摘要：汽車(chē)零部件的產(chǎn)業(yè)化需要其具有快速成型的特點(diǎn)，片狀模塑料(SMC)片材通過(guò)模壓工藝成型速度快、塑性靈活、力學(xué)性能、加工方便，在同等性能的情況下可減輕自重，是替代部分汽車(chē)車(chē)身和零部件，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化的材料之一。本文通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品的特點(diǎn)，簡(jiǎn)析了未來(lái)國(guó)內(nèi)SMC技術(shù)的發(fā)展方向。

由于當(dāng)前節(jié)能環(huán)保的需要，汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展面臨著能源、污染兩大問(wèn)題，節(jié)能減排成為汽車(chē)工業(yè)的重要課題。汽車(chē)整車(chē)質(zhì)量降低1%，油耗可減少0.7%，汽車(chē)輕量化是促成節(jié)能減排的主要方法之一，而使用SMC替換車(chē)身的鋼鋁部件則是輕量化的主流方向之一。

SMC片材分為三類(lèi)，可替代部分車(chē)身部件

SMC片材在汽車(chē)上的應(yīng)用分為通用型、結(jié)構(gòu)型、功能型三類(lèi)，其中通用型主要利用片材強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的特性，適用于車(chē)身的普通鋼材及鋁合金替代;結(jié)構(gòu)型在通用型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)了自身強(qiáng)度，可用于車(chē)身結(jié)構(gòu)件;功能型則強(qiáng)化自身耐高溫、防腐蝕、韌性等特性，可用于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)殼等高溫部件。

(1)通用型 SMC 片材質(zhì)輕強(qiáng)度高、易成型，用于替換部分車(chē)身鋼材部件。該類(lèi)片材質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、設(shè)計(jì)靈活、易成型，可用于替代車(chē)身的鋼制裝飾件和非承力結(jié)構(gòu)，減輕汽車(chē)零部件的重量。目前在汽車(chē)的內(nèi)裝飾板、儀表盤(pán)、車(chē)燈、車(chē)門(mén)內(nèi)把手、轉(zhuǎn)向桿、引擎蓋、頂蓋、后備箱周邊、地板等均有應(yīng)用。

(2)結(jié)構(gòu)型 SMC 片材強(qiáng)度、剛度高，用于替換部分車(chē)身承力結(jié)構(gòu)件。該類(lèi)片材在組成材料中，樹(shù)脂基體采用高性能乙烯基酯樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂，使其具有汽車(chē)結(jié)構(gòu)件所需的強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性能，可用于車(chē)身框架，如汽車(chē)車(chē)身、底盤(pán)、保險(xiǎn)杠、車(chē)門(mén)、車(chē)篷頂蓋、阻流板、翼子板、座椅骨架等。

(3)功能型 SMC 片材加強(qiáng)了耐高溫、防腐蝕、韌性等特性，用于替換部分特殊需求的車(chē)用部件。該類(lèi)片材性能主要由基體中的填料和玻璃纖維氈等決定，可替代耐高溫、防腐蝕、高韌性等特殊要求的車(chē)用部件。如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)罩、齒輪箱殼體、齒輪箱罩、導(dǎo)風(fēng)罩、水箱、風(fēng)扇蓋板、排水管接口、天然氣氣瓶等對(duì)耐高溫性、耐濕熱性、防腐蝕性有較高要求，保險(xiǎn)杠除對(duì)強(qiáng)度有要求外，還對(duì)韌性有一定需求。

國(guó)外輕量化比重可達(dá)1.2，國(guó)內(nèi)功能型材料達(dá)先進(jìn)水平

2000年以前工業(yè)上應(yīng)用的SMC材料比重約在1.8左右，近年來(lái)SMC研究機(jī)構(gòu)及供應(yīng)商在組分構(gòu)成是傳統(tǒng)材料的條件下，將材料比重下降到了1.4，而后采用更換填料或玻璃纖維氈的方式，使比重進(jìn)一步降至1.2，有些甚至達(dá)到1.0或更低，其中比重1.2的產(chǎn)品已經(jīng)投入商業(yè)化應(yīng)用。

(1)國(guó)外企業(yè)SMC材料輕量化研究領(lǐng)先，量產(chǎn)產(chǎn)品相對(duì)密度比重達(dá)1.2。美國(guó)大陸結(jié)構(gòu)塑料公司(CSP)推出的TCA Ultra Lite型號(hào)材料采用玻化微珠來(lái)替代部分碳酸鈣填料，從而使材料的密度更輕。其產(chǎn)品密度從早期的1.9比重提升至2014的1.6，2016年又提升至1.2，目前主要供給雪佛蘭汽車(chē)裝備，替代了黃貂魚(yú)轎跑(Corvette)的21個(gè)車(chē)身面板組件，包括門(mén)、甲板蓋、四分之一面板和擋泥板，它們都是由TCA Ultra Lite模壓而成，共減輕了9kg的車(chē)身重量。它還降低了整車(chē)的生產(chǎn)成本，所有SMC替代材料的加工成本比沖壓鋼或鋁的成本低50%~70%;AOC、Ashland Specialty chemical和 A.Schulman等企業(yè)也已公布了比重為 1. 2 或更輕的SMC產(chǎn)品，供應(yīng)世界各大車(chē)企(表1)。

表1 國(guó)內(nèi)外部分SMC材料生產(chǎn)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)

(來(lái)源：金智創(chuàng)新研究中心)

(2)國(guó)內(nèi)企業(yè)SMC產(chǎn)品輕量化有待提升，功能性產(chǎn)品達(dá)世界先進(jìn)水平。在輕量化方面，出產(chǎn)的主流SMC產(chǎn)品多為傳統(tǒng)材料構(gòu)成，比重在1.5左右，部分企業(yè)如同創(chuàng)復(fù)合材料有限公司產(chǎn)品比重已達(dá)到1.3，與國(guó)外相比還有較大提升空間;在材料改性方面，目前國(guó)內(nèi)部分企業(yè)通過(guò)改性樹(shù)脂來(lái)獲取增強(qiáng)SMC材料，如華昌聚合物主要通過(guò)使用乙烯基酯樹(shù)脂等改性樹(shù)脂，替換傳統(tǒng)的不飽和聚酯樹(shù)脂，再搭配不同的比例的材料獲取不同的SMC增強(qiáng)材料，其自主開(kāi)發(fā)MFE系列樹(shù)脂中，752型號(hào)采用高強(qiáng)乙烯基酯樹(shù)脂，增加了基體承受玻璃纖維量的程度，使玻璃纖維的量可達(dá)樹(shù)脂量的300～400%，具有很高的強(qiáng)度，是較好的結(jié)構(gòu)型SMC; 756型號(hào)采用酚醛環(huán)氧樹(shù)脂接枝酸酐改性，具有很高的耐熱性、耐腐蝕性，該樹(shù)脂技術(shù)處于國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平。

表2 華昌聚合物不同類(lèi)型SMC產(chǎn)品組分構(gòu)成

單位：質(zhì)量份

備注：MFE751為加入橡膠彈性體的不飽和樹(shù)脂;MFE752為高強(qiáng)乙烯基酯樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂;MFE756為酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹(shù)脂。

(來(lái)源：金智創(chuàng)新研究中心)

更換填料材質(zhì)或玻璃纖維氈是輕量化的發(fā)展方向

目前國(guó)內(nèi)部分企業(yè)在SMC材料的增強(qiáng)性能上處于國(guó)際先進(jìn)水平，但在材料的相對(duì)密度比重上與國(guó)外相比還有較大提升空間，通過(guò)與國(guó)外輕量化的先進(jìn)技術(shù)對(duì)比，將填料中的CaCO3更換為更輕的?；⒅?，以及將玻璃纖維氈替換為較輕的碳纖維是SMC材料輕量化的發(fā)展方向。

結(jié)語(yǔ)

SMC質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、易加工成型，可分為通用型、結(jié)構(gòu)型和功能型三類(lèi)，可替代車(chē)身的部分鋼鋁部件，是汽車(chē)輕量化的主流方向之一。目前國(guó)外SMC產(chǎn)品的輕量化程度高，相對(duì)密度比重可達(dá)1.2，而國(guó)內(nèi)在1.5左右;國(guó)內(nèi)通過(guò)更換改性樹(shù)脂的方式，提高了材料的強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕等增強(qiáng)性能，功能型材料達(dá)先進(jìn)水平;通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外輕量化技術(shù)，在SMC組分中更換更輕的填料，以及用碳纖維替換玻璃纖維氈是未來(lái)SMC材料輕量化發(fā)展的方向。