摘要：汽車零部件的產(chǎn)業(yè)化需要其具有快速成型的特點，片狀模塑料(SMC)片材通過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，是替代部分汽車車身和零部件，實現(xiàn)汽車輕量化的材料之一。本文通過對比國內(nèi)外產(chǎn)品的特點，簡析了未來國內(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，汽車工業(yè)的發(fā)展面臨著能源、污染兩大問題，節(jié)能減排成為汽車工業(yè)的重要課題。汽車整車質(zhì)量降低1%，油耗可減少0.7%，汽車輕量化是促成節(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，可替代部分車身部件

SMC片材在汽車上的應(yīng)用分為通用型、結(jié)構(gòu)型、功能型三類，其中通用型主要利用片材強度高、質(zhì)量輕的特性，適用于車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)上進一步加強了自身強度，可用于車身結(jié)構(gòu)件;功能型則強化自身耐高溫、防腐蝕、韌性等特性，可用于發(fā)動機機殼等高溫部件。

(1)通用型 SMC 片材質(zhì)輕強度高、易成型，用于替換部分車身鋼材部件。該類片材質(zhì)量輕、強度高、設(shè)計靈活、易成型，可用于替代車身的鋼制裝飾件和非承力結(jié)構(gòu)，減輕汽車零部件的重量。目前在汽車的內(nèi)裝飾板、儀表盤、車燈、車門內(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 片材強度、剛度高，用于替換部分車身承力結(jié)構(gòu)件。該類片材在組成材料中，樹脂基體采用高性能乙烯基酯樹脂和環(huán)氧樹脂，使其具有汽車結(jié)構(gòu)件所需的強度、剛度等力學(xué)性能，可用于車身框架，如汽車車身、底盤、保險杠、車門、車篷頂蓋、阻流板、翼子板、座椅骨架等。

(3)功能型 SMC 片材加強了耐高溫、防腐蝕、韌性等特性，用于替換部分特殊需求的車用部件。該類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用部件。如汽車發(fā)動機罩、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、天然氣氣瓶等對耐高溫性、耐濕熱性、防腐蝕性有較高要求，保險杠除對強度有要求外，還對韌性有一定需求。

國外輕量化比重可達1.2，國內(nèi)功能型材料達先進水平

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SMC研究機構(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，使比重進一步降至1.2，有些甚至達到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)國外企業(yè)SMC材料輕量化研究領(lǐng)先，量產(chǎn)產(chǎn)品相對密度比重達1.2。美國大陸結(jié)構(gòu)塑料公司(CSP)推出的TCA Ultra Lite型號材料采用?；⒅閬硖娲糠痔妓徕}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裝備，替代了黃貂魚轎跑(Corvette)的21個車身面板組件，包括門、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的車身重量。它還降低了整車的生產(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)世界各大車企(表1)。

表1 國內(nèi)外部分SMC材料生產(chǎn)企業(yè)和研究機構(gòu)

(來源：金智創(chuàng)新研究中心)

(2)國內(nèi)企業(yè)SMC產(chǎn)品輕量化有待提升，功能性產(chǎn)品達世界先進水平。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)品比重已達到1.3，與國外相比還有較大提升空間;在材料改性方面，目前國內(nèi)部分企業(yè)通過改性樹脂來獲取增強SMC材料，如華昌聚合物主要通過使用乙烯基酯樹脂等改性樹脂，替換傳統(tǒng)的不飽和聚酯樹脂，再搭配不同的比例的材料獲取不同的SMC增強材料，其自主開發(fā)MFE系列樹脂中，752型號采用高強乙烯基酯樹脂，增加了基體承受玻璃纖維量的程度，使玻璃纖維的量可達樹脂量的300～400%，具有很高的強度，是較好的結(jié)構(gòu)型SMC; 756型號采用酚醛環(huán)氧樹脂接枝酸酐改性，具有很高的耐熱性、耐腐蝕性，該樹脂技術(shù)處于國內(nèi)外先進水平。

表2 華昌聚合物不同類型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脂;MFE752為高強乙烯基酯樹脂或環(huán)氧樹脂;MFE756為酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂。

(來源：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

目前國內(nèi)部分企業(yè)在SMC材料的增強性能上處于國際先進水平，但在材料的相對密度比重上與國外相比還有較大提升空間，通過與國外輕量化的先進技術(shù)對比，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

SMC質(zhì)量輕、強度高、易加工成型，可分為通用型、結(jié)構(gòu)型和功能型三類，可替代車身的部分鋼鋁部件，是汽車輕量化的主流方向之一。目前國外SMC產(chǎn)品的輕量化程度高，相對密度比重可達1.2，而國內(nèi)在1.5左右;國內(nèi)通過更換改性樹脂的方式，提高了材料的強度、耐高溫、耐腐蝕等增強性能，功能型材料達先進水平;通過對比國內(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SMC材料輕量化發(fā)展的方向。