重卡SMC材料零部件力學性能指標的質量控制

薛天柱 柯增權 朱兮倩

摘 要：SMC材料在重卡車輛上被廣泛應用，涉及到功能件及裝飾件，產品種類多，結構復雜，產品材料的力學性能控制是保證產品質量的重要手段，文章通過對檢測方法的對比和產品制取檢測試樣對檢測結果的影響因素的分析，明確產品材料的力學性能控制的方法--在產品上制取檢測試樣是最有效的力學性能指標質量控制方式。

關鍵詞：SMC;力學性能;產品制樣;質量控制

中圖分類號：U465 ?文獻標識碼：A ?文章編號：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復合材料是Sheet molding compound的縮寫，即片狀模塑料。主要原料由GF（專用紗）、UP（unsaturated polyester resins，不飽和聚酯樹脂，縮寫代號：UP）、低收縮添加劑、MD（填料）及各種助劑組成。因其增強材料為玻璃纖維，而被稱為玻璃纖維增強塑料，簡稱“FRP或玻璃鋼”。SMC復合材料的工藝性能優良、品種多、適應廣泛、價格較低，具有優異的電絕緣性能、機械性能、熱穩定性、耐化學防腐性等被廣泛應用于“電氣工業、汽車工業、鐵路車輛、通訊工程、防爆電器設備外殼”等領域，同時其密度在1.6～2.0g/cm3，只有鋼的1/4～1/5，在等剛度設計條件下比鋼板、鋁材減輕25%～15%，對實現重卡輕量化，環保化，降低燃油排放，提高燃油經濟性具有重要意義[1][2]。

在重卡車輛中，SMC材料被廣泛應用于上車臺階，保險杠、前面罩、頂導流罩、側導流罩、翼子板等功能件及裝飾件，因SMC材料的質量、產品結構設計、磨具設計、成型工藝[3][4]、力學性能檢測過程等均對產品質量有重大的影響，提出材料的技術指標能否在產品上得到體現，保證產品“拉伸強度、拉伸模量、彎曲強度、彎曲模量、沖擊強度”等指標達到設計要求，是值得探討、研究的問題。

材料力學性能檢測方式有兩種形式，一種為標準試樣檢測，即依據國標、行標、企標或技術協議規定制取的專門用于性能檢測的標準試樣進行檢測，另一種為依據檢測方法在產品件上制取檢測試樣檢測。

采用標準試樣檢測能很好地反應原材料的性能，并可作為原材料或無法制取檢測試樣的產品驗收依據，但其不能反應產品的材料力學性能滿足技術要求，更不能保障產品的綜合性能達到設計要求。因從SMC原材料到產品，經歷“結構設計、磨具設計、材料質量、成型工藝、力學性能檢測方法”等過程因素，均會影響到產品的材料力學性能[5]，即使選用優質的SMC材料，也會使產品的材料力學性能達不到技術要求。另外，選用極少部分的優質SMC原料制作檢測樣品的成本很低，也為不良供應商采用劣質SMC材料制造產品提供了條件，因此，采用標準樣品實施檢測并作為產品的驗收依據，存在巨大的風險。

產品件制樣檢測，能真實的反應產品的材料力學性能指標是否達到設計要求，對產品的工藝過程監控、產品質量控制、產品的進廠驗收有重要的指導意義，但其存在制樣部位選取、取樣方向、試樣加工等因素制約，導致檢測結果出現較大的差異，下面就產品件制樣對檢測結果的影響因素進行分析討論。

1 取樣部位的影響

重卡SMC材料產品多為結構功能件，結構復雜，在受力面等存在大量不同方向的加強筋，無法達到制取檢測試樣要求，因加強筋在成型過程中導致玻璃纖維、樹脂的流動方向改變，相當于阻斷了纖維、樹脂的連續分布，使此處的強度相對于其它部位降低，同時，當試樣受力時，會在此處形成應力集中，極易在此處發生斷裂，導致檢測結果大大降低，不能真實代表材料的力學性能。

當取樣部位的曲面較大時，制取的檢測試樣，將對檢測結果形成高或低的影響。如拉伸試樣在拉伸過程中，試樣先由彎曲變直，在此過程中因SMC固化后的塑性差，在彎曲最大處最先形成裂紋并擴展斷裂，導致檢測結果偏低，彎曲試樣如壓頭壓在弓面，因對受力向兩邊的分解傳遞，使檢測結果偏高，壓頭在曲面加力，將會使力向中部集中，導致檢測結果偏低。

當在翻邊取樣時，因翻邊與主體面不在同一平面內，此處因距離鋪料位置較遠（視產品大小、翻邊大小、鋪料面積、部位等決定），SMC熟料中玻璃纖維和浸不佳[6]，SMC料的過渡流動及磨具結構設計問題等等[7]，造成此處的纖維定向分布或纖維量含量少，均會導致檢測結果的差異。當制取的檢測試樣與纖維流動的方向一致時，檢測結果偏高，反之，檢測結果偏低，兩者差距巨大。

可以明確的是，SMC內纖維為短切纖維（約2-4英寸長），在SMC內無序分布，模壓成型后的產品件內纖維的分布在正壓面也為無序分布，但在邊沿、側面則因樹脂的流動造成纖維含量少和一定的纖維定向分布，是形成玻璃鋼件性能在不同部位的取樣，力學性能差距很大的主要原因。

2 取樣方向的影響

SMC材料內的玻璃纖維雖然為短切纖維而無序分散于材料中，但產品在制造過程中，因鋪料面積的大小、方式，SMC料的流動性能、SMC塑料中玻璃纖維和浸度，模具設計等等問題，造成產品各個面的玻璃纖維分布數量、方向不同，因此在不同面及同一面不同方向制取的檢測試樣中，纖維分布量及方向是不同的[8]。

因此，取樣面的不同，取樣方向的不同，均會造成制取的試樣內玻璃纖維分布方向不同，當纖維分布方向與試樣的長度方向一致時，檢測結果最高，當纖維分布與試樣長度垂直時，檢測結果最低，這是因為，當試樣受力時，因纖維處的強度高于纖維間的樹脂，力被傳遞作用于纖維間的樹脂并形成裂紋，裂紋沿纖維間的樹脂擴散并最終導致試樣斷裂，整個過程中，纖維基本未起到增強作用，此種情況，會導致檢測結果相差在10～30%或更多。

3 試樣制取的影響

SMC產品的力學性能試樣制取時，取樣表面應無可見的裂痕、劃痕、凹坑、氣孔等缺陷，取樣面在整個產品能取樣的面曲率最小，可選取“據、切割、銑、打磨”等形式，所有加工僅限于試樣的兩側面進行，不建議對試樣正面進行任何加工，因加工會使試樣內纖維等受到破壞或減少，無法得到準確的檢測結果，如必須加工，建議只進行單面加工較合理。對于試樣加工面，必須進行打磨光滑才可進行實驗。在加工面內出現氣孔、縮痕、裂紋等缺陷的試樣應舍去。

4 檢測過程的影響

在檢測過程中，檢測試樣必須按照標準要求進行狀態調節，試驗的環境溫度必須控制在“23±2”℃。測量工具的精度應滿足標準要求的精度。對于試驗速度選取，如檢測標準明確的，嚴格執行檢測標準，如檢測標準未給出的，試驗速度應進行協商確認，因不同的試驗速度對檢測結果有較大的影響，速度高，造成檢測結果偏高，反之，則檢測結果偏低。對于數據偏差巨大的異常數據，必須認真檢查試樣的斷口內是否存在“氣孔、夾雜、縮松等”缺陷，如有，該試樣的檢測結果應舍去。

總之，經過標準試樣和產品試樣檢測結果對比，標準試樣與SMC產品件力學性能檢測值差別可達10%-50%或更多，玻璃鋼產品不同部位力學性能的

差異亦超過10%以上。

從以上的分析可知，SMC產品的力學性能正常情況下，側面及翻邊等部位的性能低于正壓面，因此，在產品驗收時，在側面、翻邊等部位的檢測試樣的檢測結果達到標準要求的最低值，就可認為產品合格。同樣，即使在側面、翻邊等部位的檢測試樣因取樣方向的不同，檢測的結果也不同，但考慮到此處的性能必須達到技術要求的最低值的前提下，對于同一產品，多個供方的驗收規則相同的情況下，規定產品的具體取樣部位及方向的方式是可行的，也是公平的。

5 結論

SMC產品的材料力學性能質量控制，在產品上制取檢測試樣是最好的控制方式。對于不同服役要求的SMC產品材料力學性能質量控制，可實施區別對待，如保險杠、踏步臺階等受力功能件，其檢測結果必須達到技術要求的最低值為合格品。而對于受力小，主要為裝飾件的產品，如側導流罩、導風板等，可考慮檢測結果低于標準下限要求10%為可接受

的最低限度。

參考文獻

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