片狀模塑料（SMC）工藝已被證明是復合材料部件通用的生產方法之一。它綜合了生產過程低廢料、規?；a及功能模塊化優點于一身，因此SMC廣泛用于大批量制造堅固、耐用，且輕質的復合材料部件，應用于交通、電氣、建筑和消費市場。

 

用碳纖維制造SMC部件

AOC歐洲高級研發科學家Ron Verleg解釋道：

 

“近年來，基于碳纖維的新型SMC材料已經商業化，目前實現了工業規模的應用，制成的超輕結構零件，其性能優于鋁和鋼的同類產品。”SMC工藝可使用幾種熱固性樹脂系統，每種系統都有其特定的優缺點。

 

SMC常用的是不飽和聚酯樹脂（UPR），因為UPR SMC具有良好的機械性能，允許較高的填充量（從而降低制品成本），在模具內材料仍有良好的流動性。然而，當與碳纖維一起使用時，樹脂浸潤不完全，且與碳纖維表面附著力欠佳，導致模壓件機械性能不高。

 

乙烯基酯樹脂（VER）用于碳纖維模壓件可獲得更高的機械性能。然而，將乙烯基樹脂片材增稠到要求的平臺是個挑戰。此外，乙烯基樹脂粘度通常過高，無法完全浸潤碳纖維細長絲，碳纖維占比高時更是如此。

 

經過優化的環氧樹脂（EPR）也能用于SMC零件并獲得高機械性能。然而EPR SMC體系大的缺點是難浸潤，熟化和成型過程需要相當耗時的升溫步驟，這使得EPR SMC體系難于大規模生產，成本缺乏競爭力。

 

與碳纖維完美兼容

 

AOC戰略項目經理Luuk Groenewoud補充道：

 

“AOC開發了一種獨特的SMC技術，使得短切碳纖維SMC擁有UPR SMC和VER SMC的良好工藝性，以及環氧樹脂碳纖維的高機械性能。這項突破性技術基于AOC的Daron®聚氨酯雜化技術。”

 

Daron®SMC技術有獨特的優勢，儲存時間長（室溫下長達6個月），模壓過程具有良好的流動性，能完全填充模具腔體，包括嵌件和加強筋。Daron®SMC技術還具有獨特的自由基固化體系，使得生產過程揮發性有機物排放超常之低。

 

Ron Verleg說：“Daron®樹脂粘度很低，即使高體積的碳纖維細絲束可以很好的浸潤。此外，Daron®SMC技術使固化樹脂基體和碳纖維之間產生了理想的物理和化學交互作用。”

 

這些優點，再加上成型過程良好的流動性，終賦予部件很高的機械性能，拉伸模量達43GPa，拉伸強度大于300MPa。

 

獲得OEM認可

 

碳纖維SMC技術工業化過程一直比較緩慢，因為系統成本過高。碳纖維制造商Zoltek開發了一種成本較低的50K分束碳纖維，可在SMC模壓過程中打開，打開的碳纖維性能可達到小絲束級別（約3K）。當50K纖維分成3K束時，強度增加，明顯超過12K纖維。

 

由英國政府資助，捷豹路虎（Jaguar Land Rover）發起的圖卡納項目，旨在開發更硬、更輕的車輛結構，以提高電動汽車性能，參與者包括的學術和行業合作伙伴。圖卡納項目主攻方向是尋求成本效益高、可擴展的碳纖維復合材料解決方案。作為該項目的一部分，Astar公司使用Zoltek的分束纖維技術與AOC 的Daron SMC技術相結合，生產一種CF-SMC，它符合該項目迄今為止的所有規范，包括機械強度和模具性能。

 

除了機械性能和成本外，大批量汽車制造的另一個先決條件是復合材料零件能夠承受涂裝過程，包括在線電子涂裝。后者在相對較高的溫度下進行，溫度可達200°C，持續約30分鐘。在圖卡納項目中，樣板已通過生產線噴漆車間運行，并且已經證明，基于Daron®樹脂系統的SMC在使用規定的成型參數加工時不會出現任何分層。

 

此外，Daron CF-SMC技術包括一種獨特的自由基固化技術，使得生產過程苯乙烯排放大幅減少，總VOC值非常低（遠低于室內應用設定的100µg/g閾值），而氣味在VDA 270排放測試中被評為3級。因此，DaronCF-SMC可用于生產內構件。

 

工業規模提供高性能

 

通過整合產業鏈力量，Zoltek、AOC和Astar為工業化生產CF-SMC獲取成本效益找到了方案。Zoltek的分束纖維、Astar對纖維的打開技術，以及AOC的Daron®SMC樹脂，三者的優勢相結合，形成的CF-SMC用于圖卡納研究項目汽車內構件的工程設計和生產，具備強大的機械性能、大規模生產的工藝穩健性、有利的成本效率和極低的VOC排放，以及設計自由度等一系列優點。

 

Luuk Groenewoud總結道：“這種新型高性能碳纖維SMC的應用方向還包括動態加載部件，如發動機副車架和轉向節，這使得Daron系統將成為大批量生產未來汽車部件的理想解決方案。”