BMC(DMC)材料应用发展与未来
材料的发展应用是社会科技发展进步的集中体现。我国复合材料工业起步于1956年,当时我国人均消耗纤维复合材料还很低。到1996年,我国人均纤维复合材料消耗量仅为发达国家人均量1/30(0.2kg),而发达国家为6kg/人。
在欧洲BMC或DMC是有区别的。BMC是指以间苯二甲酸树脂为基体的改进型预混模塑料,称为块状模塑料;DMC为普通常用的预混模塑料,称为团状模塑料。因其特性相似,工艺一致,故BMC、DMC统称为BMC,便于叙述。
春风拂地百草绿,任何新事物都是发展的必然。1949年市场出现了玻璃纤维无捻粗纱时,BMC的应用才得以实现。
BMC的称呼主要有:团状模塑预混料、团状模塑料、块状模塑料、不饱和聚酯树脂、不饱和聚酯为基体的BMC、Bulk moulding compound、BMC、DMC等。
1960年德国拜耳公司(Farben Fabriken Bayerco.)采用了聚酯模塑料进行生产,随后逐渐推广于欧洲、美国、日本等,并形成机械化、大规模量产,为此大大推动了工业材料技术进步。
1989年,美国的BMC产品值超4亿美元,已可与热塑性多种工程塑料制品在很多领域进行激烈竞争。
尽管BMC的开发应用在我国起步较晚,但随着科技发展,社会需求日益剧增。目前,这种材料已越来越受到高度重视与应用。特别是近几年我国材料发展突飞猛进,取得巨大成果;成型设备上也已取得较大成果。世界很多国家都在不断地开发、研究相关产业链,并不断地宣传推广。
BMC这种极具应用价值和生命力的新型材料将在很广泛领域发挥越来越大的作用。因为它具有热固性塑料的基本特性,又具有增强工程塑料的优点。特别是BMC的拉伸强度,冲击强度,耐热性,尺寸稳定性,绝缘性,耐漏电性,耐电弧性,刚性,阻燃性,耐磨性,耐化学、物理性,膨化系数小,收缩率极低,加工性,可自由着色等是其他原材料无可替代的。
BMC参数特性比较见表1—8:
表1—1 BMC与常用玻璃纤维增强塑料的性能比较
材料名称 |
ASTM
检验方法 |
BMC |
POM |
PA66 |
PC |
PP |
PBT |
ABS |
PPO |
模压 |
注射 |
玻璃纤维含量/% |
|
22 |
22 |
25 |
30 |
10 |
20 |
30 |
20 |
20 |
密度/g.cm-³ |
D792 |
1.82 |
1.82 |
1.61 |
1.48 |
1.26 |
1.04 |
1.52 |
1.22 |
1.21 |
拉伸强度/MPa |
D638 |
41.4 |
33.8 |
127.6 |
179.3 |
82.7 |
44.8 |
131.0 |
75.8 |
100.0 |
弯曲强度/MPa |
D790 |
88.3 |
87.6 |
7.58 |
241.3 |
110.3 |
57.2 |
193.1 |
107 |
127.6 |
弯曲模量/GPa |
D790 |
10.89 |
9.93 |
7.58 |
18.96 |
4.14 |
3.59 |
9.65 |
6.0 |
5.17 |
压缩强度/MPa |
D695 |
137.9 |
— |
117.2 |
182.7 |
96.5 |
172.4 |
124.1 |
96.5 |
121.4 |
冲击强度/J·m-² |
D256 |
227.9 |
153.7 |
95.4 |
106 |
196.1 |
159 |
95.4 |
74.2 |
90.1 |
洛氏硬度 |
D785 |
H80~H112 |
M78~M94 |
|
M75~M100 |
— |
R95~R115 |
— |
— |
热变形温度(1.82MPa)/℃ |
D648 |
260 |
162 |
249 |
149 |
146 |
221 |
104 |
154 |
表1—2 不同玻璃纤维含量电绝缘级BMC模塑料的力学性能
性 能 |
低轮廓BMC |
性 能 |
低轮廓BMC |
玻璃纤维含量/% |
玻璃纤维含量/% |
15 |
22 |
30 |
15 |
22 |
30 |
相对密度 |
1.80 |
1.82 |
1.85 |
热变形温度(1.86MPa)/℃ |
202 |
202 |
202 |
吸水率(煮沸4h)/% |
0.65 |
0.65 |
0.65 |
着火时间/s |
100 |
90 |
80 |
拉伸强度/MPa |
35 |
42 |
49 |
着火温度/℃ |
530 |
520 |
510 |
弯曲强度/MPa |
91.4 |
105 |
119 |
燃烧时间/s |
50 |
60 |
70 |
冲击强度(无缺口)/kJ·m-² |
2.65 |
3.24 |
3.73 |
氧指数/% |
32 |
30 |
28 |
压缩强度/Mpa |
127 |
141 |
155 |
介电强度/kV·mm-¹ |
15.75 |
14.76 |
13.78 |
收缩率/% |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
耐电弧性/s |
185 |
180 |
180 |
表1—3 塑封电器用BMC和常用工程塑料性能对比
项 目 |
塑封电器用(BMC) |
聚乙烯 |
聚丙烯 |
聚碳酸酯 |
ACS |
尼龙 |
热导率/W·(m·k-¹) |
0.5 |
0.1~0.14 |
0.16 |
0.14 |
0.12~0.18 |
0.22 |
收缩率/% |
0.1 |
0.5~2.5 |
1~8 |
0.5~0.7 |
0.5 |
1~2.5 |
尺寸稳定性(后收缩率)/% |
0 |
易变形 |
3~4 |
4.6 |
0.4~0.8 |
— |
线膨胀系数10-5/℃ |
1 |
7 |
11 |
6~7 |
11 |
9.1~10 |
UL746长期耐热温度/℃ |
130 |
85 |
80 |
110 |
60~80 |
— |
热变形温度/℃ |
> 200 |
54~74 |
60~70 |
138~157 |
74~107 |
66 |
表1—4 BMC与部分玻璃纤维增强塑料主要性能的比较
性 质 |
BMC(无收缩) |
SMC(低收缩) |
FRP(高强度) |
性 质 |
BMC(无收缩) |
SMC(低收缩) |
FRP(高强度) |
材料形态 |
团状 |
片(带)状 |
— |
拉伸强度/MPa |
34.32~39.22 |
78.45 |
212.8 |
玻璃纤维含量/% |
15 |
20 |
67 |
弯曲模量/GPa |
8.83 |
10.8 |
21.3 |
玻璃纤维长度/cm |
0.635 |
2.54 |
网状 |
洛氏硬度(M) |
97~102 |
100 |
— |
成型温度/℃ |
125~150 |
130~150 |
80 |
常态电阻/MΩ |
107~108 |
108 |
105 |
密度/g·cm-³ |
1.8~1.95 |
1.64 |
1.75 |
煮沸后电阻/MΩ |
105 |
105 |
105 |
成型收缩率/% |
0.05 |
0.3 |
— |
耐电压型/kV·mm-¹ |
13~15 |
12 |
12 |
吸水率/% |
0.10~0.20 |
0.07 |
— |
介电常数(1MHz) |
5.0~5.5 |
4.2 |
4.2 |
煮沸吸水率/% |
0.40~0.50 |
0.7 |
— |
耐电弧性/s |
180~182 |
130 |
— |
耐热性/℃ |
200 |
200 |
200 |
耐漏电性/CTI |
600 |
600 |
— |
热变形温度/℃ |
200 |
200 |
200 |
高电流电弧点火性/次 |
200 |
— |
— |
弯曲强度/MPa |
98~127 |
176.5 |
331.5 |
热线电火性/s |
300 |
— |
— |
冲击强度/kJ·m-² |
2.65~3.31 |
9.94 |
3.64 |
耐燃性94V-0 |
|
— |
— |
压缩强度/MPa |
78.5~98 |
137.3 |
214.7 |
|
|
|
|
表1—5 几种典型BMC模塑料的主要性能参数
指 标 |
普通型 |
电绝缘型 |
防爆型 |
电器封装型 |
密度/g·cm-³ |
1.3~2.1 |
1.3~2.0 |
1.7~1.8 |
2.0 |
收缩率/% |
0.1~0.15 |
0.1~0.12 |
0.2 |
0.1 |
后收缩率/% |
0 |
0 |
0 |
0 |
吸水率/% |
< 0.2 |
< 0.2 |
< 0.2 |
< 0.2 |
热变形温度/℃ |
> 200 |
> 200 |
> 200 |
> 200 |
马丁耐热/℃ |
> 150 |
230 |
230 |
150~230 |
冲击强度/kJ·m-² |
> 20 |
> 20 |
> 20 |
7.7 |
弯曲强度/MPa |
> 80 |
> 80 |
> 80 |
70 |
工频击穿强度/kV·mm-¹ |
> 12 |
> 12 |
|
> 12 |
体积电阻/Ω |
5.9×1018 |
> 1014 |
— |
1013 |
表面电阻/Ω |
1018 |
1014 |
< 109 |
|
耐电弧/s |
|
> 180 |
|
|
耐漏电/V |
|
KC600 |
KC450 |
|
阻燃/级 |
|
V-0 |
|
|
阻燃/s |
|
|
< 15 |
|
表1—6 BMC和酚醛电木对比
项 目 |
酚醛电木 |
BMC |
项 目 |
酚醛电木 |
BMC |
密度/g·cm-³ |
1.5 |
1.8~1.85 |
体积电阻/Ω |
≥1010 |
≥1013 |
吸水性/mg·cm-² |
≤0.4 |
≤0.2 |
击穿强度/kV·mm-¹ |
≥12 |
≥12 |
成型收缩率/% |
0.5~0.7 |
0.1~0.2 |
耐电弧/s |
差 |
180 |
冲击强度/kJ·m-² |
≥6 |
≥20(260) |
抗漏电/V |
差 |
KC600 |
弯曲强度/MPa |
— |
> 80 |
尺寸稳定性 |
差 |
好 |
马丁耐热/℃ |
≥120 |
≥200 |
|
|
|
表1—7 BMC与铝或钢比较
项 目 |
BMC制品 |
铝或钢制品 |
项 目 |
BMC制品 |
铝或钢制品 |
密度/g·cm-³ |
1.85 |
|
价格/万元·吨-¹ |
1.4~1.8 |
铝1.4,钢0.45 |
绝缘性 |
好 |
差(铝2.3,钢7.8) |
产品可设计性 |
好 |
差 |
机械强度 |
中等 |
高 |
耐化学腐蚀性 |
耐腐蚀 |
差 |
耗能 |
低 |
高 |
|
|
|
表1—8 不同品级的BMC制品的力学性能
品 种 |
相对密度 |
成型收缩/% |
拉伸强度/MPa |
弯曲强度/MPa |
弯曲模量/GPa |
吸水率/% |
高强度BMC |
1.7 |
0.15 |
45 |
95 |
7 |
20 |
自熄BMC |
1.8 |
— |
45 |
100 |
9 |
25 |
低收缩BMC |
1.8 |
0.05 |
50 |
95 |
8.5 |
20 |
双酚A、耐化学BMC |
1.7 |
0.02 |
50 |
110 |
7 |
10 |
电绝缘BMC |
1.8 |
0.15 |
45 |
90 |
8.5 |
15 |
快固化BMC |
1.85 |
0.1 |
35 |
85 |
7 |
25 |
BMC应用范围主要有:
l 建材产品类:水管接头,弯头,管道,门窗框,水阀……
l 工业产品:矿用隔炸型电缆连接器,船用塑壳自动开关,医疗设备,航空配件……
l 民用产品:管道,浴盆,电熨斗托盘,底座,电弧隔栅,手柄,滚轮,厨房用具,餐具,水壳把柄,勺柄,绝缘配件,照相器材,摄影器材,玩具,水槽,微波炉,马路旁井盖,缝纫机外壳搅拌器……
l 电器、电子产品:大功率开关,短路器配件,接触器配件,电容器,电视、家用配件,电磁阀,插座,灯头,日光灯罩,骨架,支架,旋钮,电脑配件……
l 运动器材类:高尔夫球,运动器材机身,踏板,抓手把……
l 交通运输类:火车座椅与卧铺床,高档汽车车灯壳,车身,汽车挡板,引擎箱,车内饰件,仪表架,操作板,烟灰缸……
l 工具类:电动工具外壳,电机壳,机械零件,电钻开关壳体,转子轴,焊机钳壳……
BMC的成型工艺:
BMC的成型主要有:压制成型、压铸成型和注射(注塑)成型。
压制或注射成型时,树脂纤维、填料等能够同时流动,并速度均匀地充满模腔,在极端时间内就可一次成型而制得具有较高刚性和强度,带有深筋、预埋嵌件或凸出结构的良好复杂的制品。具有流动性、固化性、成型收缩及尺寸精度稳定性、着色性等。
随着航空、航天、工业发展、社会需求的日益提升,对设备、模具、原料的提升,科技发展愈加强烈。有许多领域传统的压制、压铸成型已满足不了日益发展的需求。可喜的事,设备、模具、原料的发展日趋完善。如今很多国家都在大规模注射成型生产制品。模具已达到自动切流道料柄,除尘灰或冷流道无料柄等自动生产技术。原料也达到依需所配,依需之量产出。工艺上,注射(塑)机型机都已经非常成熟。新锐公司自主研发生产的BMC注射(塑)成型机在很多运用领域已得到众多客户好评。已有多项BMC成型专利获得。为客户提升效率,确保成品环保、美观;大幅降低操作者劳动强度,节约原料,清料方便,节约时间,不破坏玻纤结构等确保强度。
新锐公司提供ZS(注射式),ZDZS(自动加料复合式),BMC(螺杆式),HBMC(螺杆注塞复合式)四种进料结构。依客户产品提供合理立式、角式、双锁(一机多锁)、卧式等BMC专用机。该类设备具有安全、快速、高效、环保等,并确保成品。
BMC应用发展正日益递增。应用领域亦越来越广。因其料具有能源、成本、环保等几十种综合优良特点,必将取代其他更多材料。
复合材料应用范围之广是生活质量提升的标志,也是一个社会文明进步的体现。随着我国开放成功,国力剧增,BMC的应用需求将越来越广泛。相信新锐公司与众多同行必将能为BMC的发展作出更大贡献而努力着……
国殷民富科为先,企诚人实技勤高;天道酬勤言不差,辛勤耕耘结硕果。让我们为BMC各个行业(材料、模具、设备、工艺……)辛勤耕耘者表示感激!百花齐放,让我们为明天的美好生活而努力! |