8　模塑料技术的新进展

　　随着制品应用领域的扩大模塑料技术进展很快，主要是SMC制品品种和生产工艺不断获得新的成功，表现在以下两个方面。
　　①低压成型的SMC的出现，使设备与模具投资大为下降。
　　②高性能及特异性能的SMC品种不断增加，如高强度、高玻璃纤维含量SMC，各向异性SMC，韧性SMC及低密度SMC与BMC等，满足了各种特定的使用要求。

　　8.1　低压模塑料

　　SMC一般要求模压成型压力为3.5～7MPa。制品构形复杂程度不同，压力要求也不同，这就要求有耗费较高的压机和昂贵的模具。美国欧文思-康宁玻璃纤维公司开发了一种低压SMC，称为二号SMC。与普通SMC相比，其成型黏度大幅度下降，这样就使大型部件生产所需的模具与设备投资大幅度减少，甚至用低压接触成型的压机也可生产SMC制品，其要求压力仅为0.7～2.1MPa。与二号SMC的低黏度相比，普通的SMC非常黏，无法操作，但二号SMC却不粘手，成型时纤维也不会析出。图16-42为两种SMC的稠化曲线对比，二号SMC制品的力学性能也与普通SMC相当，其对比见表16-15。

　　这种二号SMC可广泛用于汽车、家具以及建筑等方面。

　　8.2　定向纤维SMC(XMC)

　　XMC为不含填料的SMC，玻璃纤维含量65％～75％(质量分数)。玻璃纤维是按交叉带式高度定向排列的，交叉角约20°，使SMC具有强烈的各向异性。XMC采用一个芯轴用纤维缠绕法制造，达到要求的厚度时即从芯轴上割开取下进行熟化或稠化成皮革状。增稠剂也是普通所用碱土金属氧化物或氢氧化物，也可用紫外线或热来激活。
　　在装填模具时，要按规定方向铺平，在模压时可能发生垂直方向的流动约10％～15％，合模时间约5～15s，压力为5～5.6MPa。
　　这种材料主要用于工程结构，要求承受力并减轻质量的场合。

　　8.3　高强度SMC

　　欧文思-康宁公司开发了两种高强度SMC，一种是用高含量的短切纤维铺毡；另一种是用短切纤维与连续纤维的混合毡增强，其趋向是采用随机分布而高纤维含量为主。主要是因为引入的连续纤维分布对模塑料流动性有不同的影响。图16-43为3种纤维分布对模塑料流动性影响的情况。

　　(1)随机分布的短纤维结合定向的连续无捻粗纱(C-SMC)[图16-43(b)]这种SMC可用普通的SMC成型机进行生产。只是在机器上附加一个放出连续无捻纱并给以适当张力的装置，紧跟在短切机后面将连续纱引入毡层，连续纱即置于短切毡的顶部。C-SMC的力学性能有很大改进，只加很少比例的连续纱就可使纵向弯曲强度与冲击强度显著增大，见表16-16。由表16-16可见，增加8％的连续纱可以使弯曲强度增大1倍，冲击强度增大1倍多。但在垂直于连续纤维的方向上力学性能都有下降。由于C-SMC在模压成型中流动性受到限制，故只能用于形状较简单又有要求较高的纵向强度的制品，例如汽车减震器等。

　　(2)随机分布的短纤维结合定向的较长的短纤维(O-SMC)[图16-43(c)]这种SMC也可以在普通SMC成型机上生产，只要安装一个切割较长纤维(200mm)的装置，使纤维落于短纤维毡上，而传送带的运动可使长纤维束自然按纵向排列。这种(O-SMC可以在保留C-SMC强度特点的同时适当改善纵向的流动性，使材料的各向异性有所减轻，其纵向强度比C-SMC只减少10％左右，而纵向流动性却有很大改进。定向短纤维的长度对O-SMC的性能影响很大，长度增加到300mm时纤维的作用已和连续纤维相似，见表16-17。

　　O-SMC的流动性比C-SMC有很大改进，但比随机分布的R-SMC差。因此在往模具中装料时，R-SMC只要覆盖模腔面积的40％～60％即可成型，而O-SMC则要覆盖75％、C-SMC则要覆盖100％才能成型。

　　(3)随机分布的短纤维(R-SMC)[图16-43(a)]  R-SMC纤维含量高，一般在50％～70％，其力学性能大大优于普通的SMC，见表16-18。这种高纤维含量的R-SMC受到了很大的重视，对其纤维含量、填料含量变化对力学性能及流动性能的影响进行了系统的研究。对浆料配方也进行了多方面研究，为了使玻璃纤维浸透，树脂黏度应为0.5Pa・s左右。普通SMC树脂黏度为1～2.5Pa・s，起始树脂好通过加苯乙烯以及减少不挥发的固体树脂含量(由70％降到60％)的办法来降低黏度。如降低树脂分子量会产生脆性的、不可延伸的树脂。树脂的稠化性能也很重要，因为填料量少，成型黏度为(15～25)×10³Pa・s。黏度超过此值会降低流动性，造成成型困难；黏度低于此值会造成材料发黏，无法操作。适宜浆料的稠化曲线见图16-44。其短时间稠化性能要求在30min内，在环境温度下黏度不应升到0.8Pa・s以上。

　　应选用回弹性好的树脂，可以产生较好的力学性能。对玻璃纤维要求严格，不能用硬挺的浸润剂被覆纤维，因模压时会使树脂析出，因填料含量少，这一点和普通SMC相反。应选用软质的无捻粗纱。而且在切割机前可以按丝带分裂器使纤维分开。短切纤维长度25mm为宜，玻璃纤维高含量可达70％，但为保证纤维能被树脂浆料浸透，还是不超过65％为好。增稠剂类型及浓度主要取决于树脂及其他配方情况，因为浆料黏度低，故增稠剂的分散比较困难，应采用三辊研磨机或其他颜料分散设备先分散于一种不稠化的聚酯树脂中。
　　R-SMC价格很贵，可设法增加填料含量以降低成本。一般CaCO₃填料可加到40质量份(以树脂用量为100质量份计)而不会影响黏度为0.6～0.8Pa・s的树脂的浸透性能。结果可以提高冲击、拉伸、弯曲等性能，浆料黏度不应超过1.4Pa・s。为了减少R-SMC的固化收缩，可以加低轮廓添加剂。加入微粉化的聚乙烯和聚苯乙烯可以显著改善制品的表面状况。

　　8.4　其他特种SMC和特种BMC

　　一般SMC和BMC性脆，使其应用受到一定限制。随着SMC和BMC用树脂的发展，出现了韧性SMC和韧性BMC配方，采用这种树脂系统使SMC制品的拉伸与冲击性能大为提高。结果在生产操作过程中使破裂的制品减少，后道工序中削边及加工裂纹也大为减少。
　　为了进一步减轻模塑料制品的质量，又开发了一种低密度模塑料。一般SMC与BMC制品相对密度为1.7～1.9，采用合成泡沫填料后可使相对密度减为1 .2～1.4，其物理性能虽稍有下降，但流动性与成型性能比普通SMC更好，如采用微珠或空心微珠作部分填料时，更能实现低密度，而且对构形复杂的制品适应性强，模压压力下降，沉陷痕迹减少。