BMC材料配方設計原理
BMC是由液態樹脂、固體粉料、短切玻纖片料等近十種組份經物理混合而成的復合物，只有在加溫加壓條件下，不飽和聚酯和苯乙烯交聯，發生加聚反應而固化。
1. 液體組份的配比國際上流行的BMC配方表中大多是以BMC組份中的液體樹脂(UP+LSA)總量的百分之一為計算單位，，用PHR(Parts per hundred resin)即每百份樹脂的份數作為單位。例如常規的配方表中液體組份的配比是： UP 60phr 兩者相加即100phr LSA 40phr 根據低收縮劑在成型中形成微空穴的理論來抵消UP收縮的機理，通常低收縮劑LSA的加入量，是以低收縮劑的實際固含量來控制： A=LSA*B/(UP+LSA) phr [1] 式中：A—低收縮劑在BMC組份中的固含量 phr 一般控制在14～18phr B—配制低收縮劑時，熱塑性樹脂粒料在單體苯乙烯中的濃度 ％ 常規配制時一般控制在35～45％濃度 UP—UP樹脂的加入量 LSA—LSA低收縮劑的加入量，本稿省略了LPA，不分別列出了 LSA一般都采取定向采購，也可以自配，在配方設計時一定要先摸清LSA中熱塑性樹脂的濃度，濃度的高低直接影響LSA的粘度，粘度過高會影響隨后加入粉料時的浸潤，有些初入門者往往覺得粘度高時，就認為加些單體苯乙烯St來降粘，用來改善混料時對粉體的濕潤，但這不是一個好辦法，過量的苯乙烯的加入，在固化時用不完，殘留的St會引起許多弊病，諸如強度下降、耐熱性變差，甚至在成型中拔高放熱峰溫度，致使部品表面微裂。一般在配方設計時要校核苯乙烯的含量，控制在45～50phr。
St在BMC中的含量用下式計算： St=LSA*(1-B)+UP*(1-C) [2] 式中：C—UP樹脂中不飽和聚酯的固含量％ 一般為65～68％ 見供應商的品質保證書 一般的標準配方，UP的固含量是65％,LSA的固含量是40％，當按照UP:LSA=60phr:40phr時： A=40*0.4/(60+40)=16 phr St=40*(1-0.4)+60*(1-0.65)=45 phr
2. 礦物填料的添加量礦物填料的種類很多，目前常用的是碳酸鈣CaCO3和水合氧化鋁(ATH—alumina trihydrate)即含三個結晶水的氧化鋁，分子式為Al2O3.3H2O。也可稱謂氫氧化鋁Al(OH)3主要是利用著火時，結晶水被熾熱而釋放出水蒸汽能阻隔火焰而起到阻燃作用。礦物填料在BMC組份中的單價低，是降低成本的主要貢獻者，同時礦物填料可以采用不同顆粒直徑的級配，對提高制品的密實度和表觀質量有很大好處，故配方設計中貫徹盡可能高的填料含量是配方設計長期追求的目標。通常礦物填料的加入量，取 F=180 ～250 phr [3] 當然根據填料的吸油值、液體樹脂糊的基礎粘度和是否添加降粘助劑等因素，F的數值可以大大超出上述水平，達到300phr,歐洲更有推出400phr填料加入量的BMC配方。填料加入量的多少主要取決于能否在后序混料中將要加入的短切玻纖被完全分散并充分浸漬，又不露白纖。而為了取得足夠的強度，又必須要加入足量的玻纖時，故予混料(樹脂+粉料)的粘度是關鍵影響因子，一定要尋求填料加入量與BMC強度要求的平衡點。
3.其它輔料的添加量根椐大量的工廠實踐，其它輔料的配比如下： 脫模劑(硬脂酸鋅ZnSt,硬脂酸鈣CaSt): 4phr左右 增稠劑(氫氧化鈣Ca(OH)2,氧化鎂MgO): 1～1.2phr 引發劑(過氧化苯甲酸叔丁酯TBPB, 過氧化(2-乙基)己酸叔丁酯TBPO): 1.0phr左右 顏料(顏料糊或色粉): 另定
3.1脫模劑 BMC脫模劑通常使用硬脂酸鋅，應對供應商的品質如純度和細度提出嚴格的要求，尤其是不能帶有結塊。脫模劑的用量也與成型制品的復雜程度有關，形狀比較簡單脫模容易的制品可以少加一些，一般原則是能少加盡量少一些。如果模具剛剛試用、形狀又較復雜不易脫模時可適量按4phr或略增一些投料。成型時硬脂酸鋅在120℃即開始熔融并遷移到制品表面引成第二相，隔離模具，它是不應該殘存在固化后的制品內部的，然而它會粘留在制品表面，對于要進行涂裝等二次處理時，例如車燈反射鏡，這層粘膜需要化相當的功夫方能去盡。好在當今為了克服這一弊病，又可防止硬脂酸鋅在亮燈高溫下升華，引起燈罩霧影，導入了新的工藝助劑，兼有脫模劑的作用，即BYK-P9050。這是另一個題目，只能另外討論。
3.2增稠劑 BMC的增稠機理與SMC的增稠機理是完全一致的，只是增稠行為沒有像SMC那樣嚴格。但是絕不是有人提議的，BMC不必增稠也可以成型出好的制品。BMC配料中添加增稠劑，同樣是希望經捏合機充分混和已經均相的粘彈體能基本保持其均質、均相的狀態，不發生相分離，更不希望有液態樹脂析出，而且希望在成型流動其間予混料還能帶著玻纖一起流動，充滿型腔的各個部位。故增稠不良、或達不到相當高的粘度都是造成制品多種表觀缺陷的重要原因。 BMC選用的增稠劑大多是氫氧化鈣Ca(OH)2 ，只是到了冬天，氣溫較低時，有選用氧化鎂MgO，以達到快速稠化的目的。這些增稠劑大多選用粉體與填料同時加入捏合機，故推薦的增稠劑的用量是：1.0～1.2phr 。只是到了黃梅季節，環境濕度居高不下，不僅填料粉體吸濕，玻纖表面也吸濕，Ca(OH)2 粉更易吸濕，水的存在，會嚴重影響增稠行為，產生不穩定因素，宜應注意防控。
3.3引發劑常用的引發劑是TBPB ，添加量取1.0phr，這時侯的成型品之固化速率通常取1min/1mm。目前，為了提高成型速率，已較多地采用復合型引發劑，尋找固化速率和模塑料存放壽命之間的相對合理，一般選擇TBPB和TBPO混用，總添加量還保持在1.0phr左右，兩者的分配可按：TBPB 0.70phr,TBPO 0.30phr。這時侯的固化速率可達到1min/2.5mm。
3.4顏料也稱著色劑，對客戶來講目前對BMC制品外表顏色的追求愈發顯得重要了，因為這對他們而言，即終推到市場上的產品被顧客的吸引力如何，制品的色彩鮮艷，色澤明亮是極為重要的因素。BMC的著色直接的就是使用色粉，如黑色，則直接選用炭黑投入，一般控制在3.0phr左右即可，如白色則直接選用鈦白粉，用量在4.5phr左右。選擇與樣品較接近的色粉，但要保證其分解溫度高于成型溫度，遮蓋力強，易于分散均可選用，但其用量都只能在試驗捏合機中小量試驗后確定。有的樣品的顏色無市場可采購的色粉，則必需外購顏料糊，或自己用三輥研磨機配混顏料糊，這時侯的顏料糊的添加量更要通過試驗捏合機混練后來確定。
4.玻璃纖維的加入量以上討論時都使用phr為單位，而論及玻纖的加入量時就使用BMC組份的質量百分數 ％ 為計算單位。周知，玻纖含量直接與制品的強度有關，我們曾經使用過美國歐文斯，康寧的短切紗101C牌號，6毫米長度 ，OCF提供了玻纖加入量與BMC抗彎強度的參考曲線，見圖二。實踐中，玻纖的添加范圍可參照表一。表一：不同BMC品種的玻纖添加量典型零件的名稱 制品大致的抗彎強度MPa 建議玻纖的添加量％微型馬達的塑封 60 12～14 汽車前照燈反射鏡 80 14～16 塑殼斷路器外殼 100 18～20 地下管網的電纜支承架 120 20～25 上表僅僅是推薦用量，因為與采購的品種，加入的玻纖長度，是否采用長短玻纖混用等多種因子有關。
5.BMC配方表表二：典型的BMC配方表物料的品名及代號 品種或規格 配合量 在300L捏合機中的投料量Kg 不飽和聚酯樹脂UP 65％UP鄰苯 60phr 23.9 低收縮添加劑LSA 40％PS 40phr 15.9 礦物填料碳酸鈣CaCO3 500目 200phr 79.6 脫模劑ZnSt 200目 3.5phr 1.39 增稠劑Ca(OH)2 試劑級 1.2phr 0.50 引發劑TBPB 99％純度 1.0phr 0.40 顏料 炭黑CB 爐黑 3.3phr 1.31 玻纖G.F 6毫米 18.0Wt％ 27.0 合計 150 配方表計算步驟： A. 確定在哪一種捏合機中拌料，一般取捏合機理論容積的一半，即正常的出料量Kg； B. 依椐上述4小節的建議確定配合量一列的全部數值； C. 先計算出玻纖的加入量，本例為：150*0.18=27.0Kg； D. 除玻纖之外，各組份的配合量之總和，本例為：309phr； E. 計算每一個phr在投料時的份量，本例為：(150-27)/309=0.398Kg/phr； F. 計算每一個組份的投料量，本例的UP為：60*0.398=23.9Kg，其余類推，數值園整。后記：本稿對阻聚劑、降粘濕潤劑及其它工藝助劑都未提及，希望在另外的篇幅中繼續討論；即使已經提到的各個組份，如何細分，如填料中的CaCO3與ATH如何細分，粒徑如何細分等等均未討論，也希望在以后的文稿中給予補充。
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1. 液體組份的配比國際上流行的BMC配方表中大多是以BMC組份中的液體樹脂(UP+LSA)總量的百分之一為計算單位，，用PHR(Parts per hundred resin)即每百份樹脂的份數作為單位。例如常規的配方表中液體組份的配比是： UP 60phr 兩者相加即100phr LSA 40phr 根據低收縮劑在成型中形成微空穴的理論來抵消UP收縮的機理，通常低收縮劑LSA的加入量，是以低收縮劑的實際固含量來控制： A=LSA*B/(UP+LSA) phr [1] 式中：A—低收縮劑在BMC組份中的固含量 phr 一般控制在14～18phr B—配制低收縮劑時，熱塑性樹脂粒料在單體苯乙烯中的濃度 ％ 常規配制時一般控制在35～45％濃度 UP—UP樹脂的加入量 LSA—LSA低收縮劑的加入量，本稿省略了LPA，不分別列出了 LSA一般都采取定向采購，也可以自配，在配方設計時一定要先摸清LSA中熱塑性樹脂的濃度，濃度的高低直接影響LSA的粘度，粘度過高會影響隨后加入粉料時的浸潤，有些初入門者往往覺得粘度高時，就認為加些單體苯乙烯St來降粘，用來改善混料時對粉體的濕潤，但這不是一個好辦法，過量的苯乙烯的加入，在固化時用不完，殘留的St會引起許多弊病，諸如強度下降、耐熱性變差，甚至在成型中拔高放熱峰溫度，致使部品表面微裂。一般在配方設計時要校核苯乙烯的含量，控制在45～50phr。
St在BMC中的含量用下式計算： St=LSA*(1-B)+UP*(1-C) [2] 式中：C—UP樹脂中不飽和聚酯的固含量％ 一般為65～68％ 見供應商的品質保證書 一般的標準配方，UP的固含量是65％,LSA的固含量是40％，當按照UP:LSA=60phr:40phr時： A=40*0.4/(60+40)=16 phr St=40*(1-0.4)+60*(1-0.65)=45 phr
2. 礦物填料的添加量礦物填料的種類很多，目前常用的是碳酸鈣CaCO3和水合氧化鋁(ATH—alumina trihydrate)即含三個結晶水的氧化鋁，分子式為Al2O3.3H2O。也可稱謂氫氧化鋁Al(OH)3主要是利用著火時，結晶水被熾熱而釋放出水蒸汽能阻隔火焰而起到阻燃作用。礦物填料在BMC組份中的單價低，是降低成本的主要貢獻者，同時礦物填料可以采用不同顆粒直徑的級配，對提高制品的密實度和表觀質量有很大好處，故配方設計中貫徹盡可能高的填料含量是配方設計長期追求的目標。通常礦物填料的加入量，取 F=180 ～250 phr [3] 當然根據填料的吸油值、液體樹脂糊的基礎粘度和是否添加降粘助劑等因素，F的數值可以大大超出上述水平，達到300phr,歐洲更有推出400phr填料加入量的BMC配方。填料加入量的多少主要取決于能否在后序混料中將要加入的短切玻纖被完全分散并充分浸漬，又不露白纖。而為了取得足夠的強度，又必須要加入足量的玻纖時，故予混料(樹脂+粉料)的粘度是關鍵影響因子，一定要尋求填料加入量與BMC強度要求的平衡點。
3.其它輔料的添加量根椐大量的工廠實踐，其它輔料的配比如下： 脫模劑(硬脂酸鋅ZnSt,硬脂酸鈣CaSt): 4phr左右 增稠劑(氫氧化鈣Ca(OH)2,氧化鎂MgO): 1～1.2phr 引發劑(過氧化苯甲酸叔丁酯TBPB, 過氧化(2-乙基)己酸叔丁酯TBPO): 1.0phr左右 顏料(顏料糊或色粉): 另定
3.1脫模劑 BMC脫模劑通常使用硬脂酸鋅，應對供應商的品質如純度和細度提出嚴格的要求，尤其是不能帶有結塊。脫模劑的用量也與成型制品的復雜程度有關，形狀比較簡單脫模容易的制品可以少加一些，一般原則是能少加盡量少一些。如果模具剛剛試用、形狀又較復雜不易脫模時可適量按4phr或略增一些投料。成型時硬脂酸鋅在120℃即開始熔融并遷移到制品表面引成第二相，隔離模具，它是不應該殘存在固化后的制品內部的，然而它會粘留在制品表面，對于要進行涂裝等二次處理時，例如車燈反射鏡，這層粘膜需要化相當的功夫方能去盡。好在當今為了克服這一弊病，又可防止硬脂酸鋅在亮燈高溫下升華，引起燈罩霧影，導入了新的工藝助劑，兼有脫模劑的作用，即BYK-P9050。這是另一個題目，只能另外討論。
3.2增稠劑 BMC的增稠機理與SMC的增稠機理是完全一致的，只是增稠行為沒有像SMC那樣嚴格。但是絕不是有人提議的，BMC不必增稠也可以成型出好的制品。BMC配料中添加增稠劑，同樣是希望經捏合機充分混和已經均相的粘彈體能基本保持其均質、均相的狀態，不發生相分離，更不希望有液態樹脂析出，而且希望在成型流動其間予混料還能帶著玻纖一起流動，充滿型腔的各個部位。故增稠不良、或達不到相當高的粘度都是造成制品多種表觀缺陷的重要原因。 BMC選用的增稠劑大多是氫氧化鈣Ca(OH)2 ，只是到了冬天，氣溫較低時，有選用氧化鎂MgO，以達到快速稠化的目的。這些增稠劑大多選用粉體與填料同時加入捏合機，故推薦的增稠劑的用量是：1.0～1.2phr 。只是到了黃梅季節，環境濕度居高不下，不僅填料粉體吸濕，玻纖表面也吸濕，Ca(OH)2 粉更易吸濕，水的存在，會嚴重影響增稠行為，產生不穩定因素，宜應注意防控。
3.3引發劑常用的引發劑是TBPB ，添加量取1.0phr，這時侯的成型品之固化速率通常取1min/1mm。目前，為了提高成型速率，已較多地采用復合型引發劑，尋找固化速率和模塑料存放壽命之間的相對合理，一般選擇TBPB和TBPO混用，總添加量還保持在1.0phr左右，兩者的分配可按：TBPB 0.70phr,TBPO 0.30phr。這時侯的固化速率可達到1min/2.5mm。
3.4顏料也稱著色劑，對客戶來講目前對BMC制品外表顏色的追求愈發顯得重要了，因為這對他們而言，即終推到市場上的產品被顧客的吸引力如何，制品的色彩鮮艷，色澤明亮是極為重要的因素。BMC的著色直接的就是使用色粉，如黑色，則直接選用炭黑投入，一般控制在3.0phr左右即可，如白色則直接選用鈦白粉，用量在4.5phr左右。選擇與樣品較接近的色粉，但要保證其分解溫度高于成型溫度，遮蓋力強，易于分散均可選用，但其用量都只能在試驗捏合機中小量試驗后確定。有的樣品的顏色無市場可采購的色粉，則必需外購顏料糊，或自己用三輥研磨機配混顏料糊，這時侯的顏料糊的添加量更要通過試驗捏合機混練后來確定。
4.玻璃纖維的加入量以上討論時都使用phr為單位，而論及玻纖的加入量時就使用BMC組份的質量百分數 ％ 為計算單位。周知，玻纖含量直接與制品的強度有關，我們曾經使用過美國歐文斯，康寧的短切紗101C牌號，6毫米長度 ，OCF提供了玻纖加入量與BMC抗彎強度的參考曲線，見圖二。實踐中，玻纖的添加范圍可參照表一。表一：不同BMC品種的玻纖添加量典型零件的名稱 制品大致的抗彎強度MPa 建議玻纖的添加量％微型馬達的塑封 60 12～14 汽車前照燈反射鏡 80 14～16 塑殼斷路器外殼 100 18～20 地下管網的電纜支承架 120 20～25 上表僅僅是推薦用量，因為與采購的品種，加入的玻纖長度，是否采用長短玻纖混用等多種因子有關。
5.BMC配方表表二：典型的BMC配方表物料的品名及代號 品種或規格 配合量 在300L捏合機中的投料量Kg 不飽和聚酯樹脂UP 65％UP鄰苯 60phr 23.9 低收縮添加劑LSA 40％PS 40phr 15.9 礦物填料碳酸鈣CaCO3 500目 200phr 79.6 脫模劑ZnSt 200目 3.5phr 1.39 增稠劑Ca(OH)2 試劑級 1.2phr 0.50 引發劑TBPB 99％純度 1.0phr 0.40 顏料 炭黑CB 爐黑 3.3phr 1.31 玻纖G.F 6毫米 18.0Wt％ 27.0 合計 150 配方表計算步驟： A. 確定在哪一種捏合機中拌料，一般取捏合機理論容積的一半，即正常的出料量Kg； B. 依椐上述4小節的建議確定配合量一列的全部數值； C. 先計算出玻纖的加入量，本例為：150*0.18=27.0Kg； D. 除玻纖之外，各組份的配合量之總和，本例為：309phr； E. 計算每一個phr在投料時的份量，本例為：(150-27)/309=0.398Kg/phr； F. 計算每一個組份的投料量，本例的UP為：60*0.398=23.9Kg，其余類推，數值園整。后記：本稿對阻聚劑、降粘濕潤劑及其它工藝助劑都未提及，希望在另外的篇幅中繼續討論；即使已經提到的各個組份，如何細分，如填料中的CaCO3與ATH如何細分，粒徑如何細分等等均未討論，也希望在以后的文稿中給予補充。
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