13[1].【复合材料】第3章_模压成型工艺2

（2） SMC的种类
1.


BMC 即块状模塑料（Bulk Molding Compound) TMC 即厚片状模塑料 SMC厚0.63cm，TMC厚 5.08cm 结构 SMC 高强 SMC LS-SMC 低收缩SMC ITP-SMC 渗透增稠片状模塑料 耐热 SMC 阻燃 SMC
模压成型工艺分类：





（1）纤维料模压 将预混或者预浸的纤维模压料装在金 属模具中加热加压成型制品。应用广泛。 （2）织物模压 将预先织成所需形状的两向、三向以及 多向织物浸渍树脂后，在金属对 模中加热加压成型。 （3）层压模压 将预浸胶布或毡剪成所需形状，经过叠 层后放入金属对模中加热加压成型制品。它适于成型薄 壁制品。 （4）碎布料模压 将预浸胶布剪成碎布块放入模具中加 热加压成型制品。 （5）缠绕模压 将予浸渍的玻璃纤维或布带缠绕在一定 模型上，再在金属对模中加热加压定型。这种方法适用 于有特殊要求的制品及管材。



（ 6）SMC模压 将SMC片材按制品尺寸、形状、厚度等要 求裁剪下料，然后将多层片材合后放人模具加热加压成 型制品。此法适于大面积制品成型，目前在汽车工业、 浴缸制造等方面得到了迅速发展。 （7）预成型坯模压 先将短切纤维制成与制品形状和尺 寸相似的预成型，然后将其放入模具中倒人树脂混合物， 在一定温度压力下成型。它适用于制造大型、高强、异 形、深度较大、壁厚均一的制品。 （8）定向铺设模压 将单向预浸料（纤维或无纬布）沿 制品主应力方向取向铺设，然后模压成型。制品中纤维 含量可高达70％，适用于成型单向强度要求高的制品。
低收缩添加剂
(5)无填料





用来降低成本或改善某些物理性能（如流动性、 硬度、减低放热效应等）和化学性能。但随填料 加入量的增加树脂糊粘度增大，使浸渍困难、密 度加大。使用时考虑：油吸附量 、触变性 、 细 度 。 类型：氧化硅及硅酸盐类：如石棉、滑石粉、瓷 土、氧化硅、硅藻土和火山灰等。 碳酸盐类：常用的为碳酸钙 硫酸盐类：硫酸钡和硫酸钙等； 氧化物类：如氢氧化铝等。
6.3 模压成型工艺


6.3.1 概 述 模压成型工艺是将一定量的模压料放入金属 对模中，在一定的温度和压力作用下，固化 成型制品的一种方法。属于高压成型 .需要 能对压力进行控制的液压机，又需要高强度、 高精度、耐高温的金属模具。
模压成型工艺特色
1. 2.
3.
4. 5. 1. 2.
优点 较高的生产效率， 制品尺寸准确，表面光洁， 多数结构复杂的制品可一次成型，无需有损制品 性能的二次加工， 制品外观及尺寸的重复性好， 容易实现机械化和自动化。 缺点 模具设计制造复杂，压机及模具投资高， 制品尺寸受设备限制，一般只适合制造批量大的 中、小型制品。
6.3.2 模压料
6.3·2.1 原料 短纤维模压料的基本组分为；短纤维增强材料、树脂 基体和辅助材料。 树脂基体：应用最普遍的是各种类型的酚醛树脂和不饱 和聚脂、环氧树脂。 短纤维增强材料 多为玻璃纤维、高硅氧纤维，碳纤维、 尼龙纤 维 以 及 两 种 以上纤维 混杂材料 。 纤维长 度多为 30mm～50mm。含量一般在50％～60％范围内（质量比）。 辅助材料是为了具有良好的工艺性和满足制品的特殊性能 要求。如改善流动性、尺寸稳定性、阻燃性、耐化学腐蚀 性等加入的助剂。


在模压过程中，物料宏观上历经粘流、凝胶和硬化 三个阶段。微观上分子链由线型变成了网状体型结 构。这种变化不会自发进行，需要一定的外部条件--主要为温度、压力、时间等模压工艺条件/模压工 艺参数。 生产上称为压制制度，它包含温度制度和压力制度 。
温度制度


温度的主要作用是促进树脂塑化和固化。初期温度增 高使热固性树脂粘度降低，便于模压料流动充满模腔。 随温度升高，粘度增大，直至失去流动性变成不溶不 熔状态。从物质结构上看，温度的作用主要是增加分 子热运动和分子间进行化学反应的能力。使分子链上 各基团比较容易进行反应。 在模压整个过程的各阶段所需要输入的热能是不同的， 为便于控制制定了温度制度，包括：装模温度、升温 速度、最高模压温度和恒温、降温及后固化温度等
2）影响增稠效果的因素： a.酸值 b.增稠剂活性 c.微量水分 d.温度
树脂增稠特性与含水量关系
3）增稠机理：
（4） 低收缩添加剂



不饱和聚酯树脂固化时将发生7％-10％的体积收缩。 低收缩添加剂正是为了降低或消除这种固化收缩而引入 的。它可使SMC制品表面光滑、无裂纹，收缩量可低至 接近于零。 低收缩添加剂均为热塑性高分子聚合物。可作为低收缩 添加剂的热塑性聚合物有PVC、PS、PE、PVA等 。添加 量5%左右，粒径小于30μ m . 原理：低收缩添加剂有与聚酯相容的组分，体系温度升 高时，热塑性树脂与聚酯树脂都发生热膨胀，聚酯是在 热塑性聚合物施加的内压下固化的，热膨胀力阻止收缩。
(Sheet Molding Compound)

SMC是干法生产FRP制品的一种中间材料。与其它成型材料的 根本区别在于其增稠作用。在浸渍玻璃纤维时体系黏度较低，浸 透后黏度急速上升，达到并稳定在可供模压的程度。 （1） SMC特点：重现性好，制造不易受操作者和外界条件的影 响。还有： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 操作处理方便 作业环境清洁 可成型带有筋条河凸部的制品 质量均匀 SMC成型品表面光洁度高 生产率高，成型周期短，易于实现机械化自动化。
SMC制造 铺玻璃纤维
制品制造
裁料
制品
门
叶片
水箱
盒
制品
BMC模塑料
压机
模具
6.3.4 模压工艺
6.3.4.1 压制前的准备

模压料预热:预热温度一般在６0～100℃;不超 过30min
模压料预成型
将模压料在室温下预先压成与制品相似的形 状 ，然后再进行压制。预成型操作可缩短成 型周期，提高生产率及制品性能。一般在批 量生产、使用多腔模具或特殊形状和要求的 制品时采用。
脱模剂的选用
1. 2.
直接模压中多用外脱模剂或内外脱模剂结合使用。 外脱模剂是在装料前直接涂刷在模具的成型面上。 酚醛型模压料多用机油、油酸、硬脂酸等； 环氧及环氧酚醛型模压料多采用硅脂或有机硅。 在满足脱模要求下应尽可能少用且应涂刷均匀，以 免降低制品表面质量
6.3.4.2 模压工艺参数
6.3.3.3 SMC生产工艺
( 1) 生产过程
SMC成型机
l）树脂糊制备及上糊

树脂糊的制备有两种方法： 批混合法 将树脂和除增稠剂外的各组分先行 混合，再通过计量泵和混合泵加入MgO增稠剂。 批混合程序中黏度控制条件： 树脂初始粘度 3.5Pa.s， 引发剂、单体加入后粘度 8 Pa.s 填料加入后粘度 1.5Pa·s 增稠剂加入后粘度 30Pa.s 增稠剂加入30min后粘度 50 Pa.s
6.3.3.2


SMC的组分及其性能

SMC 由 树脂糊（基体材料）加玻纤（增强材 料）组成。 其中树脂糊由不饱和聚酯树脂、增调剂、低 收缩添加剂、填料、颜料、内脱模剂等组分构 成。 不饱和聚酯树脂、玻璃纤维和填料在通用SMC中 占95%以上。
·

（1）基体材料
不饱和聚酯树脂
不饱和聚酯树脂是SMC的主要组分,要求: 1）低粘度，便于浸渍玻璃纤维 2）易同增稠剂反应， 3）固化迅速， 4）热强度较高， 5）有足够的韧性
(2)SMC 配方
考虑可模压性。即模压时应具有良好的均匀性和流动性。模压时，树脂
一增强材料一填料三者不能分离
(3) 工艺参数
SMC一般参数 幅宽：0.45m～1.5m；厚度：1.3mm～6．4mm； 纤维含量：25％～35％； 纤维长度：12mm～50mm； 纤维取向任意； 聚乙烯薄膜厚度：0·05mm ； 单重：2～6 kg/m2 树脂糊涂敷量：3～12kg／min 树脂浸渍黏度：10～50Pa.s
（1）装模温度



指将物料放入模腔时模具的温度。它主要决定于模压 料的品种和质量指标。 装模温度---有利于赶出低分子物和使物料易于流动， 且树脂不致发生明显的化学变化 镁酚醛装模温度在150 ℃ -170 ℃ 。氨酚醛、酚醛环 氧型模压料一般在80 ℃ -90 ℃ 。不饱和树脂更低。 模压料的挥发物含量高，装模温度较低。反之要适当 提高装模温度。结构复杂及大型制品一般宜在室温-90 ℃范围内。

装料量的估算

模压制品的体积常采用下列方法进行粗略估算： 形状、尺寸简化计算法 将形状复杂的制品凭经验简 化成一系列的标准几何形状后进行计算 密度比较法 模压制品有相对应的金属或其他零件 时可用
w W模压 = － r模压 (1+ɑ) r

铸型比较法 先在金属模具中，用树脂、石蜡等铸型 材料铸成制品形状并称其质量，再按铸型材料的质 量及密度与模压料密度比较，求出模压料制品质量。
（2）

交联剂、引发剂、阻聚剂


1）交联剂:常用交联剂有苯乙烯，以及甲基丙 烯酸甲酯、乙烯基甲苯和邻苯二甲酸二丙烯酯 等 2）引发剂:室温下不分解,制得的SMC贮藏期长, 达到某一温度时，分解速度快，交联效率高； 价格低。 3）阻聚剂：为了防止过早聚合，延长贮存期 而加入的。必须在引发剂和所用树脂的临界温 度内不失效，又不能影响交联固化和成型周期。
（6） 内脱模剂
各种SMC都必须采用内脱模剂；它是在配制树 脂糊时加入的，其作用是使制品容易脱模。 内脱模剂有卵磷酯、烷基磷酯酸、合成和天然腊、 硬酯酸和硬酯酸盐等。 内脱模剂使用量一般为1％～3％。用量过大，将 对制品热强度产生不利影响，且使表面粗糙。



（7） 增强材料




SMC中的增强材料主要是短切玻璃纤维及毡，应用 最多的是玻璃纤维。其它有：石棉纤维、麻、有机纤 维 玻璃纤维必须具有下述性能：易切割；易分散；浸渍 性好；抗静电；流动性好；强度高等。 水分含量对树脂增稠速度、制片过程的静电特性及切 割性都有影响。浸润剂含量对粗纱集束性、切割性、 分散性和浸渍速度影响很大 。 纤维长度：一般为 40mm～50mm、含量通常在 25％～ 35％。
（3）

增稠剂
SMC在制备时要求树脂的粘度低，以利于树脂对玻璃纤 维及填料的浸渍。而在贮运和模压成型时，又要求坯 料粘度较高。


1）常用的增稠剂 氧化镁、氧化钙、氢氧化钙。此外有氧化钡、氢氧化钡、 氧化铅等。 氧化镁 增稠特性与MgO的活性和加入量密切相关。混合增稠剂的效果更为理 想。例如，用CaO／Ca（OH）2、MgO／CaO、CaO／Mg（OH）2 。等
（3）最高模压温度

模压温度目前主要依树脂放热曲线来确定。用 DTA或DSC可以测定树脂固化过程中的放热或吸 热情况。根据放热量可以判断树脂缩聚反应的 程度。从而为确定模压温度提供依据。 氨酚醛树脂在80 ℃时开始缩聚反应，145～ l70℃反应最为激烈，180 ℃ 时树脂固化反应 逐渐完成。为保证树脂固化反应达到要求的程 度，应将模压温度定在180 ℃左右。
6.3.3 SMC成型工艺

6.3.3.1 SMC的特点与种类 SMC即片状模塑料 近30年来 FRP 工业最显著的成就之一。 是用不饱和聚酯树脂、增调剂、引发剂、交联剂、低收 缩添加剂、填料、内脱模剂和着色剂等混合成树脂糊， 浸渍短切玻璃纤维粗纱或玻璃纤维毡，并在两面用聚乙 烯或聚丙烯薄膜包覆起来形成的片状模压成型材料。使 用时，只需将两面的薄膜撕去，按制品的尺寸裁切、叠 层、放人模具中加温加压、即得所需制品。
（2）升温速度



指由装模温度到最高压制温度的升温速率。 快速模压工艺，装模温度就是压制温度 。 慢速压制工艺中，应慎重选择。尤其成型厚 制品时 由于模压料本身导热性差，升温过快，在制品中易造 成内外固化不均匀而产生内应力，甚至可能导致与热 源接触部位的物料先固化，因而限定内部未固化的物 料的流动，不能充满模腔，造成废品；升温过慢又降 低了生产效率。 一般采用10 ～30 ℃ /h的升温速度，对氨酚醛的小 尺寸制品可采用 1 ～ 2℃ ／min。