片状模塑料和团状模塑料

　　不饱和聚酯树脂在片状模塑料(SMC)与团状模塑料(BMC或DMC)中的应用是不饱和聚酯很重要的一类品种。它是随着聚酯的热压成型工艺而发展起来的。
　　1960年，联邦德国拜尔公司(Farbenfabriken Bayer Co．)先采用聚酯模塑料进行模压生产。以后逐渐推广到欧洲、日本、美国。模塑料的热压成型逐渐成为机械化、大规模生产定型产品的方法。
　　模塑料是不饱和聚酯制品的一种中间性材料，在这种材料中包含有热压成型所必需的树脂、填料、玻璃纤维、引发剂、增稠剂、内脱模剂等全部组分，并制成片状或团状。有了这种材料可使模压生产高速度进行。片状模塑料是短切玻璃纤维毡浸渍液态树脂浆料，经化学稠化而戚干片状的预浸料；团状模塑料是不饱和聚酯树脂、短切玻璃纤维、填料以及各种添加剂经充分混合而成的料团状预浸料。在欧洲t，BMC或DMC原是有区别的：DMC为普通常用的模塑料，称团状模塑料；BMC指以间苯二甲酸树脂为基础的改进型模塑料，称块状模塑料。在美国两者无区别，目前欧洲也倾向于统称为团状模塑料。   
　　20世纪60~70年代，BMC与SMC增长很快，促进了发达不饱和聚酯和玻璃钢的发展。20世纪70年代由于某些关键性技术问题得到解决，使这种材料有了进一步的发展。例如不饱和聚酯一般固化收缩率为5％～8％，使玻璃纤维暴露于制品的表面，而且制品尺寸偏差大，后加工量大，严重影响了产品的应用推广。20世纪60年代末期，产生了低收缩率树脂甚至零收缩树脂系统，其制品精确度高、纤维不外露、表面外观良好。经不断改进，在化学增稠方面也取得了进展，产品性能稳定，可以得到更坚硬或更柔软的树脂。随着SMC大量推广应用到汽车工业，又发展了低轮廓添加剂，解决了薄型、轮廓较平坦的制品因加强筋而造成的表面凹痕问题，使SMC在汽车工业中有了广泛的应用。至今各种模塑料产品品种仍在不断发展中。

　　1　组分与性能

　　1.1　通用模塑料所用聚酯组分
　　通用模塑料所用不饱和聚酯也是二元酸与二元醇缩聚而成的，在二元酸中有饱和二元酸和不饱和二元酸。其典型配方为：
　　顺丁烯二酸酐3mol    苯二甲酸酐1mol    丙二醇4.5mol
　　树脂配方随应用的不同而异。配方中二元醇主要是丙二醇，乙二醇也可用。如要求树脂有较好的耐化学性与耐热性时，可用改性双酚A和新戊二醇等。不饱和酸主要是顺丁烯二酸酐。如要求热变形温度高时，可用反丁烯二酸。饱和二元酸常用苯二甲酸酐或间苯二甲酸。间苯二甲酸可提高树脂的热变形温度和弯曲弹性模量。其他，如要求挠曲性能好时，用己二酸；要求阻燃时，可用四氯邻苯二甲酸酐、四溴邻苯二甲酸酐或菌氯酸(HET酸)。
　　在配方中，热压成型用树脂一般应采用中等反应性或高反应性的配方。邻苯二甲酸酐对顺丁烯二酸酐的摩尔比应为(1:2)～(1:3)。树脂的反应性可用固化过程中温度的增长速度来测定。
　　在SMC与BMC所用的聚酯合成中，大多采用两阶段反应，其工艺易于控制，产品性能更为稳定，与碱土金属氧化物及氢氧化物的稠化过程也易于控制。
　　缩聚反应所产生的分子链终端均为羧基，可以与增稠剂进一步反应而成线型分子链。其分子量很高，分子链相互缠绕可使树脂产生很大的黏度。这种HOOC――R―COOH分子中的羧端基极为重要，有任何微小的变动，都将造成稠化后SMC的黏度的较大波动。

　　1.2　SMC与BMC组分

　　SMC与BMC的组分包括聚酯、苯乙烯、玻璃纤维、填料以及各种添加剂(如引发剂、阻聚剂、增稠剂、内脱模剂等)。玻璃纤维承担力学性能的主要部分；填料可降低成本并改善树脂基料的黏度等性能，防止纤维在压型时发生分离或被滤出。
　　SMC和BMC在玻璃纤维及填料用量上有差别。SMC用玻璃纤维多，填料少，需用化学增稠剂，适于制成薄板形材料，并压制薄型产品；BMC用玻璃纤维少，填料多，一般不用增稠剂，适于制造立体型模压件。两种模塑料所用材料的区别见表16-1。

　　由于SMC与BMC的用料区别，使两者制品的性能不同，SMC制品的力学性能比BMC制品的高。
　　SMC与BMC的典型配方见表16-2。

　　1.3　制品力学性能

　　模塑料的性能随应用要求而不同，通过改变树脂配方、调节各种材料用量比倒以及采用辅助添加剂等方法，可以制得具有不同性能的品种。表16-3为部分SMC制品的性能实例。表16-4为部分BMC制品性能实例。

　　1.4　蠕变及疲劳性能

　　在长期负荷下模塑料制品存在蠕变现象，随着应力的上升，变形增大，但其蠕变比一般热塑性塑料要小得多。蠕变对环境温度有一定的敏感性，特别是玻璃纤维含量高时受温度影响更敏感，随着温度的上升，蠕变加大。有关SMC的静态蠕变曲线见图16-1。图16-1示出不同温度及玻璃纤维含量对蠕变的影响。
　　SMC制品的弹性模量随长期的交变负荷而下降，并对交变循环速率反应敏感。在表面出现裂纹之间，弹性模量下降可达50％，以致被破坏。图16-2为SMC在不同玻璃纤维含量以及不同温度下的疲劳曲线。

　　1.5　耐水及耐溶剂侵蚀性

　　模塑料制品在实际应用中经常会接触水、醇、矿物油、汽油等，特别是模塑料在汽车零部件中的应用推广，接触这类腐蚀性液体的机会增多，使用温度也有上升。模塑料制品的耐水性、耐溶剂侵蚀性主要取决于所采用的树脂性能。双酚A型聚酯树脂用在SMC与BMC制品中性能好，见图16-3与图16-4。

　　在实际使用中，将制品两面浸于水中是较少的，大多数是制品单面浸水。一般采用间苯二甲酸型聚酯可满足使用需要，不必选用价格较高的双酚A型聚酯。图16-5为间苯型SMC水煮后的强度变化，可见单面程泡比全浸泡强度下降少得多；水煮3周后强度可保留60％～80％；以后强度能维持稳定。

　　模塑料制品的耐汽油及耐油性是优良的。长期用这类溶剂煮泡时对力学性能影响很小。不同类型的树脂所制成的模塑料其煮泡试验效果与前述水煮试验结果相反。双酚A型SMC不如通用型SMC，间苯型好，见图16-6。将模塑料制品浸于碳氢化合物溶剂中，不会出现明显的起泡或裂纹，但将SMC制品浸于甲苯与二甲苯中时，会产生表面的侵蚀。极性溶剂对模塑料制品的侵蚀比碳氢化合物大些。模塑料制品不宜与含氯的溶剂接触，否则溶剂会迅速渗入而被侵蚀制品。

　　1.6　耐热性

　　许多应用场合要求模塑料制品耐热，例如上漆工艺要求耐热160℃，其他有些使用条件要求温度由-40℃到110℃。一般通用型SMC可长期耐热140℃，在140℃下放置两周，制品强度下降很少；高于140℃会使强度显著下降；超过180℃就不能使用。

　　1.7　电性能

　　SMC与BMC制品的电性能优良，特别是耐电弧性很好。有专门的模塑料配方适于电气方面的应用。其中填料具有重要作用。树脂也有一定影响，苯乙烯改性树脂电性能好，间苯二甲酸型比通用型树脂好。
　　聚酯模塑料的耐电弧性为190s左右，玻璃纤维含量高时降为130s。玻璃纤维增强环氧树脂与蜜胺甲醛树脂的耐电弧性为130～135s。聚酯模塑料的绝缘电阻比其他热固性材料好，但比环氧树脂玻璃钢差。电绝缘级的聚酯模塑料制品性能见表16-5。

　　1.8　热膨胀与尺寸稳定性

　　模塑料制品的热膨胀系数一般为(20～30)×10^-6／℃，且在较大温度范围内保持相对稳定，其线膨胀曲线见图16-7(钢的热膨胀系数为12×10^-6／℃)。各种类型的模塑料的热膨胀系数见表16-6。由于模塑料制品的热膨胀系数与钢、铝接近，因此放在替代钢材、铝材的应用场合较容易。

　　模塑料制品的尺寸稳定性随其使用条件的不同而不同。其耐潮湿性比某些热塑性塑料略差，耐油性能优良。

　　1.9　导电的SMC与导电的BMC

　　有些制品或零件要求有导电性能，如有些工艺控制设备或办公用设备规定表面电阻为1×10⁹Ω。有的制品要求对电磁辐射进行屏蔽，像汽车上的电子设备、日常用的微渡炉、荧光灯配件等。
　　为了减低模塑料制品的电阻，较经济的办法就是在填料中添加炭黑，加入量可达5％，表面电阻可在1×10¹⁵～1×10⁴之间调节。
　　但用炭黑还不能有效地屏蔽电磁发射。有效的方法是采用金属纤维以及沥青基的碳纤维布作增强材料。还有采用炭黑结合镀铝的玻璃纤维，可以产生极好的屏蔽效果。引入炭黑后制品变黑色。