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SMC模压制品应用领域

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-06-16  来源:www.frpapp.com  浏览次数:52
核心提示:树脂基复合材料也称纤维增强塑料,是技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体,经复合而成。以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业,在我国不科学地俗称为玻璃钢。广泛运用在航天航空、汽车工业、铁路车辆、建筑工程、电气通讯、等领域。
  树脂复合材料(Resin Matrix Composite)也称纤维增强塑料(Fiber Reinforced Plastics),是技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体,经复合而成。以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业,在我国不科学地俗称为玻璃钢。广泛运用在航天航空、汽车工业、铁路车辆、建筑工程、电气通讯、等领域。

  1.在航天航空中的应用

  树脂基复合材料于1932年在美国出现,1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机的雷达罩,其后不久,美国莱特空军发展中心设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机,并于1944年3月在莱特-帕特空军基地试飞成功。1946年纤维缠绕成型技术在美国出现,为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。1949年研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面光洁,尺寸、形状准确的复合材料模压件。1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功,并制成直升飞机的螺旋桨。60年代在美国利用纤维缠绕技术,制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体,为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。在此期间,玻璃纤维-聚酯树脂喷射成型技术得到了应用,使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。1961年片状模塑料(Sheet Molding Compound, 简称SMC)在法国问世,利用这种技术可制出大幅面表面光洁,尺寸、形状稳定的制品,如汽车、船的壳体以及卫生洁具等大型制件,从而更扩大了树脂基复合材料的应用领域。1963年前后在美、法、日等国先后开发了高产量、大幅宽、连续生产的玻璃纤维复合材料板材生产线,使复合材料制品形成了规模化生产。拉挤成型工艺的研究始于50年代,60年代中期实现了连续化生产,在70年代拉挤技术又有了重大的突破。在70年代树脂反应注射成型(Reaction Injection Molding, 简称RIM)和增强树脂反应注射成型(Reinforced Reaction Injection Molding, 简称RRIM)两种技术研究成功,现已大量用于卫生洁具和汽车的零件生产。1972年美国PPG公司研究成功热塑性片状模型料成型技术,1975年投入生产。80年代又发展了离心浇铸成型法,英国曾使用这种工艺生产10m长的复合材料电线杆、大口径受外压的管道等。从上述可知,新生产工艺的不断出现推动着聚合物复合材料工业的发展。

  进入20世纪70年代,对复合材料的研究发迹了仅仅采用玻璃纤维增强树脂的局面,人们一方面不断开辟玻纤-树脂复合材料的新用途,同时也开发了一批如碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强材料,并使用高性能树脂、金属与陶瓷为基体,制成先进复合材料。这种先进复合材料具有比玻璃纤维复合材料更好的性能,是用于飞机、火箭、卫星、飞船等航空航天飞行器的理想材料。

  自从先进复合材料投入应用以来,有三件值得一提的成果。第一件是美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机--里尔芳2100号,并试飞成功。第二件是采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机,这架航天飞机用碳纤维/环氧树脂制作长18.2m、宽4.6m的主货舱门,用凯芙拉纤维/环氧树脂制造各种压力容器。在这架代表近代最尖端技术成果的航天收音机上使用了树脂、金属和陶瓷基复合材料。第三件是使用了先进复合材料作为主承力结构,制造了这架可载80人的波音-767大型客运飞机,不仅减轻了重量,还提高了飞机的各种飞行性能。复合材料在这几个飞行器上的成功应用,表明了复合材料的良好性能和技术的成熟,这对于复合材料在重要工程结构上的应用是一个极大的推动。

  目前空间用复合材料基体主要采用环氧树脂。此外,国外以复合材料取代金属制造空间飞行器(卫星、空间站、航天飞机等)构件目前已取得一定程度的应用。
    碳纤维复合材料在空间技术上的应用,国内也有成功范例,如我国的第一颗实用通信卫星应用了碳纤维/环氧复合材料抛物面天线系统;第一颗太阳同步轨道“风云一号”气象卫星采用了多折迭式碳纤维复合材料刚性太阳电池阵结构等。

  随着航空航天工业的迅速发展,对材料的要求也日益苛刻,一个国家新材料的研制与应用水平,在很大程度上体现了一个国家的国防和科研水平,因此许多国家都把新材料的研制与应用放在科研工作的重要地位。

  2.在汽车工业中的应用

  我国复合材料的研究和开发始于1958年,但复合材料进入汽车工业则比较迟缓,尤其是大批量、标准化应用的历史更短。

  在20世纪80年代后期到20世纪90年代末,“全塑中华汽车”的概念虽然曾经在国内汽车界轰动一时,但终究由于质量较差不能满足汽车工业的要求而半途夭折。此后,国内陆续有一些汽车厂开发过全复合材料车身的客车车型,主要的工艺手段为手糊工艺,但都没有形成工业化大生产的局面。

  随着以切诺基、依维柯、斯泰尔和桑塔纳等各类引进车型在中国的陆续投产,中国的汽车工业才真正开始引入和接触到与国际水平较为接近的塑料件和复合材料新技术。同时,中国汽车复合材料的历史也开始有了实质的起步,迎来了以消化吸收为主要目标的新的发展时期,并在实践中逐渐获得了中国汽车工业的认可。树脂基复合材料作为一种新型的轻量化材料,正日益成为汽车制造业中的新宠。特别在小批量车型应用领域,它可谓一枝独秀,成为汽车制造商开发新车型的首选材料。

  经中国汽车复合材料企业成功消化吸收并获得国产化应用的范例有:1996年,南京依维柯汽车有限公司的IVECO小客车SMC前保险杠由北京汽车玻璃钢制品总公司国产化供货;2000年,北京吉普汽车有限公司的切诺基吉普车SMC后举升门由北京汽车玻璃钢制品总公司国产化供货(如图4所示);2003年,中国重型汽车公司的斯泰尔王重卡SMC保险杠、面板等14种零部件由山东武城新明玻璃钢制品有限公司国产化供货;2004年,上海通用汽车有限公司的别克凯越车型GMT成套后座椅靠背骨架由上海耀华大中新材料有限公司国产化供货;2005年,上海通用汽车有限公司的别克GL8车型GMT前保险杠缓冲器支架由无锡吉兴汽车内饰件有限公司国产化供货;2006年,上海大众汽车有限公司的POLO、B5轿车GMT发动机底护板由上海耀华大中新材料有限公司国产化供货;2006年,一汽大众汽车有限公司的宝来车型GMT前端框架由长春英利汽车部件有限公司国产化供货;2006年,一汽大众汽车有限公司的宝来车型D-LFT车底部护板由长春英利汽车部件有限公司国产化供货;2006年,上海大众汽车有限公司的途安车型G-LFT前端框架由长春英利汽车部件有限公司国产化供货;2007年,一汽大众汽车有限公司的迈腾车型GMT备胎仓由长春英利汽车部件有限公司国产化供货。

  对汽车工业来说,复合材料的回收是一个具有战略意义的问题。现在,人们已经解决了热塑性汽车复合材料的回收问题,同时明确了热固性复合材料属于可回收材料的范围。

  目前,世界上回收热固性汽车复合材料的方法主要有3种:
   ①通过焚烧回收热能;
   ②通过热降解回收可燃油和可燃气体;
   ③通过物理粉碎法重新生成玻纤、填料和固化树脂的混合物。其中,物理粉碎法是得到了广泛认同的、最为经济和方便的回收技术。当然,不可否认的是,对热固性汽车复合材料的回收仍然存在着一些问题,如:聚合物无法再次熔融和加工,增强纤维和填料的种类复杂而难以区分,回收物的经济价值不高等。为此,世界各国汽车复合材料业仍在努力,并不断取得新的进展。例如,意大利FIAT汽车公司建立了一种SMC的回收体系,即将SMC粉粹至粒径小于50μm的粉末后,用作PVC汽车底漆的填料。初步计算结果显示,如果每辆汽车平均使用7kg的PVC底漆,其中矿物填料为3kg,那么每辆新车可消耗大均2.5kg的SMC粉末,其所带来的经济效益不容忽视。此外,在欧洲,由复合材料企业发起组成了ERCOM复合材料回收股份公司的联盟组织,目的是在欧洲范围内开展SMC废弃物的收集和回收工作,取得了很好的社会和经济效益。其具体做法是:

  设立SMC废弃物收集网点,并通过ERCOM移动式破碎系统为这些网点提供服务。这些经破碎压缩后的废料最终被运回ERCOM回收工厂进行处理。
  与相关工厂合作,建立汽车复合材料部件的拆卸工厂。
  不断完善相关的拆卸标准,推动标准的实施,保证回收物的质量。
  建立健全对回收物和SMC部件的质量管理体系。
  建立实验室,对采用SMC回收物生产的部件进行测试和检查,确保产品的质量安全。
  与欧美发达国家相比,中国汽车复合材料的应用历史很短而且发展缓慢,技术水平低下,其原因是多方面的。首先,在计划经济时代,复合材料隶属于建材行业。由于行业之间缺乏交流,导致了中国的汽车工业一直以来就缺少复合材料这种技术资源。其次,中国复合材料行业从材料到工艺到装备一直以来都没有形成一个高水平的、完整的工业生产体系,难以满足汽车工业发展的需求。改革开放以来,中国的汽车复合材料迎来了千载难逢的发展机遇。特别是自2000年以来,汽车复合材料的需求量每年以20%~30%的速率快速增长,其中长纤维增强热塑性复合材料的增长速度更快。在中国汽车工业快速发展的过程中,轻量化、低油耗、高安全、减少污染以及降低制造和使用的综合成本等日益成为汽车业界的共识,这无疑为轻质、高强、成本低廉及综合性能优异的复合材料提供了前所未有的市场机遇。可以肯定,中国的汽车复合材料将迎来崭新的发展时期。

  目前,在汽车制造中大量采用SMC材料,涉及到轿车、客车、火车、拖拉机、摩托车,以及运动车、农用车等所有车种,主要应用部件包括以下几类:
   ①悬架零件:前后保险杠,仪表板等。
  ②车身及车身部件:车身壳体、硬壳车顶、地板、车门、散热气护栅板、前端板、阻流板、行李舱盖板、遮阳罩、翼子板、发动机罩、大灯反光镜。
   ③发动机盖下部件:如空调器外壳、导风罩、进气管盖、风扇导片圈、加热器盖板、水箱部件、制动系统部件,以及电瓶托架,发动机隔音板等。
  ④车内装饰部件:门内饰板、车门把手、仪表盘、转向杆部件、镜子边框、座椅等。
  ⑤其他如泵盖等电气部件,以及齿轮隔音板等驱动系统零件。其中,尤以保险杠、车顶、前脸部件、发动机罩、发动机隔音板、前后翼子板等部件最重要,产量最大。

    3.在铁路车辆中的应用

  FRP在铁路车辆中的应用已有40年的历史,尤其在世界各国的高速列车、高等级列车和地铁方面的发展中,FRP的应用日趋广泛,遍及了内燃机车、电气机车、单轨车、悬浮列车、客车、货车、冷藏车、槽罐车等各种车辆。此外,轨道上、信号系统等也也大量采用了FRP材料。

  随着铁路工业发展,人们对轻量化、使用寿命、费用和破坏值等问题的重要性的认识越来越深,使FRP在铁路车辆的制造和修复过程中越来越多地采用并取代钢铁、铝等传统金属材料,FRP的耗量逐年稳步增加,而SMC以优越的工艺性与材料特性成为许多场合的首选材料。当前,SMC在铁路车辆中的应用主要包括:铁路车辆窗框、卫生间组件、座椅、茶几台面、车厢壁板与顶板等。

  主要包括:铁路车辆窗框、卫生间组件、座椅、茶几台面、车厢壁板与顶板等。

  4.在建筑工程中的应用

  化学建筑材料是继混凝土,钢材,木材之后发展最为迅速的第四大类新型建筑材料,由于它具有节能,自重轻,耐水,耐化学腐蚀,外观美艳,加工安装方便诸优点。广泛用于国民经济各部门。1994年,美国合成树脂用于建筑方面的占20。2%。德国合成树脂用于建筑的占21%,日本占10。1%。我国合成树脂用于建筑方面军的还不到7%。

  在鉴于此,我国自80年代初就开始有领导,有组织,有计划地组织开发,生产和推广化学建材,1981~1992年,在国家科委领导下,由原化工部,轻工部,建材部,建工总局和中国石化总公司共同组成了化学建材协调组,全面推动这项工作,主要是打好基础,制订科技发展规划,确定主攻方向,组织科技攻关,引进并建立生产装置,安排原材料配套,开展工程推广试点,总结应用技术。

  随着我国经济建设的持续,快速发展,城乡住宅建设,市政基础设施建设规模很大,塑料建材不仅能大量代钢,代木,而且有许多优于钢材,铝 材,木材,以及传统材料的性能,可以显著节约能源,保护生态环境,改善居住环境和条件,提高建筑功能,有较好的防腐蚀性能,自重轻,施工方便,塑料是节能型材料,它既能节约生产能耗,更能节约使用能耗。以单位生产能耗计算,塑料仅分别为钢材和铝 材的四分之一和八分之一,在采暖地区采用塑料窗代替普通金属窗,可节约暖能耗30%~50%,塑料给水管替代金属管水节能达50%,节能效益十分显著。例如:①水箱;②淋浴用品:主要产品有浴缸、淋浴间、洗池、防水盘、坐便器、化妆台等,特别是浴缸,整体浴室设备给水槽等;③净化槽 ;④建筑模板;⑤储存间构件;⑥高分子树脂模压井盖等。


  5.在电子工业与通讯工程中的应用 

   ⑴电子工业中的应用

  制造电子,电气设备各种元器件的材料除了机械强度,耐温,易成型等基本要求外,对电性能的要求因用途不同而差异很大。电子工业中大量的塑料用作绝缘材料,希望在高温,高频下的绝缘电阻高而介电性能稳定,对有电磁波发射的电子设备既要不让电磁波射向周围环境,又要阻隔外界电磁波对电子设备正常工作的干扰,所以需要一种有一定导电性的塑料来传导和屏蔽电磁波,塑料的一大优点是质量轻,易加工,但因是高分子化合物均有不导电性,但若能从组成或分子结构上作改进赋予良好的导电性则对电子设备的轻巧和功能的延伸是一种新颖材料;有一定磁场强度的磁性塑料能代替天然的磁铁,也是电子工业所追求的新材料。因此把具有绝缘,屏蔽,导电,导磁功能的塑料在电子工业中的应用进行罗列和分析,对材料的生产者是一种促进,对材料的使用者是一种互通和借鉴。 

   ⑵通讯工程中的应用

  属于高科技领域的现代通讯产业缺少不了轻质,透明,坚韧,又绝缘的塑料,可以说新型的绝缘线缆,通讯电缆和光缆,光盘等光记录材料以及诸如移动电话,传真机,复印机,电脑打印机等通讯用办公设备的迅速发展,是在近年来各国对通用塑料,工程塑料及其合金塑料进行了大量深入的研究,开发出一系列能满足不同通讯器材上所要求的特殊性能之塑料之后才实现的。例如:①电器罩壳:包括电器开关盒、电器配线盒、仪表盘罩等;②电器原件与电机部件:如绝缘子、绝缘操作工具、电机风罩等;③电子工程应用:如电子机器的印刷电路板等;④通讯设备应用:电话亭、电线电缆分配箱等。

  6.其它应用

  近年来随着树脂品级的提高和加工工艺的创新,赋予了塑料新的功能,拓展出许多新的用途,通过不同的途径使塑料内含有大量的微孔就能赋予它分离,吸水,吸油的功能,大量的微孔还使这类制品成为塑料与空气的复合物,在绝缘,隔热,透气,阻水,低介电等性能方面开拓出新的应用领域,成为国民经济发展中不可缺少的新材料。例如:①座椅;②集装箱;③电杆夹套;④工具锤柄和铲柄;⑤餐饮用具: 如:洗菜池、微波炉餐具、碗、碟、盘等食品容器。
 
关键词: SMC模压 玻璃钢
 
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