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    可降低SMC材料比重的生物基填料
     
    發布日期: 2021-03-25  
      

    圖1 NCC的生物技術卓越中心利用這條SMC混配生產線來開發其試驗級別的含生物填料的SMC(圖片來自NCC)

    美國國家復合材料中心的生物技術卓越中心正在研究有關片狀模塑料(SMC)的配方技術,以期生產出比重只有1.2的SMC最終部件。

    長期以來,片狀模塑料(SMC)一直被用于制作各種各樣的汽車復合材料部件,僅在美國,每年就要消耗大約147420t的SMC,其應用主要涉及各種外飾車身板,包括:前后擋泥板、引擎蓋、門板和行李箱蓋,以及行李箱底板/備胎槽和其他的二級支撐結構件等。
    然而,長久以來,SMC的重量/效率問題始終沒有得到改善:一直沿用至今的傳統的SMC材料配方的密度通常在1.5~1.9的范圍內,或者更大。為此,人們正在展開大量的研究,以期通過使用生物基材料來顯著降低SMC的比重,從而降低其重量。

    圖2 采用了生物填料的SMC材料(圖片來自NCC)

    美國國家復合材料中心(the National Composites Center,簡稱“NCC”)的生物技術卓越中心(The Bio-Lite Technical Center of Excellence)便是其中之一。經過2年的努力,該中心已開發出了可優化SMC配方的技術,并期望能夠以此生產出比重只有1.2的最終部件。作為該項目的一部分,該中心正在對幾種綠色材料進行研究,以期幫助制造商降低汽車復合材料的重量。
    研究的一個方面集中在了填料上。目前,包括滑石粉、石灰巖和碳酸鈣在內的幾種粉狀礦物填料已在SMC中得到了廣泛應用。其中,碳酸鈣的用量最大,約占SMC填料市場份額的55%。因此,該中心專注于研發可取代碳酸鈣的生物基填料。這項研究的目標是,尋求一種可使最終部件重量降低30%的生物基填料。
    NCC的科學家Rujul Mehta博士成為這項研究工作的負責人。據他介紹,該中心目前正在對大豆粉、谷物、稻殼、洋麻、硅石塊以及可回收的纖維素等進行評價,并重點研究大豆粉,因為其研究工作得到了美國密蘇里州的國家大豆委員會的部分贊助。

    圖3 在一臺專用的模壓機上試制出的飾板。該試制品由含大豆基填料的SMC成型出來(圖片來自NCC)

    Mehta介紹說,早期的研究成果使人倍受鼓舞。到目前為止,該中心已經證實了大豆基填料在降低重量方面所具有的潛力,它可使聚酯基的SMC的重量降低30%。另外的試驗表明,用大豆、纖維素和洋麻填料取代碳酸鈣時,可使SMC的比重降低22%~36%。
    然而,依然存在一些技術上的挑戰:與使用碳酸鈣填料的SMC的不足1%的含水量相比,使用大豆基填料的SMC的含水量大約是5%。此外,使用碳酸鈣填料的SMC的彈性模量是14GPa,相比之下,使用大豆基填料的SMC的彈性模量只有10GPa。類似地,材料的抗張強度也由85GPa降到了79GPa,而表觀抗剪強度則由19MPa下降到18MPa。Mehta說,他們正在研究通過采用施膠劑(sizing agents)來部分地恢復損失的彈性模量。

     

     
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