMC汽车领域的使用情况：SMCE欧洲汽车工业中的应用,虽比不上美国,但也是一种极重要的汽车用材料.对于不同用途的SMCJ总产量所做的调查说明,德国是欧洲最大的SMCE产国,占SMC、量的35%,德国生产的SM中有41.7%用于汽车工业.在欧洲,SMC部件的应用主要有三类：半结构件如前围板,高强度部件如保险杠和具有A级外表精度的外板如举开门、车门和发动机罩.Alfa公司装备的Spider双门敞篷轿

20、车和GTV小轿车的SMC：动机罩,集翼子板、前灯和前脸格栅为一体,这是欧洲生产的第一个大型SM部件,具有A级外表精度.Aifa公司推出的FerariF355a车,其前后保险杠均使用SMC奥迪100c3型轿车的后保险杠增强梁,采用C25/R15的SM制造,弯曲强度大于340MPa;奥迪200型轿车,其后保险杠横梁采用C40/R20高含量玻纤的SMCJ造,纤维含量达60%,弯曲强度大于810MPa;奔驰190型轿车也采用SMCC/张制造吸能型保险杠.国内GFSMO:987年以来,先后从日本、英国、德国、美国引进了SMCk产线14条.北京251厂、常州253厂、上海玻璃钢研究所、哈尔滨玻璃钢研究院等

21、单位先后自行研制成功了SM机组,随着国内乘用车生产技术的引进,首先在乘用车上采用,主要用于备胎仓和保险杠骨架等,目前还应用在商用车上,如挺杆室盖板、膨胀水箱、线速夹、大小隔板、进气罩总成等.较国外的应用覆盖范围还有一定差距,可见SMC料国内市场有待进一步挖掘.CFSMC碳纤维SMC在车上白应用：2003款道奇蛭蛇是首款批量运用CFSMC的车型,主要运用于车门和风挡.作为敞篷车,对风挡的强度要求较高,通过使用连续型碳纤和玻纤的混合,该车型的风挡强度较原有车型有较大提升.新型车门在重量下降的前提下强度有所提升,车门下垂量得到了很好的限制.四、SMQ：艺从原材料到成品,SM此型工艺主要分为两局部：1

22、)SM闿料制备；2)成型工艺,先分别介绍如下.1、SM闿料制备：(1)树脂糊的制备及上糊操作树脂糊的制备有两种方法-间歇法和连续法.间歇法程序如下：将不饱和聚酯树脂和苯乙烯倒入配料釜中,搅拌均匀；将引发剂倒入配料釜中,与树脂和苯乙烯混匀；在搅拌作用下参加增稠剂和脱模剂；在低速搅拌下参加填料和低收缩添加剂；在配方所列各组分分散为止,停止搅才静置待用.连续法是将SMC配方中的树脂糊分为两局部,即增稠剂、 脱模剂、 局部填料和苯乙烯为一局部,其余组分为另一局部,分别计量、 混匀后,送入SMC机组上设置的相应贮料容器内,在需要时由管路计量泵计量后进入静态混合器,混合均匀后输送到SMC机组的上糊区,再涂布到聚乙烯薄膜上.(2)浸渍和压实经过涂布树脂糊的下承载薄膜在机组的牵引下进入短切玻璃纤维沉降室,切割好的短切玻璃纤维均匀沉降在树脂糊上,到达要求的沉降量后,随传动装置离开沉降室,并和涂布有树脂糊的上承载薄膜相叠合,然后进入由一系列错落排列的银阵中,在张力和辗的作用下,下、上承载薄膜将树脂糊和短切玻璃纤维紧紧压在一起,经过屡次反复,使短切玻璃纤维浸渍树脂并赶走其中的气泡,形成密实而均匀的连续SMC片料.2、压制成型：将1制成的SM所料经裁剪、堆叠等步骤后进