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SMC
最近,一建材公司在旺旺上寻找SMC材料的模具。
此产品是电表箱上的外壳子,一时间,我不知道SMC是什么材料了?
因我的记忆中没大有接触这种材料。
所以求助网络对SMC材料进行了解,以下是我查到的SMC的资料,供大家参考,因是从各个网站上摘抄整理的,还请大家一起学习。
对于电表箱的模具,大家可能能联想到家里或楼房里用到的公用电表箱,就是里面有好几个电表的那种。
客户问9个电表的表箱是多少钱呀?
呵呵,我就料到客户会问这个问题,所以,立即找到了2006年的报价。
以前有给蒙阴的一客户报过电表箱玻璃钢的产品及模具价格,所以用最快的速度回答了客户。
SMC是Sheetmoldingcompound的缩写,即片状模塑料。
主要原料由SMC专用纱、不饱和树脂、低收缩添加剂,填料及各种助剂组成。
它在二十世纪六十年代初首先出现在欧洲,在1965年左右,美、日相继发展了这种工艺。
我国于80年代末,引进了国外先进的SMC生产线和生产工艺。
SMC具有优越的电气性能,耐腐蚀性能,质轻及工程设计容易、灵活等优点,其机械性能可以与部分金属材料相媲美,因而广泛应用于运输车辆、建筑、电子/电气等行业中。
SMC的应用范围广泛,大致有:
一、汽车工业的应用悬架零件,前、后保险杠,仪表板等;车身及车身部件,硬壳车顶,防滑地板,阻流板,遮阳罩,发动机罩;发动机盖下部件,导风罩,进气管盖,风扇导片圈,发动机隔音板;车内装饰部件:
车门把手,仪表盘,转向杆部件。
二、铁路车方面的应用座椅、茶几台面;铁路车辆窗框,车厢壁板与顶板,铁路信号电缆应答器。
三、电气及通信工程中的应用电器罩壳:
电器开关盒,电器配线盒,电缆分配箱外壳,终端分配器;电子工程应用:
天线反射罩、雷达罩、印刷电路板;电器元件:
绝缘子、绝缘操作工具、电机换向器;通信设备应用:
电话机外壳、电缆分配箱、电话亭。
四、在建筑工程中的应用高层屋顶水箱、净化槽;淋浴用品:
如浴缸、洗池、防水盘、坐便器;建筑模板、储存间构件:
如壁板、顶蓬、门框。
五、其它集装箱、电杆夹套、工具锤柄和铲柄、餐饮用具、货架托盘
SMC材料具有优越耐腐蚀性能,质轻及工程设计容易、灵活等优点,其机械性能可以与部分金属材料相媲美)具有可设计性好、强度高、防水、耐腐性、不易污染等特点。
因此采用SMC复合材料制造的玻璃钢环保空调机壳体特点是:
重量轻、比强度高、抗冲击的特点,它的密度约为钢密度的1/4,铝密度的2/3,而强度却很大,其拉伸强度与普通碳钢接近,弯曲强度及弯曲弹性模量是普通塑料型材的8~10倍。
耐酸碱、耐腐蚀、抗老化,SMC材料是优良的耐腐蚀材料,对酸、碱、盐、大部分有机物、海水以及潮湿都有较好的抵抗力,对于微生物的作用也有抵抗的性能,其使用寿命长。
SMC材料与其他材料的性能比较
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SMC材料是Sheetmoldingcompound的缩写,即片状模塑料。
主要原料由GF(专用纱)、UP(不饱和树脂)、低收缩添加剂,MD(填料)及各种助剂组成。
与其他材料相比,SMC材料具有优越的电气性能,耐腐蚀性能,质轻及工程设计容易、灵活等优点,其机械性能可以与部分金属材料相媲美,SMC材料成型加工方便,因而广泛应用于运输车辆、建筑、电子/电气等行业中。
項目
单位
一般塑料
SMC材料
铝合金
木材
不锈钢
1
比重
1.10-1.40
1.6-1.9
2.57-2.96
0.8-0.95
7.19
2
收縮率
%
0.9-0.4
0.3-0.05
0.45-0.35
NA
NA
3
拉伸強度
kg/c㎡
200-800
600-1500
600-1800
NA
1100-2100
4
压缩強度
kg/c㎡
500-1200
1500-2000
100-300
NA
1800
5
弯曲強度
kg/c㎡
600-1000
1350-2500
560-1800
NA
700
6
冲击強度
kg/c㎡
5-40
50-100
1-3
NA
4-6
7
热变形溫度
℃
80-160
>200
NA
NA
NA
8
介电強度
KV/mm
12-25
9-25
NA
NA
NA
9
耐电弧性
Sec
50-100
120-200
NA
NA
NA
10
吸水率
24hr%
0.1-0.3
0.15-0.5
NA
NA
NA
11
耐腐蚀性
High
High
Low
High
Low
12
设计弹性
High
High
High
Medium
Low
13
原料成本
Medium
Medium
Medium
Low
High
14
加工成本
Low
Low
High
High
High
15
耐火性
Low
High
High
Low
High
16
最终产品成本
s/in3
Medium
Low
High
Medium
High
SMC模压制品外部形状的设计要点
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对于SMC模压制品的设计,不仅要依据SMC制品的使用质量要求,承受载荷的工作状况来决定制品听形状结构,而且也要依据模压生产的实际,对过程中每个程序、每个影响因素进行必要的分析、权衡,使所确定的制品结构符合模压制造的工艺要求。
SMC制品设计结构对以后生产过程的影响,主要表现在模具的设计难易和模压过程中的工艺条件的实施。
理想的模制品结构,应能很方便地设计和制造成型模具,并能顺利地制造出优质的SMC模压制品。
SMC制品外部形状设计是SMC模压制品设计的基础环节。
SMC制品外部形状:
SMC模压制品的外部尺寸、形状,是在模具成型零件的包容下获得的。
制品外部形状越简单,模具成型零件就越便于加工制造;制品外尺寸精度要求越低,模具成型零件加工精度也相应降低。
因此,在决定制品外部结构时,应在满足使用质量的前提下,尽量使其简单规则。
在进行SMC模压制品的设计时,应充分注意到制品外形对工艺性的影响。
如很多情况下在外形结构上不可避免地需要沟、台、凹凸不仅会使模具制造复杂化,而且会因为模压料在成型时流向回转曲折而影响成品率,因此在SMC制品外形设计中(尤其对高强度要求制品),必须尽可能减少模压料在成型过程中的流向回转曲折。
制品由于存在尖角,在其成型过程中,SMC模压料被尖角阻滞,产生料流不均,常在尖角部位引起树脂积聚或缺料、蓬松,并容易造成制品受压不均,使脱模后制品因内应力的存在而产生翘曲变形。
此外,还会造成制品表面质量差,强度下降等弊病。
因此,在设计SMC模压制品时,尖角要倒圆,在不影响外观及使用要求的前提下,半径应尽量加大。
固化周期对SMC材料的影响
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在模具内发生的固化反应,通过树脂分子间的交联,使未固化SMC材料转变成固体部件,固化程度决定交联密度,影响固化SMC材料的物理和力学性能。
通常SMC复合材料的拉伸强度、拉伸模量、耐热性、耐化学性能随固化程度的增加而提高,而应变失效及抗冲击性能随固化程度增加而下降。
一个优质的制件要求较高的固化度。
一般来说SMC材料中的不饱和聚酯的固化反应为二级反应。
大量研究表明,反应速率常数k1和k2随温度增加而增加。
低收缩热塑性添加剂的存在降低固化速率及固化度。
随着固化的进行,树脂的固化反应速度提高,在达到凝胶点时粘度急剧提高。
粘度的大幅度提高极其严重地影响了SMC坯料在模具内的流动,因而加压合模时机必须在SMC材料树脂凝胶点前。
否则会发生SMC模压件制品表面的空隙。
获得预定固化度所需的时间称为固化周期。
在压力模压工艺中,固化周期包括了绝大部分的模压周期。
因此,固化周期的减少意味着生产率的提高。
通过改变材料配方,例如使用快速固化树脂或高反应性催化剂-抑制剂体系;或者改变模压参数,例如模压温度,都可以达到降低固化周期的目的。
减少SMC材料的固化周期,提高了模压制品的生产效率,增强了SMC材料的市场竞争力。
SMC材料模压工艺中常见的质量问题
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SMC材料模压工艺是玻璃钢/复合材料成型工艺中生产效率最高的一种。
SMC模压工艺还有很多优点,例如:
制品尺寸准确、表面光洁、制品外观及尺寸重复性好、复杂结构也可一次成型、二次加工无需损伤制品等。
但在SMC模压生产过程中也会出现不良缺陷现象,主要表现在以下几个方面
(l)缺料:
缺料是指SMC模压成型件没完全充满,其产生部位多集中在SMC制品的边缘,尤其是边角的根部和顶部。
原因分析:
(a)放料量少,(b)SMC材料流动性差,(c)设备压力不充足(d)固化太快。
产生机理及对策:
①SMC材料受热塑化后,熔融粘度大,在交联固化反应完成前,没有足够的时间,压力,和体积使融体充满模腔。
②SMC模压料存放时间过长,苯乙烯挥发过多,造成SMC模压料的流动性能明显降低。
③树脂糊未浸透纤维。
成型时树脂糊不能带动纤维流动而造成缺料。
由上述原因所引起的缺料,最直接的解决方法是切料时剔除这些模压料。
④加料量不足引起缺料。
解决方法是适当增大加料量。
⑤模压料中裹有过多的空气及大量挥发物。
解决方法有,适当增加排气次数;适当加大加料面积嗝一定时间清理模具;适当增大成型压力。
⑥加压过迟,模压料在充满模腔前已完成交联固化。
⑦模温过高,交联固化反应提前,应适当降温。
(2)气孔。
产品表面上有规则或不规则的小孔,其产生部位多在产品顶端和中间薄壁处。
产生机理及对策:
①SMC模压料中裹有大量空气以及挥发物含量大,排气不畅;SMC料的增稠效果不佳,不能有效赶出气体。
对于上述引起原因,可通过增加排气次数以及清理模具相结合的方法而得到有效的控制。
②加料面积过大,适当减少加料面积可得到控制。
在实际操作过程中,人为因素也有可能造成砂眼。
比如加压过早,有可能使模压料裹有的气体不易排出,造成制品表面出现气孔的表面缺陷。
(3)翘曲变形。
产生的主要原因是模压料固化不均匀和脱
模后产品的收缩。
产生机理及对策:
在树脂固化反应过程中化学结构发生变化,引起体积收缩,固化的个均匀使得产品有向首先固化的一侧翘曲的趋势。
其次,制品的热胀系数较大于钢模具。
当制品冷却时,其单向收缩率大于模具的单向热收缩率。
为此,采用如下方法加以解决:
①减少上、下模温差,使温度分布尽可能均匀;
③使用冷却夹具限制变形;
④适当提高成型压力,增加制品的结构密实性,降低制品的收缩率;
⑤适当延长保温时间,消除内应力。
⑥调整SMC材料的固化收缩率。
(4)起泡。
在已固化制品表面的半圆形鼓起。
产生机理及对策:
可能是材料固化不完全,局部温度过高或是物料中挥发分含量大,片材间困集空气,使制品表面的半圆形鼓起。
①适当提高成型压力
②延长保温时间
③降低模具温度。
④减小放料面积
(5)制品表面颜色不均匀
产生机理及对策
①模温不均匀,局部过高,应适当控制模温;
②模压料的流动性差,造成纤维分布不均匀,一般可提高成型压力增加融体的流动性;
③在色浆调配过程中颜料与树脂不能很好的混溶。
。
航天动力复合材料技术发展现状
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著名科学家师昌绪院士在北京科技大学举办的“中国材料名师讲坛”上讲到:
材料的水平决定着一个领域乃至一个国家的科技发展的整体水平;航空、航天、空天三大领域都对材料提出了极高的要求;材料科技制约着宇航事业的发展。
固体火箭发动机以其结构简单,机动、可靠、易于维护等一系列优点,广泛应用于武器系统及航天领域。
而先进复合材料的应用情况是衡量固体火箭发动机总体水平的重要指标之一。
在固体发动机研制及生产中尽量使用高性能复合材料已成为世界各国的重要发展目标,目前已拓展到液体动力领域。
科技发达国家在新材料研制中坚持需求牵引和技术创新相结合,做到了需求牵引带动材料技术发展,同时材料技术创新又推动了发动机水平提高的良性发展。
目前,航天动力领域先进复合材料技术总的发展方向是高性能、多功能、高可靠及低成本。
作为我国固体动力技术领域专业材料研究所,四十三所在固体火箭发动机各类结构、功能复合材料研究及成型技术方面具有雄厚的技术实力和研究水平,突破了我国固体火箭发动机用复合材料壳体和喷管等部件研制生产中大量的应用基础技术和工艺技术难关,为我国的固体火箭发动机事业作出了重要的贡献,同时牵引我国相关复合材料与工程专业总体水平的提高。
建所以来,先后承担并完成了通讯卫星东方红二号远地点发动机,气象卫星风云二号远地点发动机,多种战略、战术导弹复合材料部件的研制及生产任务。
目前,四十三所正在研制多种航天动力先进复合材料部件,研制和生产了载人航天工程的逃逸系统发动机部件。
二、国内外技术发展现状分析
1、国外技术发展现状分析
1.1结构复合材料
国外发动机壳体材料采用先进的复合材料,主要方向是采用炭纤维缠绕壳体,使发动机质量比有较大提高。
如美国“侏儒”小型地地洲际弹道导弹三级发动机(SICBM-1、-2、-3)燃烧室壳体由IM-7炭纤维/HBRF-55A环氧树脂缠绕制作,IM-7炭纤维拉伸强度为5300MPa,HBRF-55A环氧树脂拉伸强度为84.6MPa,壳体容器特性系数(PV/Wc)≥39KM;美国的潜射导弹“三叉戟II(D5)”第一级采用炭纤维壳体,质量比达0.944,壳体特性系数43KM,其性能较凯芙拉/环氧提高30%。
国外炭纤维的开发自八十年代以来,品种、性能有了较大幅度改观,主要体现在以下两个方面:
①性能不断提高,七、八十年代主要以3000MPa的炭纤维为主,九十年代初普遍使用的IM7、IM8纤维强度达到5300MPa,九十年代末T1000纤维强度达到7000MPa,并已开始工程应用;②品种不断增多,以东丽公司为例,1983年生产的炭纤维品种只有4种,到1995年炭纤维品种达21种之多。
不同种类、不同性能的炭纤维满足了不同的需要,为炭纤维复合材料的广泛应用提供了坚实的基础。
芳纶纤维是芳族有机纤维的总称,典型的有美国的Kevlar、俄罗斯的APMOC,均已在多个型号上得到应用,如前苏联的SS-24、SS-25洲际导弹。
俄罗斯的APMOC纤维生产及其应用技术相当成熟,APMOC纤维强度比Kevlar高38%、模量高20%,纤维强度转化率已达到75%以上。
PBO纤维是美国空军1970年开始作为飞机结构材料而着手研究的产品,具有刚性极强的线形伸直链结构。
美国Bruswick公司用抗拉强度为5.5GPa级的PBO纤维进行缠绕容器的综合研究,内径为250mm的球形高压容器,实测平均爆破压强91MPa,纤维强度转化率86%,容器特性系数65.2KM,与抗拉强度为5.65GPa的T-40炭纤维缠绕容器相比(PV/W值为45.2KM),PBO性能要高31%。
此外,复合材料以其质轻的优势替代传统的金属材料获得广泛应用,典型的有复合材料发射筒、网格结构及各种压力容器。
国外复合材料导弹发射筒在战略、战术型号上广泛采用,如美国的战略导弹MX导弹、俄罗斯的战略导弹“白杨M”导弹均采用复合材料发射筒。
由于复合材料发射筒相对于金属材料而言,结构重量大幅度减轻,使战略导弹的机动灵活成为可能。
在战术导弹领域,复合材料导弹发射筒的应用更加普遍。
网格结构的研究早在20世纪70年代就已开始,目前已有多种类型网格结构在航空航天领域用作战略导弹级间段,空间飞行器舱体、箭与卫星的对接框等不同部件,如1997年美国空军菲利普实验室以自动化缠绕技术制作网格结构承力部件应用于飞机改制,加州复合材料中心将复合材料网格应用于航空喷气发动机,日本研制的碳/环氧复合材料网格结构作为第三级发动机与旋转平台的级间段结构成功地应用在H1火箭上。
从20世纪60年代末开始,航天领域中以S玻璃和凯夫拉-49纤维复合的金属内衬轻质压力容器逐渐取代传统的全金属压力容器。
美国在1975年开始了轻质复合材料气瓶研制,采用S-玻纤/环氧、Kevlar/环氧缠绕复合材料气瓶。
随着炭纤维性能提高及成本大幅度下降,炭纤维与低成本铝内衬制造技术相结合,使得费用低、质量轻、性能高、可靠性好的高压容器的生产变为现实。
1.2结构/功能一体化材料
在国外动力系统喷管部件已趋向全炭/炭化,入口段与喉衬采用整体式多维炭/炭编织物,出口锥用炭/炭材料或碳布带缠绕制成,延伸喷管技术相当成熟。
喉衬材料方面,国外高性能惯性顶级固体发动机、星系固体发动机、战略导弹固体发动机,几乎全部采用3D、4D炭/炭复合材料喉衬。
炭/炭扩张段主要应用于宇航发动机及战略导弹上面级发动机。
如美国研制的Star系列宇航发动机炭/炭扩张段,及MX导弹第三级采用炭/炭扩张段和二维延伸的炭/炭延伸锥,三叉戟D5潜地战略固体导弹第二级采用了可延伸的炭/炭延伸锥。
法国研制的炭/炭扩张段应用于西欧远地点助推发动机MageII号。
俄罗斯炭/炭扩张段出口直径达1.5m,出口厚度2.8mm,已应用于“起点一号”运载火箭上面级等众多型号发动机。
八十年代中期,法国SEP公司开发了厚度方向有炭纤维增强的在Novoltex炭/炭扩张段、延伸锥技术。
美国侏儒导弹第三级的炭/炭扩张段和延伸锥、雅典娜(Athena)运载火箭惯性顶级发动机Orbus21HP、波音公司运载火箭Delta-III的第二级(RL10B-2)和Ariane4运载火箭上面级液氢/液氧发动机HM7使用了SiC涂层的Novoltex炭/炭扩张段。
2、国内技术发展现状分析
2.1结构复合材料
国内固体发动机壳体已成功采用玻璃纤维及芳纶纤维。
航天四十三所还配合有关部门进行了国产芳纶纤维初步性能研究,有待于进一步加强工艺应用研究。
四十三所在炭纤维复合材料壳体研究方面进行了大量的预先研究工作,进行了φ1400mm、φ2000mm炭纤维壳体研制。
与国外相比,主要差距有:
APMOC纤维依赖进口,应用中纤维强度转化率较低;高性能炭纤维未实现国产化,应用受到限制;壳体工艺控制手段不先进;目前尚没有型号应用炭纤维缠绕的固体发动机壳体。
在PBO纤维应用研究方面,航天四十三所进行了初步的探索性研究,在PBO纤维表面处理、PBO纤维适应的树脂配方研究等工作都已取得了较大的进展。
但与国外相比,存在着基础应用研究不多、原材料依赖进口的缺点。
国内在轻质复合材料应用上也开展了相关研究。
在复合材料发射筒研究方面,航天四十三所及哈尔滨玻璃钢制品研究所进行了XX系列导弹发射筒的研制,已成功地进行了多种地面试验和实弹发射考核。
在飞航导弹复合材料发射筒研制方面,航天科工集团三院研制了长5.45m,内径502mm的导弹贮运发射筒。
航天四十三所、哈尔滨玻璃钢制品研究所等单位进行了网格结构材料初步应用研究,43所同时针对网格结构缠绕成型的特点开发了缠绕软件。
上述工作为大型主承力网格结构实际应用奠定了良好的基础。
总体说来,目前国内对网格结构的研究主要集中于理论方面,需加强复合材料主承力网格结构应用技术研究,以提高我国空间飞行器的性能,缩短在该技术上与国外的差距。
四十三所多年来一直从事复合材料压力容器研究工作,从早期的玻璃纤维压力容器,Kevlar-49压力容器到F-12芳纶纤维及炭纤维压力容器,性能一直处于国内先进水平,S-Ⅱ玻璃纤维压力容器的PV/W值达到20km,F12芳纶纤维PV/W为38km,T700炭纤维PV/W为40km。
在金属内胆压力容器研制方面,成功地进行了DFH-4卫星平台用50L炭纤维高压复合材料气瓶缠绕研制工作,已进入正样阶段。
此外,航天四十三所还成功研制了宇航员生命保障系统用容器和多种环形及异形容器,在上述研究的基础上,将相关产品已应用到卫星、运载火箭和军用飞机上,具有十分重要的意义。
2.2结构/功能一体化材料
喉衬材料一直是固体火箭发动机材料应用研究的重点和关键。
近20年来,炭/炭复合材料喉衬的研制和应用取得了很大的进展,航天四十三所于70年代末期建立起了Φ650mm的毡基炭/炭喉衬研制生产线,80年代初又掌握了4D炭/炭喉衬研制工艺技术,通过工艺攻关,基本具备了大型战略导弹SRM各级发动机喉衬预成型体编织,CVD均热法、热梯度法,高压浸渍炭化,高温石墨化工艺的研制条件。
四十三所研制了与国际水平同步发展的各种类型炭/炭喉衬材料,其中4种炭/炭喉衬材料性能已达到同类材料的国际先进水平。
喷管扩张段、防热环技术是我国SRM技术中与国外差距最大的项目,大约落后20年左右,严重制约着我国战略、战术导弹武器的技术水平。
国内大型喷管扩张段/延伸段结构件材料目前主要采用采用炭/酚醛、高硅氧/酚醛复合缠绕绝热层及玻璃纤维/环氧缠绕结构层,耐温性与刚度比较低,限制了喷管热防护材料的进一步发展,研制耐高温轻质的喷管结构材料成为必要。
航天四十三所已开展多项轻质炭/炭扩张段预先研究,先后成功通过固体及液体发动机地面热试车,承担的“863项目”研制的不同规格的炭/炭延伸段已先后多次成功通过液体发动机地面热试车,为航天动力系统的轻质化奠定了一定的技术基础。
三、问题及建议
1、原材料研究滞后阻碍了高性能复合材料研制的步伐
如我国在“九•五”期间开发的国产芳纶纤维,尽管其抗拉强度已达到4470MPa,但该纤维存在工艺性较差、制作的复合材料层间剪切强度较低等缺点。
目前航天动力用炭纤维复合材料均为进口炭纤维,多为日本东丽公司的炭纤维,国产炭纤维原丝质量不稳定,纤维强度较低且离散性较大。
PBO增强复合材料是未来先进复合材料主要发展方向之一,可我国的PBO纤维至今完全依赖进口。
制备C/SiC复合材料的先驱体树脂陶瓷产率低。
从长远考虑,建议国家投入经费,应加强高性能原材料工业化力度,大幅提高性能,扩大规模,降低成本。
从而降低军用复合材料成本。
2、需要进一步加强复合材料的基础研究
复合材料经过了多年的发展历程,现已基本自成体系,无论在原材料、构件成型,还是工程应用等方面,国内外都已形成规模。
但是,就国内目前的现状看来,几十年的发展对于一种高新材料而言,远远不够,随着复合材料应用领域的扩展、使用条件的提高,所产生的高性能、低成本、多功能要求,有待于开展更广泛、更深入地研究。
建议今后复合材料领域的研究工作计划围绕以下几方面展开:
高性能复合材料进一步研制;复合材料低成本化研究;复合材料界面结构和性能的研究与控制;复合材料结构及工艺过程控制研究。
3、进一步提高制造技术和制造工艺
尽管我国有许多材料的水平已接近甚至达到国际先进水平,但由于材料应用技术水平落后,制造工艺和制造技术差,造成复合材料结构件的性能差。
因此,需要重视提高应用技术,开发先进制造工艺和制造技术。
四、结束语
在航天动力技术领域,先进复合材料起着重要的作用。
当前,复合材料技术的快速发展,使研制和应用高性能结构复合材料、结构/功能一体化的高温烧蚀防热材料成为可能,先进的复合材料技术将给动力系统的研发提供强有力的技术支持,使发动机性能获得新的飞跃。
将对我国武器装备的快速进步、航天事业的飞跃发展具有举足轻重的作用。
该文章同时发表在"玻璃钢/复合材料/复合材料制品”博客圈,“宁波华缘集团有限责任公司”企业博客
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SMC工艺特点
模压工艺是将树脂与增强纤维混合,并加入固
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