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有些人認為片狀模塑料（SMC）在汽車中的應(yīng)用已經(jīng)成熟，而Vicki P. McConnell認為該材料的性能還有提升空間。盡管供應(yīng)商和成型商數(shù)量眾多，但汽車部件市場對SMC來說仍然很大，從輪胎到外飾板，以及發(fā)動機艙內(nèi)部件。
有人可能會認為，添加玻纖的SMC壓縮、注塑和注射壓縮成型汽車部件中的應(yīng)用已經(jīng)有40多年，代表著一種成熟的工藝，在性能或成型性方面不會有太大的變化。事實并非如此：經(jīng)過性的發(fā)展，SMC在噴涂和非噴涂汽車部件領(lǐng)域，無論是保險杠、翼子板、外飾板和內(nèi)飾板、結(jié)構(gòu)組件，還是近的耐高溫發(fā)動機艙內(nèi)部件，都是一種多功能的增強塑料。
工藝發(fā)展
過去四年，SMC配方和工藝的創(chuàng)新推動了北美地區(qū)汽車部件用SMC的產(chǎn)量。美國復(fù)合材料制造商協(xié)會（ACMA）旗下的汽車復(fù)合材料聯(lián)盟（ACA）說，SMC至少有七大特點，足以讓汽車制造商有理由選用這種材料：
◆重量大大減輕（大約比同樣的鋼材部件輕20-35%）；
◆通過在一條裝配線上進行部件整合，降低了制造過程的復(fù)雜性；
◆降低了加工成本（比鋼材沖壓成本低40%）；
◆與鋁或鋼相比，抗損壞性能提高，特別是外飾板；
◆卓越的耐腐蝕性能；
◆噪音、震動和粗糙度性能的改善；
◆設(shè)計的靈活性。
ACA主席Keith Bihary說，2006年，美國汽車和重型卡車中所用的SMC材料還不到18.2萬噸。每個部件的平均重量為9千克。
“今天的SMC不同于過去的SMC。”位于美國密歇根州底特律的Continental Structural Plastics（CSP）公司副總裁Tom Hilburn說。CSP于2006年7月收購了ThyssenKrupp Budd公司，之前，后者收購了底特律地區(qū)一家的SMC成型商Budd Plastics。
Hilburn指出，新的SMC配方已經(jīng)回答了OEM提出的所有問題，例如涂層爆裂、電涂層應(yīng)用中的耐高溫性（150-200℃），還有周期的縮短和成本的降低。
現(xiàn)在，SMC已成為一種更耐用的材料，可以根據(jù)客戶需要定制。
他補充說，CSP正在研究一種的粘結(jié)技術(shù)，該技術(shù)將“使SMC部件具有更好的粘接線、濕強度和的總體尺寸。我們要保護我們的技術(shù)”，因為正在進行的合并已經(jīng)使美國主要的SMC成型商數(shù)目在過去幾年減少了。位于美國密歇根州Dearborn市的Meridian Automotive Systems公司收購了Cambridge Industries和GenCorp公司；美國俄亥俄州哥倫布市Core Molding Technologies公司在2006年11月宣布有意收購一家具有50年經(jīng)驗的SMC定制成型商Premix Molding公司。Core公司是一家SMC配混商和成型商，SMC年產(chǎn)量大約為27273噸。
Hilburn說：“現(xiàn)在，我們可以為OEM提供兩種好的產(chǎn)品從不同角度解決工程問題。”他堅信，汽車市場上將出現(xiàn)更好的保險杠產(chǎn)品。
“我們認為發(fā)動機艙內(nèi)SMC部件是發(fā)展中的一個階段性變化，同時，SMC制成的單片或多片式輕型貨車車廂具有更強的載荷承受能力、更好的外觀和更高的抗沖擊性。”
他還強調(diào)了自2002年年底出現(xiàn)的一個產(chǎn)品領(lǐng)域：具有A級表面的強化SMC或TCA。由于其它供應(yīng)商也提供具有類似性能的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品通常被看作同種材料，但Hilburn想聲明，CSP具有“強化A級”SMC的注冊商標。
CSP是通用汽車SMC研究員Hamid Kia發(fā)起的配混商和成型商聯(lián)盟中的一員，致力于改進OEM裝配線上粉末底漆噴涂過程中SMC外飾板的A級表面。一種精細的可噴涂粉末同時被噴涂到SMC和金屬組件上，加熱后，這層底漆熔化附著在車身板上，從而得到極高質(zhì)量的噴涂表面。該聯(lián)盟的目標有兩個：降低烤漆過程中傳統(tǒng)SMC釋放出的濕氣或空氣的影響，以減少被噴涂部件的缺陷；同時減少溶劑型底漆過渡噴涂導(dǎo)致的揮發(fā)性有機化合物（VOC）。
聯(lián)盟的努力
Meridian Automotive Systems公司是聯(lián)盟的另一家成員，擁有400-4000噸的成型壓力，可以成型單體式大型SMC汽車組件，例如重型貨車發(fā)動機罩和翼子板。該公司稱他們占有美國SMC外飾件市場的絕大部分份額，包括輕型貨車和客車、車身板、翼子板、車頂板、擾流器、后車身板、駕駛室、防火板、護柵和保險杠。
2003年，Meridian幫助本田公司為其個型號為Ridgeline的皮卡開發(fā)了一個8.5立方英尺的鋼-增強材料內(nèi)層行李廂（in-bed trunk）。Meridian為Ridgeline提供的這一SMC組件于2005年1月投入生產(chǎn)，包括面板和一些組裝部件，如車廂側(cè)板、前板、后擋板、車廂底板、行李艙蓋和行李艙體。
Meridian公司工程產(chǎn)品開發(fā)部門副總裁Dan Dowdall指出了Ridgeline項目中SMC的兩個配方：主面板中的超高強度化合物和備用內(nèi)胎中的低密度結(jié)構(gòu)化合物。“這一創(chuàng)新使產(chǎn)品達到了非常高的力學(xué)性能，并且輕質(zhì)，具有良好的外觀，成型能力強。”他說。
他補充說，復(fù)合材料內(nèi)層行李廂組裝部件也被用于其它車型上，包括豐田（Toyota）的皮卡Tacoma和福特（Ford）的新型SportTrac。
“現(xiàn)在，除了為新型號吉普車Wrangler Freedom生產(chǎn)多片式可拆卸SMC車頂組件，Meridian也為DaimlerChrysler生產(chǎn)重型皮卡SMC后翼板外延部分。”
在其它型號的車輛中，Meridian所生產(chǎn)的成型部件也含有大量SMC和復(fù)合材料成分，包括Chevrolet Corvette、Cadillac XLR、GM Hummer-2、Dodge Viper、Ford Escape、Ford Edge等。2007年，Meridian與Nissan合作開發(fā)了一種獨特的行李廂隔板和上面的加強板，用在其私家轎車Sentra中。這些部件由拉伸強度高的SMC制成。這種板子形成了一種隱蔽的行李廂儲藏空間，而且可以調(diào)整以運輸較大的行李。
Dowdall認為SMC“不斷積極改善”的性能有：
◆ 可涂性（粉末底漆）；
◆ 原材料成本降低、工藝改善和周期縮短產(chǎn)生的價值；
◆ 低成本的加工工藝和經(jīng)濟的碳纖維增強材料；
◆ 模內(nèi)著色配方；
◆ 中低密度化合物的發(fā)展降低了A級表面部件的重量。
足夠堅固
汽車市場對于GE粉末底漆聯(lián)盟中的兩家樹脂供應(yīng)商來說并不陌生，他們是亞什蘭高性能材料集團下屬的亞什蘭復(fù)合材料聚合物和AOC公司。兩家公司都擁有商業(yè)化的強化A級表面配方的樹脂系統(tǒng)，解決了粉末底漆噴涂過程中SMC噴涂后的表面形態(tài)問題，兩者都預(yù)示著SMC應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。
位于美國俄亥俄州Dublin的亞什蘭復(fù)合材料聚合物交通運輸業(yè)務(wù)市場經(jīng)理Cedric Ball說，裝配線上SMC的粉末底漆“可以在部件上形成堅韌的表面”。亞什蘭和AOC都調(diào)整了樹脂中的低收縮添加劑（LPA），以解決空氣/水釋放氣體引起的表面問題。Ball說，亞什蘭的一大進展就是聯(lián)合高性能材料集團與特殊聚合物和添加劑集團的技術(shù)，在2006年10月找到了一種解決方案：聚酯樹脂Arotran 610和一種兼容的環(huán)氧樹脂基添加劑Pliogrip 5500，它們使SMC復(fù)合材料部件的內(nèi)外表面之間具有更好的粘接性能。Ball說，通過這種材料組合，他們可以將SMC基材中濕氣釋放量減少50%，而且不會降低表面質(zhì)量和粘接性能。
在談到過去幾年SMC性能的重要進展時，他認為TCA與鋼材相比，通過減少A級表面部件的廢品率，消除了SMC的局限性。亞什蘭的600和700系列Arotran樹脂均為TCA配方。亞什蘭的另一個新產(chǎn)品是一種使用納米填料的低密度（比重1.45，傳統(tǒng)SMC為1.9）SMC。特殊聚合物和添加劑集團市場經(jīng)理Rick Lupisella稱這種材料為一個重大突破，并補充說，目前這種配方已經(jīng)開始在OEM汽車的試驗部件中使用。另外，該公司正使用EKADURE技術(shù)，在Arotran 800系列聚酯樹脂基礎(chǔ)上開發(fā)一種UV穩(wěn)定的模內(nèi)著色配方，這將使OEM終可以自由選擇他們所需的顏色。而目前只有黑色可選。
關(guān)于下一個變化，Ball認為將會是“更輕、更薄的車身外板，并且物理性能沒有降低”。亞什蘭的化學(xué)家們一直為這些增長的市場進行樹脂/粘結(jié)劑混合物方面的研究，例如，皮卡車廂、大型A級表面部件和乙烯基酯SMC閥蓋。
美國田納西州的AOC公司在2002年年底推出了Atryl TCA聚酯配方，而福特汽車公司為其2002 Ford Explorer SportTrac車型的車廂外板以及2003 Ranger、Mustang Mach I和Thunderbird車型的發(fā)動機罩選擇了這一SMC配方。AOC證實，與傳統(tǒng)SMC相比，這一配方將表面波紋降低了50%，強度增加了69%。
關(guān)于通用聯(lián)盟的研究，AOC閉模樹脂業(yè)務(wù)商業(yè)經(jīng)理Mike Dettre評論說，Atryl數(shù)量的調(diào)整提高了粉末底漆的性能，同時保持了表面的平滑度、強度、低收縮性和邊緣耐爆裂性。
他說，福特公司撰寫了一份基于Atryl TCA的A級表面材料說明書，并指出A級表面SMC復(fù)合材料的所有實際應(yīng)用。現(xiàn)在他們認為SMC并不比鋼或鋁難加工。Atryl TCA也得到了通用、戴姆勒-克萊斯勒和幾家中型貨車OEM的認可。
他認為SMC性能的階段性變化包括UV穩(wěn)定的導(dǎo)電SMC產(chǎn)品和輕質(zhì)/高性能配方。
勇于改變
過去35年，美國印第安納州的配混商IDI Composites公司（以前的Industrial Dielectrics）一直暗中進行SMC的創(chuàng)新，但該公司銷售和市場副總裁Paul Rhodes表示，現(xiàn)在這種狀況正發(fā)生變化。在進入汽車市場之后，公司更積極地將其材料推入頭燈罩和閥蓋市場。其大多數(shù)SMC材料是添加30-40%的玻纖的一種獨特乙烯基酯混合物。
Rhodes說：“我們?yōu)橹饕袌錾a(chǎn)大量模塑料，包括電子領(lǐng)域和所有交通領(lǐng)域。”他指出，高速交通是IDI特別重視的一個領(lǐng)域，這一市場需要大量材料。
IDI應(yīng)用發(fā)展工程師Gary Littell舉了公司在2006年年初推出的AV-206樹脂，這是一種專門為高溫動力系統(tǒng)組件而開發(fā)的一種混合配方。AV-206目前被用在閥蓋中以抵抗300。F（149 ℃）的高溫，同時還具有更高的拉伸強度和拉伸模量。
“在低負荷柴油機中，SMC為動力系統(tǒng)的發(fā)展提供了大的可能性，即減輕產(chǎn)品重量。”Littell說，“如果可以將一個拖拉機拖車的重量減輕4.5噸，那么就意味著你可以多裝4.5噸貨物。另外，因為新的排放法規(guī)將在2007年生效，柴油發(fā)動機需要降低重量，這將使SMC在閥蓋和油盤中得到更多應(yīng)用。”
過去三年，IDI公司的SMC產(chǎn)量已將增加了150%，今年計劃還會增加30%。Rhodes說，汽車工業(yè)對SMC取代金屬的需求將是他們大的增長領(lǐng)域和第二大市場。Littell認為，新的SMC配方也將很快超越目前動力系統(tǒng)組件300 。F（149 ℃）的溫度極限。
對于SMC在汽車部件中的未來，Littell希望有“更多個性化的發(fā)動機組件設(shè)計”。Rhodes提到了“外觀協(xié)調(diào)性”的趨勢。這是OEM為了在可見的發(fā)動機艙內(nèi)部件中得到協(xié)調(diào)的A級表面、結(jié)構(gòu)以及光澤度和色彩亮度而提出的一種期望。
“不要低估SMC。”AOC的Dettre說，“SMC的優(yōu)點就在于它具有許多配方可以滿足終端用戶的特定要求。”其中包括使用碳纖維作為增強材料。雖然碳纖維的研發(fā)成果前景廣闊，但高的成本卻帶來了局限性。也許碳纖維范圍內(nèi)的擴產(chǎn)將使其成本大大降低，從而使得SMC在成功的道路上具有更多性能。
