简析国内SMC材料在汽车轻量化应用上的技术方向

　　摘要：汽车零部件的产业化需要其具有快速成型的特点，片状模塑料(SMC)片材通过模压工艺成型速度快、塑性灵活、力学性能、加工方便，在同等性能的情况下可减轻自重，是替代部分汽车车身和零部件，实现汽车轻量化的材料之一。本文通过对比国内外产品的特点，简析了未来国内SMC技术的发展方向。

　　由于当前节能环保的需要，汽车工业的发展面临着能源、污染两大问题，节能减排成为汽车工业的重要课题。汽车整车质量降低1%，油耗可减少0.7%，汽车轻量化是促成节能减排的主要方法之一，而使用SMC替换车身的钢铝部件则是轻量化的主流方向之一。

　　SMC片材分为三类，可替代部分车身部件

　　SMC片材在汽车上的应用分为通用型、结构型、功能型三类，其中通用型主要利用片材强度高、质量轻的特性，适用于车身的普通钢材及铝合金替代;结构型在通用型的基础上进一步加强了自身强度，可用于车身结构件;功能型则强化自身耐高温、防腐蚀、韧性等特性，可用于发动机机壳等高温部件。

　　(1)通用型 SMC 片材质轻强度高、易成型，用于替换部分车身钢材部件。该类片材质量轻、强度高、设计灵活、易成型，可用于替代车身的钢制装饰件和非承力结构，减轻汽车零部件的重量。目前在汽车的内装饰板、仪表盘、车灯、车门内把手、转向杆、引擎盖、顶盖、后备箱周边、地板等均有应用。

　　(2)结构型 SMC 片材强度、刚度高，用于替换部分车身承力结构件。该类片材在组成材料中，树脂基体采用高性能乙烯基酯树脂和环氧树脂，使其具有汽车结构件所需的强度、刚度等力学性能，可用于车身框架，如汽车车身、底盘、保险杠、车门、车篷顶盖、阻流板、翼子板、座椅骨架等。

　　(3)功能型 SMC 片材加强了耐高温、防腐蚀、韧性等特性，用于替换部分特殊需求的车用部件。该类片材性能主要由基体中的填料和玻璃纤维毡等决定，可替代耐高温、防腐蚀、高韧性等特殊要求的车用部件。如汽车发动机罩、齿轮箱壳体、齿轮箱罩、导风罩、水箱、风扇盖板、排水管接口、天然气气瓶等对耐高温性、耐湿热性、防腐蚀性有较高要求，保险杠除对强度有要求外，还对韧性有一定需求。

　　国外轻量化比重可达1.2，国内功能型材料达先进水平

　　2000年以前工业上应用的SMC材料比重约在1.8左右，近年来SMC研究机构及供应商在组分构成是传统材料的条件下，将材料比重下降到了1.4，而后采用更换填料或玻璃纤维毡的方式，使比重进一步降至1.2，有些甚至达到1.0或更低，其中比重1.2的产品已经投入商业化应用。

　　(1)国外企业SMC材料轻量化研究领先，量产产品相对密度比重达1.2。美国大陆结构塑料公司(CSP)推出的TCA Ultra Lite型号材料采用玻化微珠来替代部分碳酸钙填料，从而使材料的密度更轻。其产品密度从早期的1.9比重提升至2014的1.6，2016年又提升至1.2，目前主要供给雪佛兰汽车装备，替代了黄貂鱼轿跑(Corvette)的21个车身面板组件，包括门、甲板盖、四分之一面板和挡泥板，它们都是由TCA Ultra Lite模压而成，共减轻了9kg的车身重量。它还降低了整车的生产成本，所有SMC替代材料的加工成本比冲压钢或铝的成本低50%~70%;AOC、Ashland Specialty chemical和 A.Schulman等企业也已公布了比重为 1. 2 或更轻的SMC产品，供应世界各大车企(表1)。

　　表1 国内外部分SMC材料生产企业和研究机构

　　(来源：五度易链研究中心)

　　(2)国内企业SMC产品轻量化有待提升，功能性产品达世界先进水平。在轻量化方面，出产的主流SMC产品多为传统材料构成，比重在1.5左右，部分企业如同创复合材料有限公司产品比重已达到1.3，与国外相比还有较大提升空间;在材料改性方面，目前国内部分企业通过改性树脂来获取增强SMC材料，如华昌聚合物主要通过使用乙烯基酯树脂等改性树脂，替换传统的不饱和聚酯树脂，再搭配不同的比例的材料获取不同的SMC增强材料，其自主开发MFE系列树脂中，752型号采用高强乙烯基酯树脂，增加了基体承受玻璃纤维量的程度，使玻璃纤维的量可达树脂量的300～400%，具有很高的强度，是较好的结构型SMC; 756型号采用酚醛环氧树脂接枝酸酐改性，具有很高的耐热性、耐腐蚀性，该树脂技术处于国内外先进水平。

　　表2 华昌聚合物不同类型SMC产品组分构成

                                                              单位：质量份

备注：MFE751为加入橡胶弹性体的不饱和树脂;MFE752为高强乙烯基酯树脂或环氧树脂;MFE756为酚醛环氧乙烯基酯树脂。

　　(来源：五度易链研究中心)

　　更换填料材质或玻璃纤维毡是轻量化的发展方向

　　目前国内部分企业在SMC材料的增强性能上处于国际先进水平，但在材料的相对密度比重上与国外相比还有较大提升空间，通过与国外轻量化的先进技术对比，将填料中的CaCO₃更换为更轻的玻化微珠，以及将玻璃纤维毡替换为较轻的碳纤维是SMC材料轻量化的发展方向。

　　结语

　　SMC质量轻、强度高、易加工成型，可分为通用型、结构型和功能型三类，可替代车身的部分钢铝部件，是汽车轻量化的主流方向之一。目前国外SMC产品的轻量化程度高，相对密度比重可达1.2，而国内在1.5左右;国内通过更换改性树脂的方式，提高了材料的强度、耐高温、耐腐蚀等增强性能，功能型材料达先进水平;通过对比国内外轻量化技术，在SMC组分中更换更轻的填料，以及用碳纤维替换玻璃纤维毡是未来SMC材料轻量化发展的方向。