重卡SMC材料零部件力学性能指标的质量控制

薛天柱 柯增权 朱兮倩

摘 要：SMC材料在重卡车辆上被广泛应用，涉及到功能件及装饰件，产品种类多，结构复杂，产品材料的力学性能控制是保证产品质量的重要手段，文章通过对检测方法的对比和产品制取检测试样对检测结果的影响因素的分析，明确产品材料的力学性能控制的方法--在产品上制取检测试样是最有效的力学性能指标质量控制方式。

关键词：SMC;力学性能;产品制样;质量控制

中图分类号：U465  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）19-217-03

Quality Control Of Mechanical Property Index On SMC Material Parts

In The Heavy Truck

Xue Tianzhu， Ke Zengquan， Zhu Xiqian

（Shaanxi Heavy-Duty Truck Co.， Ltd， Shaanxi Xi'an 710200）

Abstract： SMC materials are widely used in heavy truck vehicles， involving functional parts and decorative parts. There are many kinds of products and complex structure. The mechanical property control of product materials is an important means to ensure the quality of products. Through the comparison of testing methods and the analysis of the influencing factors of the test results， the mechanical properties control method of product materials was defined. Namely， sample preparation on the products is the most effective quality control method of mechanical property.

Keywords： SMC; Mechanical properties; Sample preparation; Quality control

CLC NO.： U465  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）19-217-03

前言

SMC复合材料是Sheet molding compound的缩写，即片状模塑料。主要原料由GF（专用纱）、UP（unsaturated polyester resins，不饱和聚酯树脂，缩写代号：UP）、低收缩添加剂、MD（填料）及各种助剂组成。因其增强材料为玻璃纤维，而被称为玻璃纤维增强塑料，简称“FRP或玻璃钢”。SMC复合材料的工艺性能优良、品种多、适应广泛、价格较低，具有优异的电绝缘性能、机械性能、热稳定性、耐化学防腐性等被广泛应用于“电气工业、汽车工业、铁路车辆、通讯工程、防爆电器设备外壳”等领域，同时其密度在1.6～2.0g/cm3，只有钢的1/4～1/5，在等刚度设计条件下比钢板、铝材减轻25%～15%，对实现重卡轻量化，环保化，降低燃油排放，提高燃油经济性具有重要意义[1][2]。

在重卡车辆中，SMC材料被廣泛应用于上车台阶，保险杠、前面罩、顶导流罩、侧导流罩、翼子板等功能件及装饰件，因SMC材料的质量、产品结构设计、磨具设计、成型工艺[3][4]、力学性能检测过程等均对产品质量有重大的影响，提出材料的技术指标能否在产品上得到体现，保证产品“拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度”等指标达到设计要求，是值得探讨、研究的问题。

材料力学性能检测方式有两种形式，一种为标准试样检测，即依据国标、行标、企标或技术协议规定制取的专门用于性能检测的标准试样进行检测，另一种为依据检测方法在产品件上制取检测试样检测。

采用标准试样检测能很好地反应原材料的性能，并可作为原材料或无法制取检测试样的产品验收依据，但其不能反应产品的材料力学性能满足技术要求，更不能保障产品的综合性能达到设计要求。因从SMC原材料到产品，经历“结构设计、磨具设计、材料质量、成型工艺、力学性能检测方法”等过程因素，均会影响到产品的材料力学性能[5]，即使选用优质的SMC材料，也会使产品的材料力学性能达不到技术要求。另外，选用极少部分的优质SMC原料制作检测样品的成本很低，也为不良供应商采用劣质SMC材料制造产品提供了条件，因此，采用标准样品实施检测并作为产品的验收依据，存在巨大的风险。

产品件制样检测，能真实的反应产品的材料力学性能指标是否达到设计要求，对产品的工艺过程监控、产品质量控制、产品的进厂验收有重要的指导意义，但其存在制样部位选取、取样方向、试样加工等因素制约，导致检测结果出现较大的差异，下面就产品件制样对检测结果的影响因素进行分析讨论。

1 取样部位的影响

重卡SMC材料产品多为结构功能件，结构复杂，在受力面等存在大量不同方向的加强筋，无法达到制取检测试样要求，因加强筋在成型过程中导致玻璃纤维、树脂的流动方向改变，相当于阻断了纤维、树脂的连续分布，使此处的强度相对于其它部位降低，同时，当试样受力时，会在此处形成应力集中，极易在此处发生断裂，导致检测结果大大降低，不能真实代表材料的力学性能。

当取样部位的曲面较大时，制取的检测试样，将对检测结果形成高或低的影响。如拉伸试样在拉伸过程中，试样先由弯曲变直，在此过程中因SMC固化后的塑性差，在弯曲最大处最先形成裂纹并扩展断裂，导致检测结果偏低，弯曲试样如压头压在弓面，因对受力向两边的分解传递，使检测结果偏高，压头在曲面加力，将会使力向中部集中，导致检测结果偏低。

当在翻边取样时，因翻边与主体面不在同一平面内，此处因距离铺料位置较远（视产品大小、翻边大小、铺料面积、部位等决定），SMC熟料中玻璃纤维和浸不佳[6]，SMC料的过渡流动及磨具结构设计问题等等[7]，造成此处的纤维定向分布或纤维量含量少，均会导致检测结果的差异。当制取的检测试样与纤维流动的方向一致时，检测结果偏高，反之，检测结果偏低，两者差距巨大。

可以明确的是，SMC内纤维为短切纤维（约2-4英寸长），在SMC内无序分布，模压成型后的产品件内纤维的分布在正压面也为无序分布，但在边沿、侧面则因树脂的流动造成纤维含量少和一定的纤维定向分布，是形成玻璃钢件性能在不同部位的取样，力学性能差距很大的主要原因。

2 取样方向的影响

SMC材料内的玻璃纤维虽然为短切纤维而无序分散于材料中，但产品在制造过程中，因铺料面积的大小、方式，SMC料的流动性能、SMC塑料中玻璃纤维和浸度，模具设计等等问题，造成产品各个面的玻璃纤维分布数量、方向不同，因此在不同面及同一面不同方向制取的检测试样中，纤维分布量及方向是不同的[8]。

因此，取样面的不同，取样方向的不同，均会造成制取的试样内玻璃纤维分布方向不同，当纤维分布方向与试样的长度方向一致时，检测结果最高，当纤维分布与试样长度垂直时，检测结果最低，这是因为，当试样受力时，因纤维处的强度高于纤维间的树脂，力被传递作用于纤维间的树脂并形成裂纹，裂纹沿纤维间的树脂扩散并最终导致试样断裂，整个过程中，纤维基本未起到增强作用，此种情况，会导致检测结果相差在10～30%或更多。

3 试样制取的影响

SMC产品的力学性能试样制取时，取样表面应无可见的裂痕、划痕、凹坑、气孔等缺陷，取样面在整个产品能取样的面曲率最小，可选取“据、切割、铣、打磨”等形式，所有加工仅限于试样的两侧面进行，不建议对试样正面进行任何加工，因加工会使试样内纤维等受到破坏或减少，无法得到准确的检测结果，如必须加工，建议只进行单面加工较合理。对于试样加工面，必须进行打磨光滑才可进行实验。在加工面内出现气孔、缩痕、裂纹等缺陷的试样应舍去。

4 检测过程的影响

在检测过程中，检测试样必须按照标准要求进行状态调节，试验的环境温度必须控制在“23±2”℃。测量工具的精度应满足标准要求的精度。对于试验速度选取，如检测标准明确的，严格执行检测标准，如检测标准未给出的，试验速度应进行协商确认，因不同的试验速度对检测结果有较大的影响，速度高，造成检测结果偏高，反之，则检测结果偏低。对于数据偏差巨大的异常数据，必须认真检查试样的断口内是否存在“气孔、夹杂、缩松等”缺陷，如有，该试样的检测结果应舍去。

总之，经过标准试样和产品试样检测结果对比，标准试样与SMC产品件力学性能检测值差别可达10%-50%或更多，玻璃钢产品不同部位力学性能的

差异亦超过10%以上。

从以上的分析可知，SMC产品的力学性能正常情况下，侧面及翻边等部位的性能低于正压面，因此，在产品验收时，在侧面、翻边等部位的检測试样的检测结果达到标准要求的最低值，就可认为产品合格。同样，即使在侧面、翻边等部位的检测试样因取样方向的不同，检测的结果也不同，但考虑到此处的性能必须达到技术要求的最低值的前提下，对于同一产品，多个供方的验收规则相同的情况下，规定产品的具体取样部位及方向的方式是可行的，也是公平的。

5 结论

SMC产品的材料力学性能质量控制，在产品上制取检测试样是最好的控制方式。对于不同服役要求的SMC产品材料力学性能质量控制，可实施区别对待，如保险杠、踏步台阶等受力功能件，其检测结果必须达到技术要求的最低值为合格品。而对于受力小，主要为装饰件的产品，如侧导流罩、导风板等，可考虑检测结果低于标准下限要求10%为可接受

的最低限度。

参考文献

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[2] 任铮.浅谈汽车用玻璃钢材料及其制造工艺[J].重型汽车，2005，04： 17-19.

[3] 毕向军，李宗慧，唐泽辉. SMC制品的模压工艺设计[J].工程塑料应用，2010，38（2）30-32.

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[5] 刘庆.周缄影响玻璃纤维增强不饱和聚酯塑料性能的主要因素[J].绝缘材料通信，1997，03：27-30.

[6] 张玉军，巩桂芬，陶鑫，金镇镐，周浩然.不饱和聚酯片状模塑料的研究[J].工程塑料应用，2004， 032（005）：7-9.

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