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简述片状膜塑料的构成及应用

发表于:2019-02-20作者: 宁洋
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       摘要:片状模塑料(Sheet Molding Compound,SMC)是指以不饱和聚酯树脂为主体,加入固化剂、脱模剂、填料、低收缩剂、增稠剂等,经浸渍短切制得的上下两面覆盖聚乙烯(PE)薄膜的模塑料。本文主要简述了SMC的组分构成及分类应用。

  SMC在上世纪60年代初首先出现在德国,70年代美、日相继引入并持续开发应用该工艺,目前处于世界先进水平。我国于上世纪80年代末通过引入国外技术,建立了SMC的生产线。

  SMC的制品构成中,四类构成框架、四类决定特性

  SMC由不饱和聚酯树脂、交联剂、引发剂、填料、增稠剂、脱膜剂、玻璃纤维和阻聚剂构成,其中前四类主要为制品提供物质框架,及增加强度;后四类主要为制品增加黏度、耐腐蚀、绝缘和结构稳定的特性。

  (1)不饱和聚酯树脂和交联剂是SMC的主体。不饱和聚酯树脂通常由不饱和二元羧酸(或酸酐)、饱和二元羧酸(或酸酐)与多元醇缩聚而成,本身具有一定的机械性能强度,且内部受力均匀;交联剂主要为苯乙烯。两者交联后是制品固化塑性的主要材料,起到连接、支撑、传递均衡和保护的作用。

  (2)引发剂促使树脂和交联剂在树脂糊阶段固化成型。其作用主要是使树脂与苯乙烯等交联单体中的双键发生共聚反应,从而使SMC在模腔内固化成型。

  (3)填料占据SMC的三分之一以上,可调节模塑料的黏度。其一般需要有比重低、油吸附值低、孔隙少、耐腐蚀和成本低的特点,常用填料成分主要为CaCO3、Al(OH)3等。

  (4)增稠剂可使SMC产生不粘手的高粘度特性。片状及团状模塑料在制备时要求树脂的黏度较低,以利于树脂对玻璃纤维和填料的浸渍,而模压成型时又需求较高的黏度,因此在模压工艺前需加入增稠剂,将玻璃纤维浸渍的低粘度转化为不粘手的高粘度。

  (5)脱膜剂防止SMC与金属模具表面发生亲和作用。脱模剂可以使树脂混合物在塑性过程中,阻止不饱和聚酯树脂与金属模具表面发生亲和作用,主要是以硬酯酸锌为代表的长链脂肪酸或盐类,使用过量易使制品的性能下降,一般使用量占制品总量的1~3%,以保证制品的质量。

  (6)玻璃纤维可增强SMC的耐腐蚀和绝缘性能。SMC通常选用短切玻璃纤维毡作为增强材料,使用过量易使制品过于蓬松、使用剂量过小则对制品增强效果不明显,一般的使用量为20%左右,这样制品可同时满足挤压成型和模压成型两种工艺。

  (7)阻聚剂增加SMC稳定性,延长贮存期。由于引发剂苯乙烯会慢速分解,引起树脂的聚合,加入适量的自由基捕捉剂(阻聚剂),可减缓苯乙烯分解的速度,延长其贮存期。阻聚剂通常为苯醌类和多价苯酚类化合物。

  SMC生产分为上薄膜、下薄膜及浸渍收卷加工三过程

  SMC的生产工艺分为上薄膜加工、下薄膜加工和浸渍收卷三大过程。其中,上薄膜加工主要是除增强材料外的树脂糊材料制备;下薄膜加工主要是增强材料短切玻璃纤维毡的制备;浸渍收卷主要是将制备的上下薄膜压覆成型收卷的过程(图1)。

  图1 SMC生产工艺过程简图

(来源:《SMC模塑料在汽车中的应用》)

  生产中下薄膜放卷,经下树脂刮刀后,薄膜上被均匀地涂覆一层树脂糊,当其经过切割沉降区时,粗纱均匀沉降于树脂糊上,承接了树脂和短切玻璃纤维的薄膜,在复合辊的滚压作用下使上薄膜的树脂糊浸透纤维,当纤维为树脂充分浸渍后由收卷装置收集成卷,经增稠处理后得到片状模塑料。

  SMC产品应用广泛,汽车工业等八大领域均有体现

  SMC具有电气性能优异、耐腐蚀性强、质量轻及工程设计容易、灵活等优点,其机械性能可以与部分金属材料相媲美,因而广泛应用于汽车工业、铁路车辆、建筑、电器与通讯等八大领域中(表1)。其中,早期主要以绝缘板的形式应用于建筑、电器和通讯领域中,技术较为成熟;随后被应用于汽车工业中,用来替代车身的部分钢铁及铝合金材料,以减轻汽车的重量,在当前节能减排和新能源汽车发展的大背景下,车用产品技术继续向轻质和高质量发展;发展到现在,日常生活中随处可见SMC材料的应用,在无线通讯、防爆电器外壳、地面绝缘材料、卫浴和高铁设施中均有体现。

  表1 SMC材料八大应用及细分领域

(来源:金智创新研究中心)

  结语

  片状模塑料中的不饱和聚酯树脂、交联剂、引发剂和填料为制品提供物质框架、增加结构强度;增稠剂、脱膜剂、玻璃纤维和阻聚剂为制品增加黏度、耐腐蚀、绝缘和结构稳定的特性;其生产工艺主要有上薄膜加工、下薄膜加工及浸渍收卷三过程;该类产品目前已应用于汽车工业、铁路车辆等八大领域,在当前节能环保和低能耗的背景下,汽车工业由于其轻量化的需求,对SMC材料提出了越来越高的要求,是SMC技术发展的主要驱动力。


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