8　模塑料技術的新進展

　　隨著制品應用領域的擴大模塑料技術進展很快，主要是SMC制品品種和生產工藝不斷獲得新的成功，表現在以下兩個方面。
　?、俚蛪撼尚偷腟MC的出現，使設備與模具投資大為下降。
　?、诟咝阅芗疤禺愋阅艿腟MC品種不斷增加，如高強度、高玻璃纖維含量SMC，各向異性SMC，韌性SMC及低密度SMC與BMC等，滿足了各種特定的使用要求。

　　8.1　低壓模塑料

　　SMC一般要求模壓成型壓力為3.5～7MPa。制品構形復雜程度不同，壓力要求也不同，這就要求有耗費較高的壓機和昂貴的模具。美國歐文思-康寧玻璃纖維公司開發了一種低壓SMC，稱為二號SMC。與普通SMC相比，其成型黏度大幅度下降，這樣就使大型部件生產所需的模具與設備投資大幅度減少，甚至用低壓接觸成型的壓機也可生產SMC制品，其要求壓力僅為0.7～2.1MPa。與二號SMC的低黏度相比，普通的SMC非常黏，無法操作，但二號SMC卻不粘手，成型時纖維也不會析出。圖16-42為兩種SMC的稠化曲線對比，二號SMC制品的力學性能也與普通SMC相當，其對比見表16-15。

　　這種二號SMC可廣泛用于汽車、家具以及建筑等方面。

　　8.2　定向纖維SMC(XMC)

　　XMC為不含填料的SMC，玻璃纖維含量65％～75％(質量分數)。玻璃纖維是按交叉帶式高度定向排列的，交叉角約20°，使SMC具有強烈的各向異性。XMC采用一個芯軸用纖維纏繞法制造，達到要求的厚度時即從芯軸上割開取下進行熟化或稠化成皮革狀。增稠劑也是普通所用堿土金屬氧化物或氫氧化物，也可用紫外線或熱來激活。
　　在裝填模具時，要按規定方向鋪平，在模壓時可能發生垂直方向的流動約10％～15％，合模時間約5～15s，壓力為5～5.6MPa。
　　這種材料主要用于工程結構，要求承受力并減輕質量的場合。

　　8.3　高強度SMC

　　歐文思-康寧公司開發了兩種高強度SMC，一種是用高含量的短切纖維鋪氈；另一種是用短切纖維與連續纖維的混合氈增強，其趨向是采用隨機分布而高纖維含量為主。主要是因為引入的連續纖維分布對模塑料流動性有不同的影響。圖16-43為3種纖維分布對模塑料流動性影響的情況。

　　(1)隨機分布的短纖維結合定向的連續無捻粗紗(C-SMC)[圖16-43(b)]這種SMC可用普通的SMC成型機進行生產。只是在機器上附加一個放出連續無捻紗并給以適當張力的裝置，緊跟在短切機后面將連續紗引入氈層，連續紗即置于短切氈的頂部。C-SMC的力學性能有很大改進，只加很少比例的連續紗就可使縱向彎曲強度與沖擊強度顯著增大，見表16-16。由表16-16可見，增加8％的連續紗可以使彎曲強度增大1倍，沖擊強度增大1倍多。但在垂直于連續纖維的方向上力學性能都有下降。由于C-SMC在模壓成型中流動性受到限制，故只能用于形狀較簡單又有要求較高的縱向強度的制品，例如汽車減震器等。

　　(2)隨機分布的短纖維結合定向的較長的短纖維(O-SMC)[圖16-43(c)]這種SMC也可以在普通SMC成型機上生產，只要安裝一個切割較長纖維(200mm)的裝置，使纖維落于短纖維氈上，而傳送帶的運動可使長纖維束自然按縱向排列。這種(O-SMC可以在保留C-SMC強度特點的同時適當改善縱向的流動性，使材料的各向異性有所減輕，其縱向強度比C-SMC只減少10％左右，而縱向流動性卻有很大改進。定向短纖維的長度對O-SMC的性能影響很大，長度增加到300mm時纖維的作用已和連續纖維相似，見表16-17。

　　O-SMC的流動性比C-SMC有很大改進，但比隨機分布的R-SMC差。因此在往模具中裝料時，R-SMC只要覆蓋模腔面積的40％～60％即可成型，而O-SMC則要覆蓋75％、C-SMC則要覆蓋100％才能成型。

　　(3)隨機分布的短纖維(R-SMC)[圖16-43(a)]  R-SMC纖維含量高，一般在50％～70％，其力學性能大大優于普通的SMC，見表16-18。這種高纖維含量的R-SMC受到了很大的重視，對其纖維含量、填料含量變化對力學性能及流動性能的影響進行了系統的研究。對漿料配方也進行了多方面研究，為了使玻璃纖維浸透，樹脂黏度應為0.5Pa?s左右。普通SMC樹脂黏度為1～2.5Pa?s，起始樹脂好通過加苯乙烯以及減少不揮發的固體樹脂含量(由70％降到60％)的辦法來降低黏度。如降低樹脂分子量會產生脆性的、不可延伸的樹脂。樹脂的稠化性能也很重要，因為填料量少，成型黏度為(15～25)×10³Pa?s。黏度超過此值會降低流動性，造成成型困難；黏度低于此值會造成材料發黏，無法操作。適宜漿料的稠化曲線見圖16-44。其短時間稠化性能要求在30min內，在環境溫度下黏度不應升到0.8Pa?s以上。

　　應選用回彈性好的樹脂，可以產生較好的力學性能。對玻璃纖維要求嚴格，不能用硬挺的浸潤劑被覆纖維，因模壓時會使樹脂析出，因填料含量少，這一點和普通SMC相反。應選用軟質的無捻粗紗。而且在切割機前可以按絲帶分裂器使纖維分開。短切纖維長度25mm為宜，玻璃纖維高含量可達70％，但為保證纖維能被樹脂漿料浸透，還是不超過65％為好。增稠劑類型及濃度主要取決于樹脂及其他配方情況，因為漿料黏度低，故增稠劑的分散比較困難，應采用三輥研磨機或其他顏料分散設備先分散于一種不稠化的聚酯樹脂中。
　　R-SMC價格很貴，可設法增加填料含量以降低成本。一般CaCO₃填料可加到40質量份(以樹脂用量為100質量份計)而不會影響黏度為0.6～0.8Pa?s的樹脂的浸透性能。結果可以提高沖擊、拉伸、彎曲等性能，漿料黏度不應超過1.4Pa?s。為了減少R-SMC的固化收縮，可以加低輪廓添加劑。加入微粉化的聚乙烯和聚苯乙烯可以顯著改善制品的表面狀況。

　　8.4　其他特種SMC和特種BMC

　　一般SMC和BMC性脆，使其應用受到一定限制。隨著SMC和BMC用樹脂的發展，出現了韌性SMC和韌性BMC配方，采用這種樹脂系統使SMC制品的拉伸與沖擊性能大為提高。結果在生產操作過程中使破裂的制品減少，后道工序中削邊及加工裂紋也大為減少。
　　為了進一步減輕模塑料制品的質量，又開發了一種低密度模塑料。一般SMC與BMC制品相對密度為1.7～1.9，采用合成泡沫填料后可使相對密度減為1 .2～1.4，其物理性能雖稍有下降，但流動性與成型性能比普通SMC更好，如采用微珠或空心微珠作部分填料時，更能實現低密度，而且對構形復雜的制品適應性強，模壓壓力下降，沉陷痕跡減少。