神马文学网SMC创新工艺具更广阔市场
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/27 20:49:38
SMC创新工艺具更广阔市场
摘要: SMC创新工艺具更广阔市场 复合材料新应用 SMC在汽车工业所扮演的重要角色众所周知，在众多业内人士面前已展示出它卓越的性能。特别是随着汽油价格攀登，SMC，多年来一直不断努力，创造出更多轻型车。 然而，我们 ... SMC创新工艺具更广阔市场 复合材料新应用SMC在汽车工业所扮演的重要角色众所周知，在众多业内人士面前已展示出它卓越的性能。特别是随着汽油价格攀登，SMC，多年来一直不断努力，创造出更多轻型车。
然而，我们知道的较少的是SMC在汽车工业应用领域之外还有何种用途。即使远离了引人注目的汽车行业，SMC的优势还是能够通过不同的途径表现出来，例如它的高强度和优良的耐候性，仍被制造行业列为首选原材料。虽然很多复合材料制造商通常采用供货商的树脂系统和成熟的化合物配方。在开发SMC新型应用领域中，存在着这样几个问题：抗UV性能，抗冲击和防潮能力，以及表面质量要求，这些因素无疑都推动了定制材料的发展。下面的例子表明SMC的超强适应性，能够具有更广阔的应用领域。
不仅仅只是一个外壳
在工业制品领域中，对于产品外壳在制造中，原材料选用范围从聚合物混凝土到金属再到热塑性和热固性材料。SMC是占主导地位的热固性材料之一，应用之一是Lightning Switch（闪电开关），它是一款无线操作、无需使用电池的远程控制系统，该产品已获得专利。该系统可将编译的无线电编码发送给用户接受者，人们可以通过远程遥控轻松开启或关闭灯、家用电器和其它电器设备。用户可以将它安装在一个新的开关或取代现有的有线开关。Lightning Switch，由PulseSwitch Systems公司（位于弗吉尼亚州的诺福克 以下简称PulseSwitch公司）研发制造，通过NASA资助的压电项目研发计划而发展起来的。
SMC发动机盖
对于PulseSwitch公司最大的挑战就是在工业环境原材料中，找到合适的一款为接收器制造外壳。因为金属材质的外壳会干扰无线电信号，所以研究人员首先将金属外壳淘汰掉。Brad Face是PulseSwitch公司的总裁，经过一段时间的思考，最后他来到Stahlin Non-Metallic Enclosures公司（位于密歇根州的Belding 以下简称Stahlin公司），后者拥有著名的Diamond Shield外壳，这是一款基于SMC的产品。规格多种多样，共记有十个规格：可以生产从152 mm*152 mm*102 mm，到508 mm*406 mm*254 mm的产品。Stahlin公司市场部经理Mike Jackson表示，他们的技术人员为PulseSwitch公司开发出了356-mm*305-mm*203-mm规格的外壳（壁厚为通常的 3.2mm），这款产品在设计上能够满足不同的需求，不但能够对无线电传输无任何干扰，而且该款外壳强度高，用于A级表面质量。Stahlin公司的该款不饱和聚酯SMC原材料已申请专利， 玻璃纤维含量为22%。Jackson说，他公司95%的产品都采用SMC制造，因为这样的产品更具耐久性，防腐，应用领域灵活，产品表面质量高。他还表示，Stahlin公司所有的产品都采用模内着色工艺（molded-in color）①。
SMC工艺制造的接收器外壳
Core Molding Technologies公司（位于俄亥俄州的Columbus 以下简称Core公司）目前正面临一项挑战，当公司的技术人员为了给电力公司和自来水公司生产地面设施的时候，他们找到了产品外壳制造商。Core公司的工程师Brian Gourley说，他们计划生产一条聚合物外壳生产线，他要评估使用的SMC可行性。因为客户在十多年前就已经开始评估使用复合材料制造外壳的可能性，但是，Gourley表示，客户的看法在当时确实比较难实现，因为采用复合材料完全有效的替代聚合物混凝土的想法不容易做到。
SMC工艺制造的接收器外壳
“当我们谈论有关复合材料的话题时，那是一个完全不同的新型材料世界。” Jeff Blevins说，他是Core公司的研发部经理，“你必须经历这个反复的过程。” 这一过程往往涉及一些有关复合材料的基础学科，它们到底和传统的钢材和混凝土有什么本质区别，接下来就是讨论模具和制造工艺。Meridian Automotive Systems Inc.公司（位于密歇根州的Allen Park），该公司作为塑料的复合材料和零部件供应商在汽车行业久负盛名。但是近几年，该公司却考虑进军“非汽车”市场，更多的强调消费品和工业品。销售总监David Ulrich表示，在这当中，SMC始终是他们努力的一部分。
SMC工艺制造的复合材料遥控开关
回顾上世纪八十年代，Ulrich表示在SMC材料演变发展过程中他看到了很多成绩，设计和应用，二十年前轮船发动机整流罩，是采用聚酯基SMC制造的。但是当时的技术使得最终成品过于笨重（壁厚5mm），迫使许多制造商放弃复合材料而选择了传统的金属材质；今天，他表示SMC引擎罩已经回来了，壁厚3mm，并且重量更轻，更容易安装。Ulrich表示，SMC最终的目标，是通过热塑性复合材料解决方案满足更多的挑战。
Ulrich说，整个工业市场都具有明确的成本意识，这就意味着SMC必须在产品的整个生命周期中证明自己的价值。而SMC模具开发低成本的优势恰恰成为了它最大的卖点。
但是，这并不代表SMC的机械性能不够优越。Meridian公司在“非汽车”运输和重型卡车的应用中已取得重大突破。13升柴油发动机Mack卡车的歧管（汽车引擎用于进气或排气）盖。这个1.2*0.6米的乙烯基酯盖子目前已处于生产中，并且还需经受测试环节，即连续12小时暴露于190°C的环境中，在那之后，Ulrich 表示：“它还是像乒乓球桌一样的平滑。”目前，Meridian公司正在将SMC歧管盖的概念复制到其它卡车的发动机盖制造上，该研发项目主要为Cummins和Navistar两家公司设立的。
从长远看，Ulrich对SMC部件同样充满信心，“采用SMC制造的零部件，虽然厚度更轻薄，但是结构强度却更高，而且增加纳米材料的一体性能够提高部件的机械性能。”
一不小心闯入了制动系统的应用
Premix Inc.公司（位于俄亥俄州的Kingsville 以下简称Premix公司）对于SMC和BMC有很长的研发过程，范围从汽车工业到电动工具，他们的产品能够满足各类终端市场的应用。在这当中，两个最明显的应用是重型卡车空气弹簧悬架系统的活塞壳体和电子产品的外壳。
活塞组件，从前都采用铝材制造，通常用于Firestone公司的可逆空气弹簧悬架系统，该系统主要应用在重型卡车上。现在这款活塞不在采用铝材制造，而是Premi-Glas 1200-50 VE，这是一款乙烯基酯作为基体材料，玻璃纤维增强的SMC材料，由Premix公司研发制造。公司的研发人员表示，该材料的强度和刚度极高，制成的零部件能都承受20吨（18公吨）的压力。而且，该活塞壳体的内部表面仍非常平滑，因此能够大大延长气囊在活塞里面的使用寿命。Premix还表示，铝材容易被氧化，而且表面易有沙粒，因此会磨损气囊，导致悬挂系统出现故障。此外，活塞的设计是希望插入式，无需使用螺栓，削减了组装成本。
Premix公司，电器外壳的设计和制造为Square D公司（位于美国伊里诺斯州的Palatine），后者始终依据严格的性能标准生产，减少电机控制中心的费用。电机控制中心主要用于商业和工业设施的工厂，主要的作用就是控制和分配电力。制造电机的材料必须具有卓越的绝缘性能，防止系统出现故障，火灾或其它潜在故障。Premix公司表示，最大的需求，是使用一款高度绝缘的刚性材料来制造这款外壳，承受在短路测试引起的电磁力100,000 amps在600V的电压，同时必须使得外壳的厚度大幅降低。一位Premix的工程师决定采用Premi-Glas 3200-30，这是一款高强度、低收缩的SMC材料。在设计过程中，研发团队发现，其中共有16个零部件可以合并为2个，而且次要的修整工作可以通过自动化完成。最终，新的外壳在设计上使用较少的复合零部件，更少的零件对应的是更少的紧固件，结果是更快的完成装配工序。
①模内着色：这个molded-in-color 主要用于汽车，摩托车等行业，即生产的部件（主要是汽车外部件）在注塑成型时就着色，部件不再进行后期的喷漆处理。其实molded-in-color 就是色母粒加树脂 or simply precolored resin 注塑成型。比如用杜邦的Surlyn ionomer molded-in-color 制造表面光洁，耐磨无需再油漆的摩托车部件。如果在汽车等应用领域不使用涂料,而采用模内着色的创新设计,除了能带来环保和成本的优势,还能创造非常有前景的加工工艺.。
SMC在汽车工业所扮演的重要角色众所周知，在众多业内人士面前已展示出它卓越的性能。特别是随着汽油价格攀登，SMC，多年来一直不断努力，创造出更多轻型车。
然而，我们知道的较少的是SMC在汽车工业应用领域之外还有何种用途。即使远离了引人注目的汽车行业，SMC的优势还是能够通过不同的途径表现出来，例如它的高强度和优良的耐候性，仍被制造行业列为首选原材料。虽然很多复合材料制造商通常采用供货商的树脂系统和成熟的化合物配方。在开发SMC新型应用领域中，存在着这样几个问题：抗UV性能，抗冲击和防潮能力，以及表面质量要求，这些因素无疑都推动了定制材料的发展。下面的例子表明SMC的超强适应性，能够具有更广阔的应用领域。
SMC最常见的问题
SMC最常见的两个问题就是在模压工艺中，不完整或不足的覆盖面模内涂层，开裂。
（l）缺料：缺料是指SMC模压成型件没完全充满，其产生部位多集中在SMC制品的边缘，尤其是边角的根部和顶部。
原因分析： (a)放料量少， (b)SMC材料流动性差，(c)设备压力不充足 (d)固化太快。
产生机理及对策：
①SMC材料受热塑化后，熔融粘度大，在交联固化反应完成前，没有足够的时间，压力，和体积使融体充满模腔。
②SMC模压料存放时间过长，苯乙烯挥发过多，造成SMC模压料的流动性能明显降低。
③树脂糊未浸透纤维。成型时树脂糊不能带动纤维流动而造成缺料。由上述原因所引起的缺料，最直接的解决方法是切料时剔除这些模压料。
④加料量不足引起缺料。解决方法是适当增大加料量。
⑤模压料中裹有过多的空气及大量挥发物。解决方法有，适当增加排气次数；适当加大加料面积嗝一定时间清理模具；适当增大成型压力。
⑥加压过迟，模压料在充满模腔前已完成交联固化。⑦模温过高，交联固化反应提前，应适当降温。
（2）气孔。产品表面上有规则或不规则的小孔，其产生部位多在产品顶端和中间薄壁处。
产生机理及对策：
① SMC模压料中裹有大量空气以及挥发物含量大，排气不畅；SMC料的增稠效果不佳，不能有效赶出气体。对于上述引起原因，可通过增加排气次数以及清理模具相结合的方法而得到有效的控制。
② 加料面积过大，适当减少加料面积可得到控制。在实际操作过程中，人为因素也有可能造成砂眼。比如加压过早，有可能使模压料裹有的气体不易排出，造成制品表面出现气孔的表面缺陷。
（3）翘曲变形。产生的主要原因是模压料固化不均匀和脱模后产品的收缩。
产生机理及对策：
在树脂固化反应过程中化学结构发生变化，引起体积收缩，固化的个均匀使得产品有向首先固化的一侧翘曲的趋势。其次，制品的热胀系数较大于钢模具。当制品冷却时，其单向收缩率大于模具的单向热收缩率。为此，采用如下方法加以解决：①减少上、下模温差，使温度分布尽可能均匀；
③ 使用冷却夹具限制变形；
④ 适当提高成型压力，增加制品的结构密实性，降低制品的收缩率；
⑤ 适当延长保温时间，消除内应力。
⑥ 调整SMC材料的固化收缩率。
（4）起泡。在已固化制品表面的半圆形鼓起。
产生机理及对策：
可能是材料固化不完全，局部温度过高或是物料中挥发分含量大，片材间困集空气，使制品表面的半圆形鼓起。
①适当提高成型压力
②延长保温时间
③降低模具温度。
④减小放料面积
（5）制品表面颜色不均匀
产生机理及对策
① 模温不均匀，局部过高，应适当控制模温；
②模压料的流动性差，造成纤维分布不均匀，一般可提高成型压力增加融体的流动性；
③在色浆调配过程中颜料与树脂不能很好的混溶
Mark Bohler是Plant Engineering Services Inc.公司（位于印第安纳州的Fort Wayne），对模压工艺有着20多年的丰富经验，他谈到大多数人其实并不真正知道他们的机器是如何工作的。“的确如此，”Bohler说：“加工机械由于过于老旧，缺乏现代化的操作和软件系统。车间工作人员很少了解涉及到影响零部件质量的成型工艺因素。而这些问题是容易解决的，只要我们‘将科学引入模压艺术’。”
Bohler表示，模压成型过程的优化，百分之九十的工艺改进来自模具最终敞模和闭模。它就是这么简单。当他们对一台机械或加工设备做出评估，Bohler和他的工程师们首先考察所有外部的变量：温度，真空，吨位重量和闭模速度。接下来，工具的每个角落都连接到传感器，这些传感器安装有加工过程分析软件，在模具关闭时，提供所需的模具质量评估数据。
另外还有一个问题需要注意的，就是在部件完成制作脱模的时候。“95%的裂痕发生在脱模的时候，尤其在受力不均的时候。”Bohler说，“另外，我们还发现即使同一部机器，由于不同的操作人员，也会使加工出的部件有所偏差。”
Bohler 说：“如果在模具关闭时发现数据发生了变化，我们就会知道这个零部件是有问题的。”
SMC和耐候性
Ashland Performance Materials（亚什兰高性能材料公司 以下简称亚什兰公司），日前表示，公司已完成一项新的SMC研发工作：新型配方生产的SMC不但能更具有更卓越的户外耐候性，而且加工程序更为简便。该SMC材料具有优良的耐候性、电绝缘性能、机械性能、热稳定性、耐化学防腐性，在户外各种气候条件下的使用寿命长达40多年，能经受UV辐射、吸水、冷热交变、风和沙尘磨蚀、细菌和动植物环境的影响。以电表箱为例，SMC材料电表箱解决了木制、钢制、塑料电表箱易老化、易腐蚀、绝缘差、耐寒性差、阻燃性差、寿命短的缺点，复合材料电表箱有绝对的密封防水性能、防腐蚀性能、防窃电性能，不需接地线，外表美观，有锁与铅封的安全保护，使用寿命长，性价比高，一次性投入，终身免维护。与塑料材料相比，SMC除了在体积电阻、电气强度、起痕指数、疲劳强度上显示出它的突出优势外，其极限氧指数远高于工程塑料，不易点燃，也不利于火焰的蔓延，烟气无毒，也不会熔化、滴落，比工程塑料有更好的耐热性，更环保。SMC的蠕变性能和铝合金一样低，而塑料的蠕变伸长是它的3~7倍。此外，SMC有极低的收缩率和与金属相近的线膨胀系数，从而与金属嵌件比塑料有更好的结合。
SMC也是可回收利用的环保友好型材料。上世纪90年代，它已经被再生利用。方法非常简单，只需将SMC/BMC废料破碎、分离、研磨、分级即可。
亚什兰公司聚合物部门经理Cedric Ball表示，通过我们的对AROTRAN 805 SMC室内和室外的测试结果表明，它具有超强的耐候性。“汽车制造商和复合材料模具制造商都明白UV稳定性和模内着色系统对于节约成本的重要性。无需重复喷涂工序，而且这样的加工程序能够对环境保护更为有利。”
AROTRAN 805是热固性聚酯树脂，其中玻璃纤维含量在30%~50%。Rob Seats说，将片状模塑料(SMC)用于汽车领域是一个核心项目，在巴西，树脂供应商亚什兰公司和增强材料公司Saint-Gobain Vetrotex正在共同筹办该项目。巴西至今仍引进SMC材料,与欧洲国家或美国相比，其利用率受到限制，但是在汽车领域却增长迅速。据全国车辆生产协会称，2007年，巴西市场较2006年增长了25%,在国产车辆上将创纪录。巴西复合材料协会称，2006年运输部分占了巴西10万吨热固性树脂的22%。
- fuheadmin 2010-8-20 18:22
- SMC在汽车工业所扮演的重要角色众所周知，在众多业内人士面前已展示出它卓越的性能。特别是随着汽油价格攀登，SMC，多年来一直不断努力，创造出更多轻型车。
然而，我们知道的较少的是SMC在汽车工业应用领域之外还有何种用途。即使远离了引人注目的汽车行业，SMC的优势还是能够通过不同的途径表现出来，例如它的高强度和优良的耐候性，仍被制造行业列为首选原材料。虽然很多复合材料制造商通常采用供货商的树脂系统和成熟的化合物配方。在开发SMC新型应用领域中，存在着这样几个问题：抗UV性能，抗冲击和防潮能力，以及表面质量要求，这些因素无疑都推动了定制材料的发展。下面的例子表明SMC的超强适应性，能够具有更广阔的应用领域。
SMC最常见的问题
SMC最常见的两个问题就是在模压工艺中，不完整或不足的覆盖面模内涂层，开裂。
（l）缺料：缺料是指SMC模压成型件没完全充满，其产生部位多集中在SMC制品的边缘，尤其是边角的根部和顶部。
原因分析： (a)放料量少， (b)SMC材料流动性差，(c)设备压力不充足 (d)固化太快。
产生机理及对策：
①SMC材料受热塑化后，熔融粘度大，在交联固化反应完成前，没有足够的时间，压力，和体积使融体充满模腔。
②SMC模压料存放时间过长，苯乙烯挥发过多，造成SMC模压料的流动性能明显降低。
③树脂糊未浸透纤维。成型时树脂糊不能带动纤维流动而造成缺料。由上述原因所引起的缺料，最直接的解决方法是切料时剔除这些模压料。
④加料量不足引起缺料。解决方法是适当增大加料量。
⑤模压料中裹有过多的空气及大量挥发物。解决方法有，适当增加排气次数；适当加大加料面积嗝一定时间清理模具；适当增大成型压力。
⑥加压过迟，模压料在充满模腔前已完成交联固化。⑦模温过高，交联固化反应提前，应适当降温。
（2）气孔。产品表面上有规则或不规则的小孔，其产生部位多在产品顶端和中间薄壁处。
产生机理及对策：
① SMC模压料中裹有大量空气以及挥发物含量大，排气不畅；SMC料的增稠效果不佳，不能有效赶出气体。对于上述引起原因，可通过增加排气次数以及清理模具相结合的方法而得到有效的控制。
② 加料面积过大，适当减少加料面积可得到控制。在实际操作过程中，人为因素也有可能造成砂眼。比如加压过早，有可能使模压料裹有的气体不易排出，造成制品表面出现气孔的表面缺陷。
（3）翘曲变形。产生的主要原因是模压料固化不均匀和脱模后产品的收缩。
产生机理及对策：
在树脂固化反应过程中化学结构发生变化，引起体积收缩，固化的个均匀使得产品有向首先固化的一侧翘曲的趋势。其次，制品的热胀系数较大于钢模具。当制品冷却时，其单向收缩率大于模具的单向热收缩率。为此，采用如下方法加以解决：①减少上、下模温差，使温度分布尽可能均匀；
③ 使用冷却夹具限制变形；
④ 适当提高成型压力，增加制品的结构密实性，降低制品的收缩率；
⑤ 适当延长保温时间，消除内应力。
⑥ 调整SMC材料的固化收缩率。
（4）起泡。在已固化制品表面的半圆形鼓起。
产生机理及对策：
可能是材料固化不完全，局部温度过高或是物料中挥发分含量大，片材间困集空气，使制品表面的半圆形鼓起。
①适当提高成型压力
②延长保温时间
③降低模具温度。
④减小放料面积
（5）制品表面颜色不均匀
产生机理及对策
① 模温不均匀，局部过高，应适当控制模温；
②模压料的流动性差，造成纤维分布不均匀，一般可提高成型压力增加融体的流动性；
③在色浆调配过程中颜料与树脂不能很好的混溶
Mark Bohler是Plant Engineering Services Inc.公司（位于印第安纳州的Fort Wayne），对模压工艺有着20多年的丰富经验，他谈到大多数人其实并不真正知道他们的机器是如何工作的。“的确如此，”Bohler说：“加工机械由于过于老旧，缺乏现代化的操作和软件系统。车间工作人员很少了解涉及到影响零部件质量的成型工艺因素。而这些问题是容易解决的，只要我们‘将科学引入模压艺术’。”
Bohler表示，模压成型过程的优化，百分之九十的工艺改进来自模具最终敞模和闭模。它就是这么简单。当他们对一台机械或加工设备做出评估，Bohler和他的工程师们首先考察所有外部的变量：温度，真空，吨位重量和闭模速度。接下来，工具的每个角落都连接到传感器，这些传感器安装有加工过程分析软件，在模具关闭时，提供所需的模具质量评估数据。
另外还有一个问题需要注意的，就是在部件完成制作脱模的时候。“95%的裂痕发生在脱模的时候，尤其在受力不均的时候。”Bohler说，“另外，我们还发现即使同一部机器，由于不同的操作人员，也会使加工出的部件有所偏差。”
Bohler 说：“如果在模具关闭时发现数据发生了变化，我们就会知道这个零部件是有问题的。”
SMC和耐候性
Ashland Performance Materials（亚什兰高性能材料公司 以下简称亚什兰公司），日前表示，公司已完成一项新的SMC研发工作：新型配方生产的SMC不但能更具有更卓越的户外耐候性，而且加工程序更为简便。该SMC材料具有优良的耐候性、电绝缘性能、机械性能、热稳定性、耐化学防腐性，在户外各种气候条件下的使用寿命长达40多年，能经受UV辐射、吸水、冷热交变、风和沙尘磨蚀、细菌和动植物环境的影响。以电表箱为例，SMC材料电表箱解决了木制、钢制、塑料电表箱易老化、易腐蚀、绝缘差、耐寒性差、阻燃性差、寿命短的缺点，复合材料电表箱有绝对的密封防水性能、防腐蚀性能、防窃电性能，不需接地线，外表美观，有锁与铅封的安全保护，使用寿命长，性价比高，一次性投入，终身免维护。与塑料材料相比，SMC除了在体积电阻、电气强度、起痕指数、疲劳强度上显示出它的突出优势外，其极限氧指数远高于工程塑料，不易点燃，也不利于火焰的蔓延，烟气无毒，也不会熔化、滴落，比工程塑料有更好的耐热性，更环保。SMC的蠕变性能和铝合金一样低，而塑料的蠕变伸长是它的3~7倍。此外，SMC有极低的收缩率和与金属相近的线膨胀系数，从而与金属嵌件比塑料有更好的结合。
SMC也是可回收利用的环保友好型材料。上世纪90年代，它已经被再生利用。方法非常简单，只需将SMC/BMC废料破碎、分离、研磨、分级即可。
亚什兰公司聚合物部门经理Cedric Ball表示，通过我们的对AROTRAN 805 SMC室内和室外的测试结果表明，它具有超强的耐候性。“汽车制造商和复合材料模具制造商都明白UV稳定性和模内着色系统对于节约成本的重要性。无需重复喷涂工序，而且这样的加工程序能够对环境保护更为有利。”
AROTRAN 805是热固性聚酯树脂，其中玻璃纤维含量在30%~50%。Rob Seats说，将片状模塑料(SMC)用于汽车领域是一个核心项目，在巴西，树脂供应商亚什兰公司和增强材料公司Saint-Gobain Vetrotex正在共同筹办该项目。巴西至今仍引进SMC材料,与欧洲国家或美国相比，其利用率受到限制，但是在汽车领域却增长迅速。据全国车辆生产协会称，2007年，巴西市场较2006年增长了25%,在国产车辆上将创纪录。巴西复合材料协会称，2006年运输部分占了巴西10万吨热固性树脂的22%。