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[橡胶与弹性体] 可降低SMC比重的生物基填料

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发表于 2016-3-31 05:37:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
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可降低SMC比重的生物基填料

可降低SMC比重的生物基填料

        图1 NCC的生物技术卓越中心利用这条SMC混配生产线来开发其试验级别的含生物填料的SMC(图片来自NCC)

        美国国家复合材料中心的生物技术卓越中心正在研究有关片状模塑料(SMC)的配方技术,以期生产出比重只有1.2的SMC最终部件。
        长期以来,片状模塑料(SMC)一直被用于制作各种各样的汽车复合材料部件,仅在美国,每年就要消耗大约147420t的SMC,其应用主要涉及各种外饰车身板,包括:前后挡泥板、引擎盖、门板和行李箱盖,以及行李箱底板/备胎槽和其他的二级支撑结构件等。
        然而,长久以来,SMC的重量/效率问题始终没有得到改善:一直沿用至今的传统的SMC材料配方的密度通常在1.5~1.9的范围内,或者更大。为此,人们正在展开大量的研究,以期通过使用生物基材料来显著降低SMC的比重,从而降低其重量。
       

可降低SMC比重的生物基填料

可降低SMC比重的生物基填料

        图2 采用了生物填料的SMC材料(图片来自NCC)

        美国国家复合材料中心(the National Composites Center,简称“NCC”)的生物技术卓越中心(The Bio-Lite Technical Center of Excellence)便是其中之一。经过2年的努力,该中心已开发出了可优化SMC配方的技术,并期望能够以此生产出比重只有1.2的最终部件。作为该项目的一部分,该中心正在对几种绿色材料进行研究,以期帮助制造商降低汽车复合材料的重量。
        研究的一个方面集中在了填料上。目前,包括滑石粉、石灰岩和碳酸钙在内的几种粉状矿物填料已在SMC中得到了广泛应用。其中,碳酸钙的用量最大,约占SMC填料市场份额的55%。因此,该中心专注于研发可取代碳酸钙的生物基填料。这项研究的目标是,寻求一种可使最终部件重量降低30%的生物基填料。
        NCC的科学家Rujul Mehta博士成为这项研究工作的负责人。据他介绍,该中心目前正在对大豆粉、谷物、稻壳、洋麻、硅石块以及可回收的纤维素等进行评价,并重点研究大豆粉,因为其研究工作得到了美国密苏里州的国家大豆委员会的部分赞助。
       

可降低SMC比重的生物基填料

可降低SMC比重的生物基填料

        图3 在一台专用的模压机上试制出的饰板。该试制品由含大豆基填料的SMC成型出来(图片来自NCC)

        Mehta介绍说,早期的研究成果使人倍受鼓舞。到目前为止,该中心已经证实了大豆基填料在降低重量方面所具有的潜力,它可使聚酯基的SMC的重量降低30%。另外的试验表明,用大豆、纤维素和洋麻填料取代碳酸钙时,可使SMC的比重降低22%~36%。
        然而,依然存在一些技术上的挑战:与使用碳酸钙填料的SMC的不足1%的含水量相比,使用大豆基填料的SMC的含水量大约是5%。此外,使用碳酸钙填料的SMC的弹性模量是14GPa,相比之下,使用大豆基填料的SMC的弹性模量只有10GPa。类似地,材料的抗张强度也由85GPa降到了79GPa,而表观抗剪强度则由19MPa下降到18MPa。Mehta说,他们正在研究通过采用施胶剂(sizing agents)来部分地恢复损失的弹性模量。
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