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成功案例Success Case

基于QFD、TRIZ、DOE的聚酯片状模塑料开发项目

TIME:2016-01-30

       某复合新材料有限公司是中美合资企业,专业从事SMC片料、玻璃纤维门皮、汽车、卫浴等高性能复合材料制品的生产和玻璃纤维门的组装及销售,是中国玻纤协会、复合材料行业协会等理事单位,已成为中国复合材料行业产能最大,产品研发能力最强的生产企业之一。
该公司主打产品玻璃纤维增强复合材料门的生产能力达到10万扇/年,近年来,客户对于SMC门提出了更高的要求,特别是门使用的公共场所的阻燃安全性,为此本新产品试制计划提出的建筑装饰材料专用阻燃SMC主要针对阻燃SMC门皮开发,预计阻燃SMC门市场可达1万扇/年,对应阻燃片状模塑料的需求在200吨/年。我公司对阻燃SMC领域的不断扩展,现在阻燃SMC领域已扩展到轨道交通和电力设备等,2009年1月和2009年3月完成了迪拜Sunrise Plastech FZC公司和中铁长龙两家公司的送样,反映良好。迪拜Sunrise Plastech FZC是著名的电器柜生产企业,而中铁长龙是铁道部指定的铁路内饰用复合材料生产单位之一,预计上述两家公司的阻燃SMC用量规模在800~1000吨/年。
        面对巨大的市场需求和日益激励的市场竞争,该公司开发成功阻燃型SMC材料不仅完善了我公司的产品种类,对相关产品和产业起到了积极的促进与带动作用;同时还将大大缓解了国际竞争给我国玻璃钢工业发展带来的巨大压力。阻燃型SMC用途广泛,市场前景良好,满足了市场的需求,对浙江省玻璃钢产业起到了促进作用。

        本项目通过QFD、TRIZ、DOE等质量管理方法,首先分析市场需求,了解本产品存在的不足,并将质量管理方法运用到技术改进中去,主要实现了下面五点的技术创新:

        1)复合不饱和树脂体系上的创新
        在该课题的研制开发中,为了提高阻燃填料的加入量,我们尝试了不饱和聚酯树脂和超低粘度乙烯基树脂复配使用的树脂体系,通过正交实验方法,实验以不饱和聚酯树脂和乙烯基树脂的配比、阻燃填料添加量为主要影响因素,配制不同的树脂糊,制备SMC片材,在145±3℃条件下压制测试试样,以拉伸强度和氧指数为主要考核指标,确定最佳的树脂体系组分。该复合树脂组分降低树脂糊体系粘度,可提高阻燃填料的加入量,大幅提高SMC的阻燃性能。
        2)润湿分散添加剂的选择上的创新
        如果大量阻燃填料不能很好的分散并充分的被树脂所包覆(润湿),则会导致树脂糊粘度高,玻纤浸润不好,通过加入润湿分散添加剂,降低了体系粘度,防止相分离助剂能够帮助克服树脂与低收缩组分之间产生的相分离,并控制树脂糊粘度保证批次间的稳定性,该种添加剂是本配方的关键组分。针对复配的树脂体系,我们通过比较不同添加剂的润湿效果,选择了新型润湿分散添加剂和适当添加量,改善体系粘度,促进高填充量阻燃填料在树脂中的分散,提高了SMC的阻燃性能,并降低了SMC材料的成本。
       3)复合填料选择上的创新
        传统的阻燃SMC配方中,只使用一种粒径ATH作为填料,这样往往使得SMC的阻燃性能不尽如人意,在本项目中,采用激光颗粒度分析对不同ATH填料的粒径及其颗粒度分布进行充分分析与研究,通过与填料生产厂家合作以及自己进行配制的方法,得到颗粒度分布优化的复合型ATH填料;将两种不同粒径超微ATH填料复配使用,发挥两种填料的协同填充阻燃效果,使阻燃填料发挥最大的阻燃效率。
         4)SMC工艺参数的设计
         我们公司自行设计了一条SMC生产线,达到了1万吨/年的SMC生产规模,提高了生产效率。
         5)阻燃型SMC熟化的控制及检测工艺
         由于模压工艺对SMC的熟化程度、SMC产品稳定性要求非常高,一旦在使用过程中稍有环节出现故障,将影响整批产品的质量,因此,我们对树脂糊进行了大量的熟化对比实验,绘制了树脂糊的增稠曲线,找出适合模压工艺所对应的片料熟化针对度范围。在试制过程中研究了不同增稠剂类型对增稠速度的影响,聚酯树脂分子量和酸值对增稠的影响等,为原材料的选择提供了详实的实验数据。在包装之前,对片料熟化程度(针入度)进行时时跟踪检测,并对片料的力学性能和氧指数进行全检,以满足客户生产要求。