片狀模塑料( SMC)是一種短切玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂模塑料，采用片狀模塑料壓制成型工藝制造的復(fù)合材料制品具有質(zhì)量輕、成型工藝簡(jiǎn)單、強(qiáng)度相對(duì)較高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在汽車部件、衛(wèi)生潔具、電器配件、建筑裝飾等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。如果能夠進(jìn)一步降低SMC密度，減輕復(fù)合材料部件的質(zhì)量，SMC制品在交通運(yùn)輸領(lǐng)域包括汽車、軌道交通甚至航空方面將會(huì)有更大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

       1988年國(guó)外開(kāi)發(fā)中空微球填充SMC，制備汽車配件，并應(yīng)用于Corvette內(nèi)板的生產(chǎn)，使SMC的密度從普通級(jí)SMC的1.9 g/cm3降到低密度SMC的1.4g/cm3。2005年美國(guó)專利公開(kāi)一種“低密度熱固性模塑料”的制備方法，采用硅藻土、蛭石粉、空心玻璃微珠、空心陶瓷球、膨脹珍珠巖等低密度填料作為低密度添加劑制備環(huán)氧、聚酯和酚醛等熱固性樹(shù)脂模塑料，根據(jù)配比不同，密度在1.1—1.7 g/cm3范圍。硅藻土、蛭石粉、膨脹珍珠巖等礦物填料強(qiáng)度較低、吸樹(shù)脂性較大而且對(duì)降低SMC密度并保持其力學(xué)性能幫助不大?？招奈⒅橛绕涫强招牟Ａ⒅楸碛^密度低、壓縮強(qiáng)度高，用于填充聚合物改善材料隔音隔熱性能，提高材料耐磨耐腐蝕性能，降低制品密度等國(guó)內(nèi)外有不少研究報(bào)道。

       進(jìn)一步研究空心玻璃微珠對(duì)SMC制品的密度、強(qiáng)度、沖擊性能以及減震隔熱等方面的影響，有著較為實(shí)際的意義和應(yīng)用價(jià)值。

1  實(shí)驗(yàn)部分

1.1原材料及儀器

      不飽和聚酯樹(shù)脂：P17-903B，金陵帝斯曼樹(shù)脂有限公司；硬脂酸鋅：一等品，南京金陵化工廠；聚苯乙烯糊：自配；苯乙烯：AR，上海化學(xué)試劑廠；中堿短切玻璃纖維粗紗：泰山玻璃纖維廠；過(guò)氧化苯甲酸叔丁酯：TBPB，江蘇強(qiáng)盛化工有限公司；Mg0:活性60，上海敦煌化工廠；空心玻璃微珠：秦皇島玻璃微珠廠；偶聯(lián)劑：KH560，武漢大學(xué)化工廠。

      四柱熱壓機(jī)：YNY32-IOO型，武漢毅能鍛壓機(jī)械公司；微機(jī)控制電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)：RGT-30，深圳瑞格爾公司；熱變形溫度測(cè)試儀：XRW-300型，安泰檢測(cè)設(shè)備公司；掃描電子顯微鏡：JEOL2000型，日本電子公司。

1.2 SMC的制備

       按照一定配比將脫膜劑、低收縮添加劑、交聯(lián)劑、固化劑、空心玻璃微珠加入到不飽和聚酯樹(shù)脂中，在攪拌機(jī)上混合均勻，再按要求加入增稠劑攪拌，加入確定量玻璃纖維，在塑料薄膜中夾片排泡壓實(shí)，收卷增稠。再采用100 t四柱熱壓機(jī)，300 mm×300 mm×10 mm的金屬模具壓制成片材。

       SMC配方（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：UP樹(shù)脂40%，短切玻璃纖維25%，聚苯乙烯10%，玻璃微珠0- 20%，TBPB l%，Mg0 1.5%，ZnSt 2%，偶聯(lián)劑0.5%。

1.3性能測(cè)試

      密度按照GB/T 1464-1987測(cè)試；力學(xué)性能按照GB/T 1448-1983、GB/T 1449-1983測(cè)試；熱性能按照GB/T 1634-2004測(cè)試。

2結(jié)果與討論

2.1  空心玻璃微珠用量對(duì)SMC密度及熱性能的影晌

     

       本研究中玻璃微珠用量在4% - 20%內(nèi)變化，微珠的用量還可更高，但由于高用量下，混合物黏度較大，不利于短切玻璃纖維的浸潤(rùn)與片材成型。圖l為空心玻璃微珠用量對(duì)SMC密度和熱變形溫度的影響。從圖1可看出，隨玻璃微珠用量的增加，SMC密度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，前期下降趨勢(shì)較快，后期密度下降趨緩。其原因可能隨玻璃微珠用量的增大，玻璃球相互聚集，壓制中會(huì)有破碎。在SMC體系中微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到20%，密度可降低到1.22 g/cm3，在常規(guī)SMC（1.8-1.9 g/cm3左右）基礎(chǔ)上降低30%左右。

       從圖l還可見(jiàn)，隨玻璃微珠用量的增大，熱變形溫度上升，其原因在于填料的加入相當(dāng)于起到物理交聯(lián)點(diǎn)的作用，能夠使分子鏈不易移動(dòng)，從而有利于樹(shù)脂耐熱性能的提高。玻璃微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為200-/0時(shí)，SMC熱變形溫度能提高18℃。

2.2玻璃微珠用量對(duì)SMC力學(xué)性能的影晌

               
       圖2是玻璃微珠用量對(duì)SMC彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度的影響。從圖2可看出，隨玻璃微珠用量的增大，彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì)，尤其是玻璃微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%以后，下降趨勢(shì)加快。玻璃微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到20%后，彎曲強(qiáng)度損失了30%，壓縮強(qiáng)度損失了50%，但此時(shí)的強(qiáng)度仍能達(dá)到作為圍護(hù)型復(fù)合材料使用的要求。壓縮強(qiáng)度比彎曲強(qiáng)度損失更
快的原因在于：玻璃纖維對(duì)壓縮強(qiáng)度的支持小于彎曲強(qiáng)度，造成壓縮強(qiáng)度更迅速下降。由此可見(jiàn)，如果要求SMC在密度降低的條件下還要有較好的力學(xué)性能，玻璃微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)以不超過(guò)10%為宜。
                      
       圖3是玻璃微珠填充SMC的SEM圖。由圖3a可以看出，SMC體系中纖維是以無(wú)序形式存在，玻璃微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到20%時(shí)，體積填充量已經(jīng)比較高，微珠與微珠之間的距離比較小，有些球已經(jīng)互相接觸。從斷面破壞情況看，纖維未受到破壞，主要是以微珠破裂形式出現(xiàn)，原因是微珠壁薄，與纖維相比強(qiáng)度要低的多，受力會(huì)首先產(chǎn)生破壞，由此也可解釋微珠用量越高，SMC力學(xué)強(qiáng)度越低的現(xiàn)象。由圖3b可以看出，纖維附近與纖維接觸的許多微珠出現(xiàn)變形破裂，應(yīng)該有一部分是在模壓過(guò)程中，纖維流動(dòng)對(duì)微珠擠壓造成的破裂，因此，降低模壓壓力應(yīng)該能夠降低微珠的破損率，對(duì)SMC的低密度性能有利。

3結(jié)論

       玻璃微珠可以作為SMC填充料來(lái)降低其密度，其用量增加而SMC密度下降。玻璃微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到20%時(shí)，填充SMC的密度比常規(guī)SMC的低30%。

       隨玻璃微珠用量的增大，彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度均下降；當(dāng)玻璃微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到20%后，彎曲強(qiáng)度損失了30%，壓縮強(qiáng)度損失了50%。

       增加空心玻璃微珠用量能在一定程度上提高SMC熱變形溫度。
      從工藝與性能綜合角度看，玻璃微珠用量不宜超過(guò)l10% 。模壓工作壓力不宜過(guò)大，以避免玻璃微珠破碎，失去降低密度效果。