1、概況
玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯塊狀模塑料是70年代初發(fā)展起來的新型熱固性材料。美國稱其為塊狀模塑料(BMC)，英國和歐洲入稱之為團(tuán)狀模塑料(DMC)，日本則稱之為預(yù)混料(PMC)。BMC是由高活性不飽和聚酯樹脂或其改性樹脂為基體，加入低收縮樹脂、短切玻璃纖維、無機(jī)填料和改發(fā)劑、脫模劑、顏料等預(yù)混而成的團(tuán)狀模塑料。這類模塑料具有較好的加工性能，其制品強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定、耐電弧、耐漏電、耐熱和耐化學(xué)浸蝕。BMC可用壓縮塑、傳遞模塑和注射模塑等方式成型，它是酚醛塑料和三聚氰胺塑料升級(jí)換代的新型熱固性材料。BMC問市之初，其主要應(yīng)用領(lǐng)域在低壓電器方面，1973年全世界BMC總產(chǎn)量為3.62萬噸，其中電器方面用量高達(dá)2.62萬噸，占73%。隨著BMC制造技術(shù)和提高，高品級(jí)的BMC產(chǎn)品開始進(jìn)入汽車工業(yè)，1990年美國1979型轎車SMC/BMC的計(jì)劃用量達(dá)13萬噸。
我國BMC生產(chǎn)技術(shù)的真正開始于80年代初。當(dāng)時(shí)，為使國產(chǎn)電器自動(dòng)空氣開關(guān)在短期內(nèi)趕上國際水平，上海華通開關(guān)廠從美國西屋公司引進(jìn)了100～3000A全系列53個(gè)型號(hào)塑殼開關(guān)的制造技術(shù)、浙江嘉興電控廠從日本引進(jìn)了寺崎公司船用斷路器制造技術(shù)等，以解決我國電器基礎(chǔ)無件長期來無法為低壓輸配電等電器配套的問題。而上述引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品之塑料殼均需采用BMC類材料，否則產(chǎn)品就無法進(jìn)入國際市場。因此，1983年上海市經(jīng)委組織5個(gè)單位協(xié)作攻關(guān)，研制BMC，終獲成功。1986年上海市合成樹脂研究所建成500噸/年BMC生產(chǎn)車間，上海曙光化工廠也相繼建成了BMC生產(chǎn)裝置，頓時(shí)全國即有幾十個(gè)電器設(shè)備生產(chǎn)單位采用了國產(chǎn)BMC生產(chǎn)低壓斷路器外殼、船用塑殼自動(dòng)開關(guān)、離心開關(guān)等各種絕緣件。1987年哈爾濱絕緣材料廠等3個(gè)單位又聯(lián)合引進(jìn)了英國的BMC生產(chǎn)技術(shù)。至今我國BMC生產(chǎn)廠已多達(dá)四、五十家，其產(chǎn)品大部分用于電器領(lǐng)域。而在汽車工業(yè)上的應(yīng)用為數(shù)尚少。本文著重介紹BMC在汔車工業(yè)上的應(yīng)用，尤其是BMC用于汽車前照燈反射鏡的情況。
2、BMC的制備與性能
前面已敘述過BMC是由樹脂、玻璃纖維、無機(jī)填料和有關(guān)助劑預(yù)混而成的。其典型配方如下：
高活性不飽和聚酚樹脂 20～30%
低收縮樹脂 5～20%
短切玻璃纖維 10～25%
無機(jī)填料 40～60%
另加少量引友劑、脫模劑、顏料等助劑。
BMC中所采用的不飽和聚酚樹脂是由二元醇與飽和二元酸、不飽和二元酸縮合而成的，縮合完成后，將其溶于交聯(lián)單體苯乙烯中，苯乙烯可以與不飽和聚酯交聯(lián)，形成一個(gè)熱固性體形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，給BMC帶來高強(qiáng)度。BMC組成中低收縮樹脂，一般是采用與不飽和聚酯樹脂不相容的熱塑性樹脂，它可降低BMC的收縮率。選擇高體膨脹系數(shù)的熱塑性塑料或改性橡膠可使BMC的收縮率降低為零收縮(即收縮率＜0.05)。BMC組成中含有約50％的無機(jī)填料，可降低BMC的成本，也可降低BMC的收縮率。短切玻璃纖維均勻地分散在BMC材料中，與不飽和聚酯樹脂有很好的結(jié)合力，使BMC有更高的機(jī)械強(qiáng)度。
BMC的性能不但受其組分、配比、制備工藝的影響，而且和不飽和聚醋樹脂的類別、生產(chǎn)工藝有關(guān)。例如采用間苯二甲酸生產(chǎn)的不飽和聚醋樹脂比采用鄰苯二甲酸生產(chǎn)的樹脂有更好的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性。如果使用乙烯基樹脂，其效果更好好。
3、汽車工業(yè)用BMC產(chǎn)品的開發(fā)
3.1、國外汽車用BMC產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，新材料的開發(fā)步伐日益加快，在國外BMC已廣泛地應(yīng)用于汽車制造業(yè)。據(jù)報(bào)道，BMC已被用于制造多種發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)電氣部件，如點(diǎn)火線圈、分電器蓋等；用于生產(chǎn)汽車前玻璃窗壓條、汽車前檔板、遮陽篷頂部件及百葉窗等；Porsche公司以BMC取代鋁合金制造汽車油池蓋；BIP和Automotive公司采用經(jīng)過改良的小玻璃纖維增強(qiáng)系統(tǒng)提高產(chǎn)品強(qiáng)度，成功地將BMC用于汽車進(jìn)氣歧管；1988年德國將BMC用于汽車前照燈獲得成功。
3.2、BMC用于汽車前照幻反射鏡的研究
現(xiàn)代汽車工業(yè)對(duì)汽車前照燈的質(zhì)量要求越來越來嚴(yán)格，汽車前照燈既要達(dá)到在自身高速行駛期間提供較遠(yuǎn)前方(200米左右)的視認(rèn)條件，又要做到不使對(duì)方司機(jī)或行人有任何眩目反應(yīng)，這就要求汽車前照燈實(shí)現(xiàn)扁平化、異形化和輕量化。這是因?yàn)榫匦蔚钠嚽罢諢舴瓷溏R在相同的高度空間內(nèi)，比圓形的反射鏡有更大的面積利用系數(shù)，發(fā)射的光通量較大；而異形燈如成型精度高的多拋物面反射鏡，可使前照燈的配光性能得到很大改善。用金屬薄板制造矩形乃至異形反射鏡時(shí)會(huì)遇到很大困難，而用BMC塑料則能解決上述難題。
BMC模塑料可利用各種模具方便地制成各種形狀的燈具，且成型周期短、成本低、較易形成規(guī)模化生產(chǎn)，因此較金屬薄板易于實(shí)現(xiàn)扁平化、輕量化、異形化。同時(shí)，BMC能經(jīng)受住近200℃的長期高溫工作條件而保持尺寸穩(wěn)定，具有微觀不平整度小于0.25微米光學(xué)精度的平滑模壓表面，成型收縮率可趨向零收縮，從而保證了其模壓制品具有符合光學(xué)特性的精確成型曲面，因而己成為制造汽車前照燈反射鏡的理想塑料材料。國外一些主要車燈廠商早在十余年前已將BMC模塑料用于車燈反射鏡，世界著名的汽車燈具制造商德國Bosch公司燈具部僅1987年一年就生產(chǎn)了300萬只BMC塑料反射鏡汽車前照燈。表1列出金屬反射鏡前照燈與等效的塑料反射鏡前照燈在典刑制備工藝條件下的指標(biāo)對(duì)照情況。
表1
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項(xiàng)目 |
金屬燈 |
塑料燈 |
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元件數(shù)(個(gè)) |
70 |
52 |
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制造工序數(shù)(個(gè)) |
20 |
15 |
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設(shè)備需要數(shù)(件1) |
42 |
15 |
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每只成品的相對(duì)勞動(dòng)量 |
100 |
68 |
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廢料(%) |
13.2 |
4.5 |
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制造周期(天) |
7 |
3 |
從表1可看出塑料反射鏡前照燈具有明顯的優(yōu)越性。它給工廠帶來了直接收益，同時(shí)也有明顯的社會(huì)效益。
因此，江蘇省丹陽市燈具廠在中標(biāo)試制天津汽車工業(yè)公司的夏利轎車前燈的比候，大膽地選擇走試制國產(chǎn)塑料前大燈BMC反射鏡的道路。夏利轎車前人燈反射鏡是日本小系公司1986年的產(chǎn)品、由BMC注射成塑，它與我國已引進(jìn)的日本五十鈴系列輕型載貨汽車前照燈屬同類型產(chǎn)品。丹陽市燈具廠在開發(fā)夏利車燈的同時(shí)，還著眼于為五十鈴汽車配套，因此在制定產(chǎn)品指標(biāo)時(shí)高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，該廠毅然引進(jìn)了BMC成型專用注射機(jī)，在國外加工了高精度模具，同時(shí)與上海合成樹脂研究所建立了緊密的合作關(guān)系。上海合成樹脂研究所的科研人員經(jīng)過幾十次試驗(yàn)攻克了組分、配方、工藝等一個(gè)個(gè)難關(guān)，并多次將試樣送到國外注射機(jī)上做實(shí)地試驗(yàn)，終于研制出性能合格的零收縮BMC，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。在此基礎(chǔ)上，樹脂所與丹陽燈具廠密切合作，開展了注射成型工藝的試驗(yàn)，經(jīng)過幾年的共同努力，終于使國產(chǎn)BMC反射鏡的質(zhì)量逐步接近國外先進(jìn)水平、并在丹陽市燈具廠創(chuàng)建了300噸／年汽車燈用BMC生產(chǎn)車間。
表2電器級(jí)和車燈反射鏡用BMC模塑料性能指標(biāo)
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指標(biāo)名稱 |
電器級(jí)BMC |
國內(nèi)車燈反射鏡BMC |
意大利公司車燈用BMC |
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外觀 |
無裂縫,光亮平整,危澤均勻,無縮孔 |
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比重g/cm3 |
1.8～2.0 |
1.8～1.9 |
1.75 |
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成型收縮率% |
0.1～0.3 |
<0.05 |
0.005 |
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吸水性mg/cm2 |
0.2～20 |
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彎曲強(qiáng)度Mpa |
>78.5 |
>78.5 |
85 |
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沖擊強(qiáng)度KJ/m2 |
>20 |
>20 |
38 |
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熱變形溫度℃ |
>230 |
>200 |
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體積電阻系數(shù)Ω.cm |
1014 |
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介電強(qiáng)度Kv/mm |
>10 |
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耐電弧性S |
>180 |
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耐漏電性v |
CTI值600 |
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起痕指數(shù),級(jí) |
V-0 |
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阻燃性(UL-94),級(jí) |
V-0 |
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著火危險(xiǎn)性℃ |
>960 |
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