片状模塑料SMC在汽车造中的应用高频板

片状模塑料(SMC)在汽车造中的应用

片状模塑料(SMC)在汽车造中的应用 2011年12月04日 来源： 片状模塑料(SMC)近年在汽车业的应用日渐普及，并以此造三类汽车零件。本文首先概述SMC在汽车造业的应用，然后介绍减少重量及成本的SMC汽车零件的研究发展情况，最后道出该材料未来面对的挑战。片状模塑料(Sheet Moulding Compound，简称SMC)是用上、下塑料薄膜裹覆着聚酯树脂、短切玻璃纤维、填料和辅助材料的片材，是用途广泛的模压合材料品的半成品。与钢汽车零件相比，模压成型SMC汽车零件具有许多优点，如：生产周期短，便于汽车改型，投资效益较好；重量较轻，节约燃油，排污较少；设计自由；件的整体性好，零件的数量很少；耐用性和隔热性好等。SMC的缺点包括：不可回收，污染环境；虽然性能价格比较好，但一次性投资（如SMC机组、压机和模具）往往高于对应的钢件。SMC汽车零件分为三类：一、功能件，如机油盘、隔热板等，要求耐高温和耐油腐蚀；二、车壳外板，全世界轿车、轻型货车的外板价值300亿美元/年，而SMC外板所占比率很小（只有美国例外），但具有A级表面精度的SMC车壳（特别是发动机罩）发展很快；三、结构件，如散热器托架、横梁（cross car beam），Taurus和Mercury Sable轿车的前围的下散热器SMC托架只有二件（原钢的有22个零件），重量大减，成本降低14%。SMC在汽车造业的应用情况SMC汽车构件是20世纪90年代美国最成功的合材料品之一。在2000年SMC市场中，美国和欧洲汽车SMC消耗量的占有率分别为70%和42%。美国新颍SMC汽车构件的实例如下：2001 Cheverolet 1500系列Silverado 4x4 Extended cab车的后挡板，用SMC/SRIM成型合材料成；2001 Ford Ranger XLT 4x4车的发动机罩和前脸是SMC的（Budd公司模压）；2001 Pontiac Azotek车具有SMC大灯托架，其重量和零件数目比原来钢托架大减；2001 Cheverolet Corvette车的前地板是SMC蒙皮/balsa木芯的夹芯结构，厚度15mm，重量15kg，比原来钢地板更轻，刚度更高，明显地降低了发动机产生的振动和噪音；2001 Cheverolet Avalanch Ultimate Utility Vehicle车的中、后门内饰板，由SMC/SRIM成型合材料成，比原来内饰板的耐压痕性和耐腐蚀性更好。轿车车壳是SMC的难关和新成就之一。其表面精度要求严格，必须达到A级表面精度，即LORIA波纹指数。为达到此指标轿车通常可采用烤漆技术，换言之SMC车壳必须经受烤漆的高温。1969年International Harvester货车SMC发动机罩面世，导致SMC像潮水般涌入重型货车市场；1978年模压SMC开始采用模内涂层（IMC），使技术更上一层楼；1982年开始采用低糙度SMC配方和真空模压技术，使A级表面精度技术日臻成熟；1994年开始掌握回收SMC技术，但因成本太高和难度太大，而不能推广实施；1998年Corvette牌轿车的内饰板开始采用低密度SMC（用空心玻璃微珠做填料）模压成型，比重由原来的1.9降到1.4，为轻质SMC（也即：汽车节能）另辟蹊径。轻质、高强SMC汽车零件的研究与开发减轻汽车重量“减轻汽车重量”是汽车造业的重要课题。其主要途径包括：借助于有限元计算方法，科学地设计SMC零件的结构，提高其效率；选用最佳SMC原材料（如低密度填料）和模压工艺，使零件减薄；减少SMC配方填料和纤维的含量；尽可能选用夹芯结构、混杂系统材料。降低SMC密度的方法有：选用空心玻璃微珠做填料，SMC密度可降到1.4~1.5g/cm3；借助添加剂，使GF含量和品的物理性能最佳；模压前模压件表面涂敷密封底漆和模内涂层，使品达到A级表面精度；选用表面涂覆了聚酯和乙烯基酯浸润剂的GF代替普通GF，可使模压品的重量减轻65%，弯曲模量大于30GPa，拉伸强度大于400MPa。目前一些乘用车的SMC壳体比别的材料壳体较厚（普通SMC壳体的厚度为2.5~3mm）；DSM公司的目标为2mm或更薄；法国雷诺公司第三代Espace轿车SMC壳体厚2.1~2.3mm，密度为1.6g/cm3；Isuzu轻型货车的前脸选用低密度（1.4g/cm3）、A级表面精度的SMC模压，重量比普通SMC轻30%。有的SMC壳体上只有一条加强筋，减薄的潜力很小。30% GF/热固性改性丙烯酸树脂的SMC（日本Mitsubishi Rayon Co研），添加了特种浸润剂（sizing），提高了树脂与GF的浸润性。可沿用现有的SMC机组生产。品的收缩率为7%~8%，大于聚酯SMC（收缩率为3%）；耐老化和光泽保留率极好；褪色率只是聚酯SMC的一半。降低成本降低成本是提高商品竞争力的关键因素之一。SMC发动机罩的成本低于铝合金和聚对苯二甲酸已二醇酯（PET）发动机罩，但高于钢发动机罩，其主要原因是SMC车壳表面的瑕疵多，修理费时费力，喷漆质量差，二次加工费昂贵（是钢车壳的3.6倍）。近日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。另外，采用科技含量高的先进技术和科学管理，可以提高SMC零件的各项生产指标，例如从1986至1996的十年间，北美SMC零件的生产周期从135秒/件降到90秒/件；次品率由10%降到5%；边角料所占比率由5%降到2%；正常运转时间（uptime）所占比率由75%升为90%。这样就大幅度降低了SMC零件的成本。SMC品的基准产量与机遇挑战从理论上讲，SMC品客观上存在一个基准产量（crossover point），当某件SMC品的实际产量低于此基准时，它的价格低于同类钢零件；超过此基准时则高于钢零件，该基准随着科技进步和市场扩大而递增。美国权威机构 IBIS Associates的科学论说明，1986年的基准产量为7万件/年，十年后约上升为15万件/年。目前北美半数以上的SMC零件生产公司的产量都小于10万件/年，由此可见，SMC的汽车市场潜力很大。生产实践和科学研究指出，SMC不失为较科学、理想的新型汽车壳体材料。在未来开发节能、环保的新车、快速改型换代、小批量投产方面，它将起着重要作用。随着新车型不断涌现，势必产生新课题和新风险，例如如何减少由于采用SMC导致汽车造商的投资风险？如何提高SMC车壳的性能和质量，在与钢、铝车壳的竞争中稳操胜券？这些都是摆在面前的艰巨任务。(end)

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