重卡SMC材料零部件力學(xué)性能指標(biāo)的質(zhì)量控制

薛天柱 柯增權(quán) 朱兮倩

摘 要：SMC材料在重卡車輛上被廣泛應(yīng)用，涉及到功能件及裝飾件，產(chǎn)品種類多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，產(chǎn)品材料的力學(xué)性能控制是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段，文章通過(guò)對(duì)檢測(cè)方法的對(duì)比和產(chǎn)品制取檢測(cè)試樣對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響因素的分析，明確產(chǎn)品材料的力學(xué)性能控制的方法--在產(chǎn)品上制取檢測(cè)試樣是最有效的力學(xué)性能指標(biāo)質(zhì)量控制方式。

關(guān)鍵詞：SMC;力學(xué)性能;產(chǎn)品制樣;質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)：U465 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：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(fù)合材料是Sheet molding compound的縮寫(xiě)，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(shù)脂，縮寫(xiě)代號(hào)：UP）、低收縮添加劑、MD（填料）及各種助劑組成。因其增強(qiáng)材料為玻璃纖維，而被稱為玻璃纖維增強(qiáng)塑料，簡(jiǎn)稱“FRP或玻璃鋼”。SMC復(fù)合材料的工藝性能優(yōu)良、品種多、適應(yīng)廣泛、價(jià)格較低，具有優(yōu)異的電絕緣性能、機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)防腐性等被廣泛應(yīng)用于“電氣工業(yè)、汽車工業(yè)、鐵路車輛、通訊工程、防爆電器設(shè)備外殼”等領(lǐng)域，同時(shí)其密度在1.6～2.0g/cm3，只有鋼的1/4～1/5，在等剛度設(shè)計(jì)條件下比鋼板、鋁材減輕25%～15%，對(duì)實(shí)現(xiàn)重卡輕量化，環(huán)?；?，降低燃油排放，提高燃油經(jīng)濟(jì)性具有重要意義[1][2]。

在重卡車輛中，SMC材料被廣泛應(yīng)用于上車臺(tái)階，保險(xiǎn)杠、前面罩、頂導(dǎo)流罩、側(cè)導(dǎo)流罩、翼子板等功能件及裝飾件，因SMC材料的質(zhì)量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、磨具設(shè)計(jì)、成型工藝[3][4]、力學(xué)性能檢測(cè)過(guò)程等均對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有重大的影響，提出材料的技術(shù)指標(biāo)能否在產(chǎn)品上得到體現(xiàn)，保證產(chǎn)品“拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、沖擊強(qiáng)度”等指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是值得探討、研究的問(wèn)題。

材料力學(xué)性能檢測(cè)方式有兩種形式，一種為標(biāo)準(zhǔn)試樣檢測(cè)，即依據(jù)國(guó)標(biāo)、行標(biāo)、企標(biāo)或技術(shù)協(xié)議規(guī)定制取的專門(mén)用于性能檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行檢測(cè)，另一種為依據(jù)檢測(cè)方法在產(chǎn)品件上制取檢測(cè)試樣檢測(cè)。

采用標(biāo)準(zhǔn)試樣檢測(cè)能很好地反應(yīng)原材料的性能，并可作為原材料或無(wú)法制取檢測(cè)試樣的產(chǎn)品驗(yàn)收依據(jù)，但其不能反應(yīng)產(chǎn)品的材料力學(xué)性能滿足技術(shù)要求，更不能保障產(chǎn)品的綜合性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因從SMC原材料到產(chǎn)品，經(jīng)歷“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、磨具設(shè)計(jì)、材料質(zhì)量、成型工藝、力學(xué)性能檢測(cè)方法”等過(guò)程因素，均會(huì)影響到產(chǎn)品的材料力學(xué)性能[5]，即使選用優(yōu)質(zhì)的SMC材料，也會(huì)使產(chǎn)品的材料力學(xué)性能達(dá)不到技術(shù)要求。另外，選用極少部分的優(yōu)質(zhì)SMC原料制作檢測(cè)樣品的成本很低，也為不良供應(yīng)商采用劣質(zhì)SMC材料制造產(chǎn)品提供了條件，因此，采用標(biāo)準(zhǔn)樣品實(shí)施檢測(cè)并作為產(chǎn)品的驗(yàn)收依據(jù)，存在巨大的風(fēng)險(xiǎn)。

產(chǎn)品件制樣檢測(cè)，能真實(shí)的反應(yīng)產(chǎn)品的材料力學(xué)性能指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，對(duì)產(chǎn)品的工藝過(guò)程監(jiān)控、產(chǎn)品質(zhì)量控制、產(chǎn)品的進(jìn)廠驗(yàn)收有重要的指導(dǎo)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(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)較大的差異，下面就產(chǎn)品件制樣對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響因素進(jìn)行分析討論。

1 取樣部位的影響

重卡SMC材料產(chǎn)品多為結(jié)構(gòu)功能件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在受力面等存在大量不同方向的加強(qiáng)筋，無(wú)法達(dá)到制取檢測(cè)試樣要求，因加強(qiáng)筋在成型過(guò)程中導(dǎo)致玻璃纖維、樹(shù)脂的流動(dòng)方向改變，相當(dāng)于阻斷了纖維、樹(shù)脂的連續(xù)分布，使此處的強(qiáng)度相對(duì)于其它部位降低，同時(shí)，當(dāng)試樣受力時(shí)，會(huì)在此處形成應(yīng)力集中，極易在此處發(fā)生斷裂，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果大大降低，不能真實(shí)代表材料的力學(xué)性能。

當(dāng)取樣部位的曲面較大時(shí)，制取的檢測(cè)試樣，將對(duì)檢測(cè)結(jié)果形成高或低的影響。如拉伸試樣在拉伸過(guò)程中，試樣先由彎曲變直，在此過(guò)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(kuò)展斷裂，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果偏低，彎曲試樣如壓頭壓在弓面，因?qū)κ芰ο騼蛇叺姆纸鈧鬟f，使檢測(cè)結(jié)果偏高，壓頭在曲面加力，將會(huì)使力向中部集中，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果偏低。

當(dāng)在翻邊取樣時(shí)，因翻邊與主體面不在同一平面內(nèi)，此處因距離鋪料位置較遠(yuǎn)（視產(chǎn)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(guò)渡流動(dòng)及磨具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題等等[7]，造成此處的纖維定向分布或纖維量含量少，均會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的差異。當(dāng)制取的檢測(cè)試樣與纖維流動(dòng)的方向一致時(shí)，檢測(cè)結(jié)果偏高，反之，檢測(cè)結(jié)果偏低，兩者差距巨大。

可以明確的是，SMC內(nèi)纖維為短切纖維（約2-4英寸長(zhǎng)），在SMC內(nèi)無(wú)序分布，模壓成型后的產(chǎn)品件內(nèi)纖維的分布在正壓面也為無(wú)序分布，但在邊沿、側(cè)面則因樹(shù)脂的流動(dòng)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(xué)性能差距很大的主要原因。

2 取樣方向的影響

SMC材料內(nèi)的玻璃纖維雖然為短切纖維而無(wú)序分散于材料中，但產(chǎn)品在制造過(guò)程中，因鋪料面積的大小、方式，SMC料的流動(dòng)性能、SMC塑料中玻璃纖維和浸度，模具設(shè)計(jì)等等問(wèn)題，造成產(chǎn)品各個(gè)面的玻璃纖維分布數(shù)量、方向不同，因此在不同面及同一面不同方向制取的檢測(cè)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(huì)造成制取的試樣內(nèi)玻璃纖維分布方向不同，當(dāng)纖維分布方向與試樣的長(zhǎng)度方向一致時(shí)，檢測(cè)結(jié)果最高，當(dāng)纖維分布與試樣長(zhǎng)度垂直時(shí)，檢測(cè)結(jié)果最低，這是因?yàn)?，?dāng)試樣受力時(shí)，因纖維處的強(qiáng)度高于纖維間的樹(shù)脂，力被傳遞作用于纖維間的樹(shù)脂并形成裂紋，裂紋沿纖維間的樹(shù)脂擴(kuò)散并最終導(dǎo)致試樣斷裂，整個(gè)過(guò)程中，纖維基本未起到增強(qiáng)作用，此種情況，會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果相差在10～30%或更多。

3 試樣制取的影響

SMC產(chǎn)品的力學(xué)性能試樣制取時(shí)，取樣表面應(yīng)無(wú)可見(jiàn)的裂痕、劃痕、凹坑、氣孔等缺陷，取樣面在整個(gè)產(chǎn)品能取樣的面曲率最小，可選取“據(jù)、切割、銑、打磨”等形式，所有加工僅限于試樣的兩側(cè)面進(jìn)行，不建議對(duì)試樣正面進(jìn)行任何加工，因加工會(huì)使試樣內(nèi)纖維等受到破壞或減少，無(wú)法得到準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，如必須加工，建議只進(jìn)行單面加工較合理。對(duì)于試樣加工面，必須進(jìn)行打磨光滑才可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在加工面內(nèi)出現(xiàn)氣孔、縮痕、裂紋等缺陷的試樣應(yīng)舍去。

4 檢測(cè)過(guò)程的影響

在檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)試樣必須按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，試驗(yàn)的環(huán)境溫度必須控制在“23±2”℃。測(cè)量工具的精度應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的精度。對(duì)于試驗(yàn)速度選取，如檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)明確的，嚴(yán)格執(zhí)行檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，如檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)未給出的，試驗(yàn)速度應(yīng)進(jìn)行協(xié)商確認(rèn)，因不同的試驗(yàn)速度對(duì)檢測(cè)結(jié)果有較大的影響，速度高，造成檢測(cè)結(jié)果偏高，反之，則檢測(cè)結(jié)果偏低。對(duì)于數(shù)據(jù)偏差巨大的異常數(shù)據(jù)，必須認(rèn)真檢查試樣的斷口內(nèi)是否存在“氣孔、夾雜、縮松等”缺陷，如有，該試樣的檢測(cè)結(jié)果應(yīng)舍去。

總之，經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試樣和產(chǎn)品試樣檢測(cè)結(jié)果對(duì)比，標(biāo)準(zhǔn)試樣與SMC產(chǎn)品件力學(xué)性能檢測(cè)值差別可達(dá)10%-50%或更多，玻璃鋼產(chǎn)品不同部位力學(xué)性能的

差異亦超過(guò)10%以上。

從以上的分析可知，SMC產(chǎn)品的力學(xué)性能正常情況下，側(cè)面及翻邊等部位的性能低于正壓面，因此，在產(chǎn)品驗(yàn)收時(shí)，在側(cè)面、翻邊等部位的檢測(cè)試樣的檢測(cè)結(jié)果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的最低值，就可認(rèn)為產(chǎn)品合格。同樣，即使在側(cè)面、翻邊等部位的檢測(cè)試樣因取樣方向的不同，檢測(cè)的結(jié)果也不同，但考慮到此處的性能必須達(dá)到技術(shù)要求的最低值的前提下，對(duì)于同一產(chǎn)品，多個(gè)供方的驗(yàn)收規(guī)則相同的情況下，規(guī)定產(chǎn)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(jié)論

SMC產(chǎn)品的材料力學(xué)性能質(zhì)量控制，在產(chǎn)品上制取檢測(cè)試樣是最好的控制方式。對(duì)于不同服役要求的SMC產(chǎn)品材料力學(xué)性能質(zhì)量控制，可實(shí)施區(qū)別對(duì)待，如保險(xiǎn)杠、踏步臺(tái)階等受力功能件，其檢測(cè)結(jié)果必須達(dá)到技術(shù)要求的最低值為合格品。而對(duì)于受力小，主要為裝飾件的產(chǎn)品，如側(cè)導(dǎo)流罩、導(dǎo)風(fēng)板等，可考慮檢測(cè)結(jié)果低于標(biāo)準(zhǔn)下限要求10%為可接受

的最低限度。

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