圖1 NCC的生物技術(shù)中心利用這條SMC混配生產(chǎn)線來開發(fā)其試驗級別的含生物填料的SMC（圖片來自NCC）

美國國家復(fù)合材料中心的生物技術(shù)中心正在研究有關(guān)片狀模塑料（SMC）的配方技術(shù)，以期生產(chǎn)出比重只有1.2的SMC部件。

長期以來，片狀模塑料（SMC）一直被用于制作各種各樣的汽車復(fù)合材料部件，僅在美國，每年就要消耗大約147420t的SMC，其應(yīng)用主要涉及各種外飾車身板，包括：前后擋泥板、引擎蓋、門板和行李箱蓋，以及行李箱底板/備胎槽和其他的二級支撐結(jié)構(gòu)件等。
然而，長久以來，SMC的重量/效率問題始終沒有得到改善：一直沿用***今的傳統(tǒng)的SMC材料配方的密度通常在1.5～1.9的范圍內(nèi)，或者更大。為此，人們正在展開大量的研究，以期通過使用生物基材料來顯著降低SMC的比重，從而降低其重量。

圖2 采用了生物填料的SMC材料（圖片來自NCC）

美國國家復(fù)合材料中心（the National Composites Center，簡稱“NCC”）的生物技術(shù)中心（The Bio-Lite Technical Center of Excellence）便是其中之一。經(jīng)過2年的努力，該中心已開發(fā)出了可優(yōu)化SMC配方的技術(shù)，并期望能夠以此生產(chǎn)出比重只有1.2的部件。作為該項目的一部分，該中心正在對幾種綠色材料進行研究，以期幫助制造商降低汽車復(fù)合材料的重量。
研究的一個方面集中在了填料上。目前，包括滑石粉、石灰?guī)r和碳酸鈣在內(nèi)的幾種粉狀礦物填料已在SMC中得到了廣泛應(yīng)用。其中，碳酸鈣的用量相對較大，約占SMC填料市場份額的55%。因此，該中心專注于研發(fā)可取代碳酸鈣的生物基填料。這項研究的目標是，尋求一種可使部件重量降低30%的生物基填料。
NCC的科學(xué)家Rujul Mehta博士成為這項研究工作的負責(zé)人。據(jù)他介紹，該中心目前正在對大豆粉、谷物、稻殼、洋麻、硅石塊以及可回收的纖維素等進行評價，并重點研究大豆粉，因為其研究工作得到了美國密蘇里州的國家大豆委員會的部分贊助。

圖3 在一臺專用的模壓機上試制出的飾板。該試制品由含大豆基填料的SMC成型出來（圖片來自NCC）

Mehta介紹說，早期的研究成果使人倍受鼓舞。到目前為止，該中心已經(jīng)證實了大豆基填料在降低重量方面所具有的潛力，它可使聚酯基的SMC的重量降低30%。另外的試驗表明，用大豆、纖維素和洋麻填料取代碳酸鈣時，可使SMC的比重降低22%～36%。
然而，依然存在一些技術(shù)上的挑戰(zhàn)：與使用碳酸鈣填料的SMC的不足1%的含水量相比，使用大豆基填料的SMC的含水量大約是5%。此外，使用碳酸鈣填料的SMC的彈性模量是14GPa，相比之下，使用大豆基填料的SMC的彈性模量只有10GPa。類似地，材料的抗張強度也由85GPa降到了79GPa，而表觀抗剪強度則由19MPa下降到18MPa。Mehta說，他們正在研究通過采用施膠劑（sizing agents）來部分地恢復(fù)損失的彈性模量。