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A级表面SMC的研究进展及其在汽车上的应用
转载 :  zaoche168.com   2009年04月01日

一、前言

 

20世纪60年代,德国Bayer公司首先开始投产,其后在西欧、美国和日本相继得到发展,我国于1975年开始研制[2]SMC凭借其优异的性能如表面粗糙度低高、成型能力好以及优秀的机械性能,成为纤维增强复合材料(FRP)中的主要产品之一,广泛用于汽车、建筑、电子、电气、国家基础设施、航天器及军工等行业中。SMC (Sheet Molding Compound即片状模塑料)是一种热固性材料,主要是由不饱和聚醋树脂、有机添加剂、碳酸钙和短切玻璃纤维等混合制得的一种片状模塑料川。

 

随着SMC技术的不断进步、市场的不断扩大,越来越多的应用领域对SMC的外观提出了相当高的要求。为了得到满意的制品,传统的SMC生产过程通常需要人工打磨、抛光、修复、喷漆、二次涂装等多道后处理工序,大大降低了劳动生产率,使生产成本提高。近几年,出现了A级表面SMCAdasssurface of SMC)的概念,所谓ASMC仅指SMC制品的外观水平而言,即ASMC用于汽车外装件或车身外板等场合时,外观要达到与喷漆钢板同样的效果和水平.多年来,各国在不饱和聚酯树脂、有机添加剂、填料、玻璃纤维、模具、零件设计以及SMC的生产、成型工艺过程控制等方面进行的研究,均已取得了重大进展,用ASMC已经生产出了镜面外观的SMC制品。另外,SMC材料的高比强度和高比刚度,也使其在汽车等工业上替代钢铁、减轻自身质量的过程中脱颖而出。

 

二、国外研究A级表面SMC的状况

 

20世纪60年代后期,美国已着手A级表面SMC汽车部件的研究,1969InternationalHarvester货车SMC发动机面罩问世,导致SMC像潮水般涌入重型载货车市场;1978年模压SMC开始采用模内涂层法(IMC),使SMC技术更上一层楼;1982年开始采用低糙度SMC配方和真空模压技术,并于80年代获得普遍采用并形成系列产品。90年代末,国外在一些SMC的技术难关上获得了重大突破。19996月,德国MitrasAutomotiveDeutschland GmbH生产的SMC前保险杠(AudiA6轿车)联机喷漆,达到A级表面效果,2002年出现了真空挤出热塑性混合料处理SMC零件表面瑕疵的新技术。

 

据报道,200310月欧洲玻璃纤维供应商欧文斯--科宁公司开发了SS1技术,SS1涉及一项玻璃修饰表面技术,即在标准的SMC表面上含有掩饰性的玻璃细丝,从而修饰了SMC的细孔,但实际上并没消除细孔。该公司将其正在开发的技术命名为SS2,如果采用55县技术,SMC制品在涂漆之后可避免表面缺陷的发生,从而获得A等级表面的制品,采用SS2技术无需进行再加工和再涂漆,可节省生产成本,但生产设备需要实施根本性改变。

 

当前,国外主要的技术路线是通过材料体系及工艺优化控制制品的尺寸精度及表面缺陷,通过涂装技术掩盖表面缺陷并提高制品表面光泽度。

 

三、国内研究A级表面SMC的状况

 

国内在研制A级表面SMC方面与国外存在较大差距。我国从20世纪80年代开始研究A级表面SMC,但进展缓慢。90年代,针对SMC所用的不饱和聚醋树脂固化后的收缩率过高(一般可达到5%-8%)的问题,国内许多复合材料工程师重点开展了对控制收缩的低收缩添加剂和低收缩型SMC树脂的研究,在论述低收缩添加剂收缩控制机理(但迄今为止.还未跨出推理范畴)的同时,研究树脂基体特性以降低收缩,并已取得一定进展,研发出了SMC专用树脂。

 

本世纪初,国内开始研究低温低压成型技术,目前还处于起步阶段,我国已经把片SMC低压成型技术及其A级表面处理技术列为建材工业“十五”规划的重点研究项目。2004年北京汽车玻璃钢有限公司在中温固化SMC及大型A级表面SMC部件规模化生产技术上取得了重要进展。

 

目前,包括国内亚什兰公司、武汉理工大学复合材料系等在内的许多知名公司、院校和研究所研制出了高性能的低收缩添加剂。其中,武汉理工大学复合材料系开发的低收缩添加剂对SMC表面光泽度的改善非常明显且加人量很少。对于A级表面SMC的检测,国外已采用激光等专用设备,我国在这方面还没有使用先进的专用设备厂。

 

四、A级表面SMC在汽车上的应用

 

欧、美、日等发达国家已在车辆制造中大量采用SMC材料,涉及轿车、客车、火车、拖拉机、摩托车以及运动车、农用车等所有车种,主要应用部件包括以下几类。

 

a.车身及车身部件:如车身壳体、车顶、地板、车门、散热气护栅板、前端板、阻流板、行李舱盖板、遮阳罩、翼子板、发动机罩等。

 

b.内装饰部件:如门内饰板、车门把手、仪表板、转向杆部件、镜子边框等。

 

c.发动机盖下部件:如空调器外壳、导风罩、进气管盖、加热器盖板、水箱部件、制动系统部件以及发动机隔音板等。

 

d.悬架零件:如前后保险杠、仪表板等。

 

其中,保险杠、车顶、发动机罩等是最重要、产量最大的部件,而且轿车对SMC部件表面光泽度的要求最高。

 

2000年,法国雷诺公司第三代Espace轿车壳体采用新型A级表面精度SMC模压技术和低密度填料,减薄了零件厚度,使轿车壳体质量比普通SMC工艺下降了30%

 

Avalance Ultimate UtilityVe2hicle多功能车的前围、中门及后门内饰板也采用SMCFordThounderbird车的前围、前翼子板、发动机罩(bonnet)、后箱盖和活动车、顶采用SMC等;新RenaultAvantime豪华客车的侧板和车顶都是SMC制造的。

 

福特公司用SMC生产2002 Sport Trac车的外板。2003Daimler Chrysler公司用A级表面SMC代替金属材料制作车身板,使车内电子设备能更好地接受电磁波和卫星信号。

 

2004 Envoy XUVSUV的特征是车顶组件用SMC制造。200410月,丰田公司公布05Tacoma,所有Tacomas系列的标准配置包括拥有比钢轻10%但更硬、更耐用的新型SMC材料制的板和壁。

 

2004年底,宝马公司发布2005新款跑车M6概要指出,后备箱盖采用高表面精度的SMC,将于2005年底前后在英国上市。20051月在洛杉矶车展上,戴姆勒·克莱斯勒公司推出的道奇ViperSRT10跑车前面板主要采用SMC材料。

 

五、A级表面SMC在汽车领域的发展前景

 

科学研究和生产实践表明,SMC是新型汽车壳体制造的理想材料。与高表面质量SMC部件制造技术有关问题(如SMC专用精密成型设备的设计和SMC的快速成型工艺等)的逐渐解决是其产业化应用的关键,汽车用复合材料中有1/3是模压SMC,模压工艺在全球复合材料成型工艺中的比例占到19%,欧、美、日等发达国家已在汽车制造中大量采用A级表面SMC材料。其中A级表面精度的SMC车壳(特别是发动机罩)发展最快,全世界轿车、轻型货车的外板价值达300亿美元/年,而SMC外板所占比率很小(只有美国例外)。因此,有专家指出,A级表面精度的汽车(特别是轿车)壳体是SMC的重要发展趋势之一。

 

近年来,以荷兰DSM为代表的树脂公司,开发了收缩率不断降低的SMC专用不饱和聚醋树脂。同时,随着发达国家对低收缩添加剂的深入研究和对成型工艺的不断改进与完善、SMC回收再利用新技术的应用和推广,都为A级表面SMC在汽车上的应用和发展提供了更加美好的发展前景。

 

随着中国玻璃钢工业模压成型SMC的逐年增加,特别是汽车对A级表面SMC制品需求量的增长,国内应该加强SMC理论基础研究,制定完善的SMC标准,开发低温、低压成型的A级表面SMC以降低成本,开发SMC的回收再利用技术,解决环保问题。

 

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