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淺談汽車手糊玻璃鋼樹脂及其樹脂工藝
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【科寶化工網www.fakedesignershandbags.com】當前，世界汽車材料技術發展的主要方向是輕量化、環保化。減輕汽車自重是降低汽車排放、提高燃燒效率的最有效措施之一，汽車自重每減少10%，燃油的消耗可降低6%～9%。因此輕質高強、耐腐蝕、加工方便、易于零部件一體化、降低制造成本、能有效縮短開發周期的玻璃鋼（樹脂基復合材料）制品的應用越來越受到整車生產廠的重視，并成為汽車結構的理想材料，特別是在車身大型覆蓋件方面已獲得較廣泛應用。
國內從50年代末就開始將復合材料應用于汽車工業，但總體發展速度緩慢，生產工藝以手糊為主。進入90年代，由于SMC、BMC、RTM等機械化生產工藝的引進和發展，復合材料用量逐步增加，應用范圍也得到了擴展。但由于行業之間的阻隔和技術水平的限制，復合材料在汽車行業并未得到應有的認識和重視，手糊工藝仍然占據主導地位。
玻璃鋼制品是由樹脂、增強材料和多種輔助成分合理組合而成，制造工藝種類繁多。
1 FRP制品成型工藝
FRP的制品往往是材料制造和產品成型同時完成。成型工藝有手糊、RTM、SMC、纏繞、熱塑性塑料（GF/PP）注射模塑及GMT沖壓成型等。
1.1 手糊成型工藝
手糊成型工藝是一種簡單成熟的成型工藝，其典型工藝過程是：在涂有脫模劑的模具上，將加有固化劑的樹脂混合料和玻璃纖維織物手工逐層鋪放，浸膠并排除氣泡，層合至確定厚度，然后固化形成制件。
手糊成型技術的優點是：無需專用設備，投資少；不受制品形狀和尺寸的限制，特別適于數量少、整體式及結構復雜的大型制品的制作；可以根據設計要求合理利用增強材料，能隨意局部增強，做到以最低成本實現設計要求，而且當設計不合理時能方便地進行修改；操作方便，容易掌握，便于推廣。
手糊工藝的缺點是：制品質量不易控制，人為因素大；制品的強度和尺寸精度較低；勞動條件差，生產效率低。
1.2 噴射成型工藝
噴射成型工藝是手糊成型的改進，屬于半機械化成型工藝。它是將混有引發劑和促進劑的兩種聚酯樹脂分別從噴槍兩側噴出，同時將切斷的玻纖粗紗由噴槍中心噴出，使其與樹脂均勻混合，沉積到模具上;當沉積到一定厚度時，用輥輪壓實，使纖維浸透樹脂，排除氣泡，固化后成制品。
噴射成型的優點是：用玻纖粗紗代替織物，可降低材料成本；生產效率比手糊的高2～4倍；產品整體性好，無接縫，層間剪切強度高，樹脂含量高，耐腐蝕、耐滲漏性好；產品尺寸、形狀不受限制。
噴射成型的缺點是：樹脂含量高，制品強度低；產品只能做到單面光滑；污染環境，有害工人健康。
1.3 SMC及BMC成型工藝
片狀模塑料（Sheet Molding Comp，SMC）和團狀模塑料（Bulk Molding Compoun，BMC）是由樹脂糊浸漬纖維或短切纖維氈，兩邊覆蓋聚乙烯薄膜而制成的一類片狀模壓料，屬于預浸氈料范圍。使用時，將兩面的薄膜撕去，按制品的尺寸裁剪、疊層，放入金屬模具中加溫加壓，即得所需要的制品。它是目前國際上應用最廣泛的成型材料之一。
SMC/BMC成型工藝的主要優點是：生產效率高，成型周期短，易于實現專業化和自動化生產；產品尺寸精度高，重復性好；表面光潔，無需二次修飾；生產成本低。
SMC/BMC的不足之處在于模具制造復雜，初期投資大。
1.4 RTM成型工藝
樹脂傳遞模塑（Resin Transfer Molding，RTM）是以手糊成型工藝改進的一種閉模成型技術，它的基本原理是將玻璃纖維增強材料放到封閉的模腔內，用壓力將樹脂膠液注入模腔，浸透玻纖增強材料，然后固化，脫模后成制品。
RTM成型技術主要優點是：可以制造兩面光的制品；成型效率高，適合于中等規模的玻璃鋼產品生產（30000件/年以內）；RTM為閉模操作，不污染環境，不損害工人健康；增強材料可以任意鋪放，容易實現按制品受狀況合理鋪放增強材料；原材料及能源消耗少；初期投資少。
RTM缺點是：生產技術要求高；修整工序復雜。
1.5 拉擠成型工藝
拉擠成型工藝是將浸漬樹脂膠液的連續玻璃纖維束、帶或布等，在牽引力的作用下，通過擠壓模具成型、固化、連續不斷地生產長度不限的玻璃鋼型材。這種工藝最適于生產各種相同斷面形狀的玻璃鋼型材，如棒、管、實體型材（工字形、槽形、方形型材）和空腹型材（門窗型材、葉片等）等。
拉擠成型是復合材料成型工藝中的一種特殊工藝，其優點是:生產過程完全實現自動化控制，生產效率高；拉擠成型制品中纖維含量可高達80％，浸膠在張力下進行，能充分發揮增強材料的作用，產品強度高；制品縱、橫向強度可任意調整可以滿足不同力學性能制品的使用要求；生產過程中無邊角廢料，產品不需后加工，故較其它工藝省工，省原料，省能耗；制品質量穩定，重復性好，長度可任意切斷。
拉擠成型工藝的缺點是:產品形狀單調，只能生產線形型材，而且橫向強度不高。但近年來使用纖維布和復合氈拉擠后橫向強度得到了提高。
1.6 熱塑性復合材料成型工藝
熱塑性復合材料是以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等增強各種熱塑性樹脂的總稱，國外稱為FRTP（Fiber Rinforce thermoplastics）。從生產工藝角度分析，熱塑性復合材料分為短纖維增強復合材料和連續纖維增強復合材料兩大類。短纖維增強熱塑性復合材料的研究和生產始于50年代。進入70年代后，熱塑性復合材料得到快速發展，美國、法國的公司研究成功連續纖維增強聚丙烯片狀模塑料。近10年來，熱塑性復合材料發展很快，每年以15％速度遞增，比熱固性復合材料發展快幾倍。
1.7 近年發展起來的新型成型工藝.jpg)
1.7.1 SMC和RTM工藝的結合（LPMC）
SMC工藝和RTM相比較，雖然有成型壓力大、能耗高、設備維修費用高等不足之處，但SMC是一種技術較完善的干法制造FRP的成型工藝。美國公司開發了一種LPMC(low pressure molding Compromal)工藝，它將RTM的低壓低溫和SMC的工藝結合起來。形成在RTM條件下即可生產出性能和SMC相似的新工藝。RTM部件可以部分替代鋼制部件。
1.7.2 TERTM
TERTM (熱膨脹樹脂傳遞模塑料）使用聚氨酯、PVC聚氨酯泡沫等作為預成型坯中的芯材，在注射過程中樹脂同時滲入芯材和預成型坯中，芯材在加熱條件下發生膨脹，進而與增強材料(碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維)及環氧樹脂結合形成復合材料。既減輕了制品重量，又提高了強度。具有理想的扭曲強度和良好的尺寸穩定性，膨脹系數低，可制造汽車防撞檔板。美國、加拿大、日本、西歐等國家和地區的TERTM都有專利，技術處于領先水平。
1.7.3 VARTM
為了在注射時改善模具型腔內樹脂的流動性浸漬性,更好地排盡氣泡，出現了腔內抽真空，再用注射機注入樹脂的VARTM技術，基本原理和RTM工藝是一致的，適用范圍也類似。
模腔內抽真空使壓力趨勢減小，增加了使用更輕型模具的可能性，從而使模具的使用壽命更長、可設計性更好；真空也可提高玻璃纖維與樹脂的比率，使玻璃纖維的含量更高，增加制品的強度；真空還有助于樹脂對纖維的浸潤，使樹脂和纖維的結合界面更完美，提高制品的質量；用VARTM工藝可使直徑38.11mm的致密預成型坯的纖維體積含量為16%～68％，累計孔隙率為1.7％，而普通的預浸料的孔隙率為5%～7％。
1.8 低密度SMC玻璃鋼材料的應用
低密度SMC玻璃鋼材料的比重為1.3，比標準的材料（比重為1.8～2.0）重量輕38%以上。美國通用公司的所有克爾維特99款車身的內板和新型的車身頂蓋、內飾都使用低密度SMC玻璃鋼材料；另外，還有車門、發動機罩、行李箱蓋等美國Dodge Vipex車的發動機罩也使用了低密度SMC玻璃鋼材料，99款車身有1/2使用這種材料制作發動機罩。
2 復合材料成型中的各類增強材料、各類輔料及各類助劑
2.1 助劑
消泡劑,能夠在凝膠之前消除因攪拌產生的氣泡；潤濕分散劑,改善體系的流動性，穩定顏色，能基本避免加填料或顏料產生的浮色發花現象；觸變助劑,能滿足噴涂過程對低黏度高觸變指數的要求；表面助劑,可解決制品表面發粘，可減少苯乙烯的揮發。
2.2 脫模劑
便于脫模，優質脫模劑不會影響制品的后涂裝；在使用雙面模時能增加樹脂的流動性、玻纖的浸潤性等特性。
2.3 增強材料
氈類制品（改善表面效果、提高多種強度）、纖維類制品常用，如玻璃纖維、碳纖維等）、連續氈（對改善表面效果有突出的效果、提高制品的耐候性）。
2.4 輔料
輔料有膠衣、固化劑、促進劑、添加劑、拋光膏、氣相二氧化硅、紫外線吸收劑等。
3 國內汽車的玻璃鋼材料使用情況
玻璃鋼具有質輕、比強度高、耐腐蝕、電絕緣、耐瞬時高溫、傳熱慢、隔音、防水、成型方便、具有可設計性（可實現復雜的設計結構）等優點，廣泛應用于保險杠、車身頂蓋、導流板、遮陽罩、電瓶箱、擋泥板、前臉零部件、車身裙邊零部件、車身殼體等。
4 國內復合材料在汽車工業的應用中存在的問題和前景展望
與發達國家相比，我國復合材料在汽車上的應用比例非常低。美國1997年復合材料總用量為155萬噸，在汽車行業中的用量占46％。為49.8萬噸，而我國2000年的用量僅為1.8萬噸。國外復合材料應用較成功的國家，常常是以大的汽車集團牽頭，根據市場和自身
發展的需要，進行技術研究和產品開發，在資金和人力資源上都有非常大的投入，技術的轉化比較直接。因此，新興的復合材料成型工藝如RTM、GMT等，經過短短十幾年的發展，已變得很成熟，成功地應用于各種汽車部件的生產。RTM生產效率可以和SMC相媲美，GMT的生產效率已縮短到一分鐘以內。
我國復合材料應用與汽車工業歷史并不算短，但發展速度很緩慢。其原因是多方面的，一方面是由于行業之間的封閉，使得汽車生產在設計之初就很少考慮復合材料的使用；另一方面，國內復合材料生產企業技術水平層次不齊，與國外還有著很大的差距，尤其是手糊產品質量不高，使得汽車行業的很多人士對復合材料的應用持不信任態度；再者，復合材料在汽車行業的應用，相對投資較大，風險較高，在市場不容易認可的情況下，企業也不愿意投資進行技術研究；第四，復合材料制品普遍比金屬材料（主要是鋼材）制品的價格要高，不易被汽車企業所接受。
因此，要提高國內復合材料制造水平，推廣復合材料在汽車工業中的應用，需要做好以下幾方面的工作。
a.加強行業間溝通，正確認識復合材料。
復合材料作為新材料的代表，有著很多自身的優勢，在汽車制造領域都有非常適用的場合。利用行業協會和學會的權威作用，組織技術交流，使汽車行業人士對復合材料能夠有全面的認識，做好復合材料的系統推廣工作，如市場調研、策劃、質量、價格及服務等，建立起產品結構、規模、質量、效益相協調的科技工業體系。
b.提高復合材料工業技術，使之適于汽車工業發展。
首先完善現有的工藝技術，盡快解決原材料的國產化配套，解決復合材料生產設備、模具及其他工裝的加工配套問題。原材料是基礎，我國復合材料產品質量水平不高，很大程度上是由于原材料質量不高造成的。模具和專用設備的發展相對滯后，也影響產品的應用。因此，各個行業需要緊密協作，結合引進原材料、生產技術及國產化攻關，為各種成型工藝解決配套問題。
c.建立一定權威性的協調組織，加強宏觀控制和科學管理。
通過具有定權威性的協調組織，承擔可行性研究，組織技術攻關，使各種材料在設計之初就考慮到性能、制造成本和對整車的影響，充分發揮不同材料和不同成型工藝的優點，使復合材料在汽車工業中真正發揮作用。
d.降低復合材料制品的價格，使之適合于國內汽車企業的實際情況。
復合材料制品的價格主要取決于原材料的成本（各類樹脂、增強材料、添加劑及各類助劑）、工藝成本和勞動力成本。生產企業和各類研究機構應在此三方面做長期、深入的工作，避免短期行為。
隨著汽車行業的發展，整車生產廠越來越重視整車的輕量化以降低燃油效率損耗。玻璃鋼材料及其制造工藝研究的進一步深入，可以預料比重小的玻璃鋼材料將在汽車工業上的應用越來越廣泛。其重要性不言而喻，開發并使用全玻璃鋼車身已不是夢想.
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