SMC片状模压成型工艺

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SMC树脂糊的组成
树脂 引发剂
填料 低收缩添加剂
化学增稠剂 内脱模剂 着色剂
不饱和聚酯(间苯型UP、邻苯型UP) 过氧化物(BPO、TBP) CaCO3 热塑性树脂粉 MgO 硬酯酸金属盐 染料
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SMC的工艺特点和地位
操作方便，易实现自动化，生产效率高，改善了湿法成型的 作业环境和劳动条件； 通过改变组分的种类与配比，可改变成型工艺和制品性能； 通过改变填料的种类与加入量，可降低成本或使制品轻量化； 成型流动性好，可成型结构复杂的制件或大型制件； 制品尺寸稳定性好，表面平滑，光泽好，纤维浮出少，从而 简化了后处理工序； 增强材料在生产与成型过程中均无损伤，制品强度高，可进 行轻型化结构设计。
通过加入增稠剂就能满足这种要求。 增稠剂又叫增粘剂，其作用是使不饱和聚酯树脂的粘度 迅速增加，粘度达到工艺要求后又相对稳定。
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增稠剂的特性
① 在浸渍阶段，为了保证良好的浸润性，增稠过程要缓慢； ② 在浸渍后，又要求粘度迅速增高，以适应贮运和模压操作； ③ 增稠后的坯料，在模压温度下能迅速充满模腔，并使树脂与 纤维不发生离析； ④ 增稠后的粘度，在贮存期内必须稳定在可模压的范围内； ⑤ 增稠作用在生产中应该有稳定的重现性。
④不够“绿色”，有一定污染。
2
模压成型
(Compression Molding )
树脂体系 增强纤维 模具 压机
模压料
4
模具及压机
5
模塑料
片状模塑料(Sheet Molding Compound，SMC)：不饱和 聚酯树脂浸渍短切纤维或毡片，经增稠后制得薄片状模塑料。 在生产时，只需将片状模塑料裁剪、叠合后放入模具中热压， 就可得到制品。
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填料
z 填料按其化学成分可分为四类：氧化硅及硅酸盐类(石棉、 滑石粉、瓷土、氧化硅、硅藻土等)；碳酸盐类(碳酸钙)；硫 酸盐类(硫酸钡、硫酸钙等)；氢氧化物类(氢氧化铝)。
z 多数情况下填料用量占SMC配方总量的1／3以上。
CaCO3
遮盖性好，改善制品 表面性能。
类型 I II
性能 颗粒尺寸/μm 吸油值
熔点： 70℃ 133℃ 用量： 树脂量的1～3％
150℃
145℃
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增稠机理
第二阶段：碱式盐与UP分子中的酯基生成络合盐
CO
O
CH2 O C CH2 CH2 O
C O Mg OH
O
O
O
CH2 CH2 C O CH2 O C
此时若吸水，则水可与镁原子优先配合而从配合物中 取代出羧基，从而降低整个系统的粘度，这就是微量水可 以增粘而过量水却是降粘的原因。
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MgO
MgO是应用最广泛且最具代表性的化学增稠剂，其特点 是增稠速度快。其增稠特性与活性有关。
粘度，Pa.s
10份
103 102 10
5份 2份
1份
1
0
60
120
180
时间，min
MgO添加量对UP树脂粘度的影响。 27
化学增稠剂
理想的增稠剂：
在浸渍阶段，树脂增稠要足 够缓慢，保证玻纤的良好浸 渍，浸渍后树脂增稠要足够 快，使SMC尽快进入模压阶 段和尽量减少存货量；当 SMC粘度达到可成型的模压 粘度后，增稠过程应立即停 止，稳定，以获得尽可能长 的贮存寿命。
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模压成型的类型
短纤维料模压法 毡料模压法 碎布料模压法 层压模压法 缠绕模压法 织物模压法 片状模塑料模压法 ……
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片状模塑料
SMC汽车配件 SMC原料
8
SMC原料生产
团状模塑料
BMC原料
采用BMC制备的高压 电器元件
9
10
BMC生产现场
SMC流程示意
UP树脂
固化剂 增稠剂
树脂体系
颜,填料 低收缩剂
加热固化
膨胀
降温脱模
收缩
收缩
极小收缩
消除了体积收缩引起的内应力
产生微分离
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UP固化过程中的体积变化
热膨胀
热收缩 固化结束（141℃)
固化收缩和热收 缩（141℃)
冷却 初期体积
树脂膨胀2.8％ 树脂收缩7.1％
最终体积
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低收缩添加剂
SMC常用的热塑性添加剂有如下几种：PE粉、PS及 其共聚物、PVC及其共聚物、乙酸纤维素和丁酸纤维素、 热塑性聚酯、聚己内酯、PVAC、PMMA。
第四章 模压成型
课前复习
从制造商的角度，试分析： 1、手糊成型的优点？ 2、手糊成型的不足？
1
发展思路
基本上是手工操 作，劳动强度大
产品质量 稳定性差
制品的力学性能 有溶剂, 不
较其它方法低
够“绿色”
尽量采用 机械化生 产方式。
采用模具 来生产。
加压生产.
采用“干 法”生产。
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手糊工艺的优点与不足之处
树脂糊
无捻粗纱 切割，沉降 玻璃毡
上薄膜 浸渍,收卷
树脂糊
下薄膜
制片过程
稠化
包装
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SMC的基本配方
组分
树脂混合物 制片时的配比 最终组成
低收缩聚酯树脂
40
引发剂(TBP)
1.0
28.0
增稠剂(MgO) 1~1.5或2~3
70
1.5
填料(CaCO3)
57
40
内脱模剂(Znst)
1~1.5
0.5
玻璃纤维
团状模塑料(Bulk Molding Compound，BMC)：与 SMC 相似，两者的主要区别在于模压料的形态和制备工艺不同。 制备方法是将树脂和增强材料等用捏和机捏和均匀，经增稠 后制得团状模塑料。
BMC 中纤维含量较少，纤维长度较短，一般为 5 ～ 20 mm，填料含量比 SMC 大。因此，BMC 制品的强度低于 SMC制品。BMC 适合于压制小型的异型制品。
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增稠机理
增稠是一个化学过程，包括成盐和生成配合物两个阶段。 第一阶段：MgO与UP的端羧基反应生成碱式盐
C OH + Mg O
O
C O Mg OH
O
C OH +
O
C O Mg OH
O
C OH + Mg(OH)2
O
C O Mg O C
O
O
+ H2O
C O Mg OH + H2O
O
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增稠机理
注： 第1个反应要在水或极性溶剂的存在下才能进行，这是
39
38
制片机组的结构
④ 玻纤切割器:采用气压控制刀辊与垫压辊的压力，同时刀 片采用螺旋安装，保证了运转平稳，提高了刀片寿命和切 纱质量。刀辊采用变频调速控制，保证了切纱量的精确度。 该装置与链带调速装置配合保证了本机所产片材的含纱量 的高精度和稳定性。
⑤ 浸渍和压实装置:浸渍与压实是由一系列光棍组成，有气 动对压辊施加一定压力，保证了片材中纱与树脂混合后的 质量。
① 输送系统:采用双链带式输送PE膜，链带的驱动采用变频 调速技术控制，运行稳定、调速精度高
② PE膜供给系统:上下两层PE膜的供给均采用气动调控薄膜 张力，并设有PE膜展平、去皱功能的展幅机构。保证了 薄膜恒张力、无褶皱的进入上糊区。
③ 刮刀装置:采用高精度刮刀与底板部件，其间隙精度可达 0.1mm，确保刮刀均匀的将树脂糊涂覆到PE膜上。为防 止树脂糊中的颗粒等杂质刮破PE膜，本机设有气动抬刀 机构，可方便、迅速的使刮刀上升、下降。
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树脂
不饱和聚酯树脂(UP)是SMC的最基本配方材料。根据其 化学结构上的差异通常可分为通用型、间苯型、双酚A型三 大类。在SMC生产中，最常用的是邻苯型和间苯型不饱和聚 酯树脂。
用邻苯二甲酸二烯丙基酯(DAP)、间苯二甲酸二烯丙基酯 (DAIP)、三聚氰酸三烯丙基酯(TAC)等烯丙基类单体代替苯 乙烯作为交联剂，可以明显地提高制品的耐热性能、耐候性 能和尺寸稳定性能。同时，由于这类单体低的挥发性，改善 了环境条件，并且还延长了SMC的贮存期。
30
30
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SMC的生产设备
制片机
主要包括增强材料的引入系统和浸渍、脱泡系统两部分； 从浸渍、脱泡系统来看，大致有辊式和带式两类，前者又 可引伸出鼓轮式。辊式制片机靠卷绕张力对辊筒产生的压力 实现浸渍、脱泡；带式制片机则靠带槽滚筒对输送带上的片 材进行滚压来实现浸渍、脱泡。
36
制片机
制片机
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制片机组的结构
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引发剂
选择引发剂需考虑两个因素：模压料的贮存稳定性和 固化温度。
过氧化二苯甲酰(BPO)作为引发剂具有反应温度范围广、 模压时对温度控制并不苛求的优点，但是SMC的长期贮存 稳定性较差。
用过氧化苯甲酸叔丁酯(TBP)作引发剂，SMC具有较长 期的贮存稳定性，但在压制时需要较高的固化温度。
过氧化二异丙苯(DCP)的性能基本上类似于TBP。
2.0
23
10~40
6~16
水合氧化铝(ATH) 阻燃，改善制品耐水 性和电绝缘性能。
100
80
LOI, %
价格
60
中等 低
40 20
0 0 100 200 300 400
ATH用量(质量份) 20
低收缩添加剂
控制收缩率是通过在不饱和聚酯树脂中加入一定量的 热塑性聚合物来实现。
热塑性树脂 UP树脂
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SMC模塑料常用引发剂的特性
性能
状态
70℃
半衰期，/h
90 ℃ 110 ℃
130 ℃
150 ℃
固化温度，℃
用量，%
贮存期，室温
BPO 糊状 1.4 1.2 0.13
/ / 107~149 2 1周
引发剂 TBP 液体 / 7 6 0.7 /
121-149 1
2月
DCP 粉未
/ / 2.3 2.3 0.26 125~149 2 >3月
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内脱模剂
对于SMC，粘模是一个严重的问题，因此须在配方中加 入内脱模剂。它们通常为长链脂肪酸及其盐类，受热熔化并 作为第二相流到模具表面、从而阻止了不饱和聚酯树脂与金 属模具表面发生亲合作用。所选用脱模剂的熔点低于固化温 度，以保证其在树脂固化前已熔化。其加入量一般为0.5 ％～2％。
常用的内脱模剂： 硬脂酸 硬酯酸锌 硬酯酸钙 硬酯酸镁
优点
①是复合材料成型最基本 的方法，或者说是一种“万 能”方法。能够成型任意形 状、任意大小的制品；
②设备简单、投资少；
③一般情况下不需要加压 操作，工艺最为简单。
不足
① 劳动强度大、生产效率低、速 度慢、生产周期长；
② 产品质量受操作人员技能水平 及制作环境条件的影响，故产品质 量稳定性差；
③制品的力学性能较其它方法低；
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增强材料
z 其常用类型：短切原纱毡和无捻粗纱。 (25mm, 50mm)
z 对SMC专用玻纤的一般要求是：切割性 好，浸渍性佳，流动性好，制品强度 高，外观良好等。
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着色剂
内着色剂 在树脂配方中加入。 外着色剂 在制品表面喷涂。
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SMC流程示意
UP树脂
固化剂 增稠剂
树脂体系
颜,填料 低收缩剂
根据其作用机理的不同，大致可以分为2类。
z与不饱和聚酯树脂不相溶的添加剂，如PE和PVC，其 加入量为树脂的5％~10％；
z在树脂固化前彼此相溶，而固化后添加剂又以小颗粒球 状从树脂析出形成第二相，如PVAC、PS等。
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增稠剂
片状模塑料及团状模塑料在制备时要求树脂粘度较小， 以利于对玻璃纤维及填料的浸渍。浸渍完成后，又要求坯 料粘度较高，便于模压操作及降低制品的收缩率，
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填料
在SMC中加入填料，可降低成本，减少收缩率，调节粘 度，赋予材料某些特殊性能。
填料的选择，需考虑：①颗粒大小，②油吸附量，③触变 现象。
这三种因素都与填料颗粒的表面有关，如油吸附量(指填料 被亚麻仁油润湿的质量百分比)。填料的油吸附量是比表面积 的函数，填料间空隙的增加，比表面积增大，其油吸附量就 大。油吸附量小的填料，在树脂中的用量百分比就可增加。 因此，在片状模塑料中，往往要求填料具有较低的油吸附量。
由于在非极性体系中，由于氢键作用有机酸是以二聚休的 形式存在。微量的水或其他强极性溶剂可以产生强溶剂化 作用，破坏羧酸二聚体，使羧酸易于反应。这就是为什么 微量水的存在可以促进增粘作用的原因。
当第1个反应开始进行后，第2个反应就能顺利地进行下 去，同时，反应②生成的水，对反应①又具有促进作用。
第3个反应中，氢氧化镁与羧基反应时，每生成一分子 盐同时生成一分子水。这反应是自催化反应，所以如果氧 化镁和氢氧化镁一起玻璃毡
上薄膜 浸渍,收卷
树脂糊
下薄膜
制片过程
稠化
包装
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SMC的特点
① SMC能与金属材料相抗衡。 ② SMC与增强热塑性塑料相比， SMC的成型周期短，成型设备
投资低， SMC制品不易变形，机械性能与热变形温度较高。 耐化学药品性优．且价格较低。 ③ SMC与一般热塑性塑料相比，前者物理机械性能是后者无法 比拟的。 ④ SMC与BMC相比，尽管BMC可注塑，但它只适于短纤维的 加工，若需要制造高强度的材料则仍需使用SMC。 ⑤ SMC与手糊／喷射玻璃钢材料相比，无论在成型周期、工作 环境、成本及制品外观质量上都比手糊／喷射制品更优。
⑥ 收卷装置:采用卷式收藏或装箱收藏。该设备针对两种收 藏方式设有张力调整机械，保证收藏质量、利于稠化。
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SMC制片机的参数
① 产品有效宽度：1000mm； ② 生产速度2~8m/min； ③ 适用粘度15~45Pa.s； ④ 纤维含量(成品)：(20~30)±2%； ⑤ 纤维切割长度：25mm； ⑥ SMC片材单重：2~6kg/m2.