片狀模塑料( SMC)是一種短切玻璃纖維增強不飽和聚酯樹脂模塑料，采用片狀模塑料壓制成型工藝制造的復合材料制品具有質量輕、成型工藝簡單、強度相對較高、價格低廉等優點，在汽車部件、衛生潔具、電器配件、建筑裝飾等領域有廣泛的應用。如果能夠進一步降低SMC密度，減輕復合材料部件的質量，SMC制品在交通運輸領域包括汽車、軌道交通甚至航空方面將會有更大的競爭優勢。

       1988年國外開發中空微球填充SMC，制備汽車配件，并應用于Corvette內板的生產，使SMC的密度從普通級SMC的1.9 g/cm3降到低密度SMC的1.4g/cm3。2005年美國專利公開一種“低密度熱固性模塑料”的制備方法，采用硅藻土、蛭石粉、空心玻璃微珠、空心陶瓷球、膨脹珍珠巖等低密度填料作為低密度添加劑制備環氧、聚酯和酚醛等熱固性樹脂模塑料，根據配比不同，密度在1.1—1.7 g/cm3范圍。硅藻土、蛭石粉、膨脹珍珠巖等礦物填料強度較低、吸樹脂性較大而且對降低SMC密度并保持其力學性能幫助不大。空心微珠尤其是空心玻璃微珠表觀密度低、壓縮強度高，用于填充聚合物改善材料隔音隔熱性能，提高材料耐磨耐腐蝕性能，降低制品密度等國內外有不少研究報道。

       進一步研究空心玻璃微珠對SMC制品的密度、強度、沖擊性能以及減震隔熱等方面的影響，有著較為實際的意義和應用價值。

1  實驗部分

1.1原材料及儀器

      不飽和聚酯樹脂：P17-903B，金陵帝斯曼樹脂有限公司；硬脂酸鋅：一等品，南京金陵化工廠；聚苯乙烯糊：自配；苯乙烯：AR，上?；瘜W試劑廠；中堿短切玻璃纖維粗紗：泰山玻璃纖維廠；過氧化苯甲酸叔丁酯：TBPB，江蘇強盛化工有限公司；Mg0:活性60，上海敦煌化工廠；空心玻璃微珠：秦皇島玻璃微珠廠；偶聯劑：KH560，武漢大學化工廠。

      四柱熱壓機：YNY32-IOO型，武漢毅能鍛壓機械公司；微機控制電子萬能材料試驗機：RGT-30，深圳瑞格爾公司；熱變形溫度測試儀：XRW-300型，安泰檢測設備公司；掃描電子顯微鏡：JEOL2000型，日本電子公司。

1.2 SMC的制備

       按照一定配比將脫膜劑、低收縮添加劑、交聯劑、固化劑、空心玻璃微珠加入到不飽和聚酯樹脂中，在攪拌機上混合均勻，再按要求加入增稠劑攪拌，加入確定量玻璃纖維，在塑料薄膜中夾片排泡壓實，收卷增稠。再采用100 t四柱熱壓機，300 mm×300 mm×10 mm的金屬模具壓制成片材。

       SMC配方（質量分數）：UP樹脂40%，短切玻璃纖維25%，聚苯乙烯10%，玻璃微珠0- 20%，TBPB l%，Mg0 1.5%，ZnSt 2%，偶聯劑0.5%。

1.3性能測試

      密度按照GB/T 1464-1987測試；力學性能按照GB/T 1448-1983、GB/T 1449-1983測試；熱性能按照GB/T 1634-2004測試。

2結果與討論

2.1  空心玻璃微珠用量對SMC密度及熱性能的影晌

     

       本研究中玻璃微珠用量在4% - 20%內變化，微珠的用量還可更高，但由于高用量下，混合物黏度較大，不利于短切玻璃纖維的浸潤與片材成型。圖l為空心玻璃微珠用量對SMC密度和熱變形溫度的影響。從圖1可看出，隨玻璃微珠用量的增加，SMC密度呈現下降趨勢，前期下降趨勢較快，后期密度下降趨緩。其原因可能隨玻璃微珠用量的增大，玻璃球相互聚集，壓制中會有破碎。在SMC體系中微珠質量分數達到20%，密度可降低到1.22 g/cm3，在常規SMC（1.8-1.9 g/cm3左右）基礎上降低30%左右。

       從圖l還可見，隨玻璃微珠用量的增大，熱變形溫度上升，其原因在于填料的加入相當于起到物理交聯點的作用，能夠使分子鏈不易移動，從而有利于樹脂耐熱性能的提高。玻璃微珠質量分數為200-/0時，SMC熱變形溫度能提高18℃。

2.2玻璃微珠用量對SMC力學性能的影晌

               
       圖2是玻璃微珠用量對SMC彎曲強度和壓縮強度的影響。從圖2可看出，隨玻璃微珠用量的增大，彎曲強度和壓縮強度均呈下降趨勢，尤其是玻璃微珠質量分數達到10%以后，下降趨勢加快。玻璃微珠質量分數達到20%后，彎曲強度損失了30%，壓縮強度損失了50%，但此時的強度仍能達到作為圍護型復合材料使用的要求。壓縮強度比彎曲強度損失更
快的原因在于：玻璃纖維對壓縮強度的支持小于彎曲強度，造成壓縮強度更迅速下降。由此可見，如果要求SMC在密度降低的條件下還要有較好的力學性能，玻璃微珠質量分數以不超過10%為宜。
                      
       圖3是玻璃微珠填充SMC的SEM圖。由圖3a可以看出，SMC體系中纖維是以無序形式存在，玻璃微珠質量分數達到20%時，體積填充量已經比較高，微珠與微珠之間的距離比較小，有些球已經互相接觸。從斷面破壞情況看，纖維未受到破壞，主要是以微珠破裂形式出現，原因是微珠壁薄，與纖維相比強度要低的多，受力會首先產生破壞，由此也可解釋微珠用量越高，SMC力學強度越低的現象。由圖3b可以看出，纖維附近與纖維接觸的許多微珠出現變形破裂，應該有一部分是在模壓過程中，纖維流動對微珠擠壓造成的破裂，因此，降低模壓壓力應該能夠降低微珠的破損率，對SMC的低密度性能有利。

3結論

       玻璃微珠可以作為SMC填充料來降低其密度，其用量增加而SMC密度下降。玻璃微珠質量分數達到20%時，填充SMC的密度比常規SMC的低30%。

       隨玻璃微珠用量的增大，彎曲強度和壓縮強度均下降；當玻璃微珠質量分數達到20%后，彎曲強度損失了30%，壓縮強度損失了50%。

       增加空心玻璃微珠用量能在一定程度上提高SMC熱變形溫度。
      從工藝與性能綜合角度看，玻璃微珠用量不宜超過l10% 。模壓工作壓力不宜過大，以避免玻璃微珠破碎，失去降低密度效果。