环氧片状模塑料在模压过程中的纤维分布
复合材料模压成型工艺与应用技术
复合材料模压成型工艺与应用技术【摘要】随着复合材料生产水平和成型效率的提高，在各行各业已经取得了广泛的应用。
通过分析SMC、WCM、PCM三种模压成型工艺的工艺特点和关键技术，对三种高效率成型工艺的应用场景进行了对比。
总结而言，通过结构统型扩大单件产量需求，采用高效率模压成型工艺实现自动化生产，将进一步降低复合材料部件的制造成本。
【关键词】复合材料；高效率；低成本；模压成型1.引言以碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等为代表的纤维增强复合材料，具备高比强度、高比模量、高耐候的优异特性,是目前最理想、应用最广泛的轻量化材料之一。
随着国内复合材料生产水平的提高以及成型效率的提升，复合材料越来越广泛地被各行各业接受。
在很多应用场景下，复合材料结构全生命周期的应用成本或低于金属结构。
面对汽车、风电、轨道交通等大批量应用场景，生产效率对成本的影响尤为关键。
复合材料的成型工艺为重要环节，高效低成本成型工艺的应用将直接降低部件的生产制造成本。
复合材料模压成型工艺是典型的高效成型工艺之一，具备以下优势：1.生产效率高，便于实现专业化和自动化生产；2.产品尺寸精度高，可重复性好；3.制品的内应力很低，且翘曲变形也很小，机械性能较稳定；4.表面光洁度高，无需二次加工；5.可在一给定的模板上放置模腔数量较多的模具，生产率高；6.原材料的损失小，不会造成过多的损失（通常为制品质量的2%-5%）；7.能一次成型结构复杂的制品；8.模腔的磨损很小，模具的维护费用较低。
同时模压成型也存在一定的不足：1.不适用于存在凹陷、侧面倾斜等的复杂制品；2.在制作过程中，完全充模存在一定的难度；3.模具制造较为复杂，投资较大；4.产品尺寸受压机限制，一般只适合制造中小型复合材料制品。
复合材料模压成型工艺类型很多，本文主要对三种高效率复合材料模压成型工艺技术及其应用场景进行分析。
1.复合材料高效率模压成型工艺复合材料模压成型工艺在各种成型方法中占有十分重要的地位，其优势在于成型异形制品的高效率、高可重复性制造。
玻璃钢制品及玻纤制品上玻璃纤维浸润剂的应用
玻璃钢制品及玻纤制品上玻璃纤维浸润剂的应用玻璃钢制品及玻纤制品上玻璃纤维浸润剂的应用发布日期：2011-08-09 来源：陕西玻璃钢网浏览次数：150 分享到：随着玻璃钢工业技术水平的不断提高，对增强材料玻璃纤维制品的质量也提出了更高的要求。
随着玻璃钢工业技术水平的不断提高，对增强材料玻璃纤维制品的质量也提出了更高的要求。
介绍各种不同成型工艺的玻璃钢制品，对玻璃纤维制品的性能要求，综述了玻璃纤维浸润剂技术的应用。
1、缠绕工艺及拉挤工艺拉挤和缠绕工艺的要求与织造工艺有很多相似性，这种相似性决定了它们均使用软质浸润剂，即浸润剂成膜剂为不干的粘结膜，英国标准在分类时都把它们列为w类。
实际上有些产品确实在这三类应用中通用。
O.C.F, PPG及Vetrofex等三大玻纤公司许多产品只是缠绕与拉挤通用。
缠绕成型工艺对缠绕纱技术要求如下:首先纱线耐磨性好，不起毛、不断头;这要求浸润剂中要使用高效的润滑剂，同时浸润剂对纤维保护好，对无碱缠绕纱或拉挤纱，抗拉强度最好要达到0.35N/TEX以上，无捻粗纱的强度下降主要是由于散丝、毛丝及单纤间张力不均匀造成。
对此类纱另一个质量控制指标是成带性好和悬垂性好(张力均匀)。
悬垂性好的无捻粗纱织成方格布布面平整，毛丝少。
用于缠绕、拉挤，则纱线负荷均匀，外观平整，而悬垂性差的无捻粗纱，在复合材料加工过程中，长度短的股纱首先受力，极易拉毛，甚至拉断，而长度较长的股纱则易在导纱孔、模具口处堆积拉断，如在方格布织造时在箭杆导孔处或拉挤纱模具口，减少合股数是提高悬垂性的一个有效方法。
在浸润剂技术方面，提高无捻粗纱的悬垂性可采取以下措施:无捻粗纱在浸渍树脂前要保持暂时的饱和性，合股纱股纱之间不应散开，这样可提高缠绕纱及拉挤纱的作业加工性能。
浸润剂配方中添加水溶性环氧，其作用是提高浸润剂的粘结力，以提高粗纱的成带性。
浸润剂膜爽滑，静电少，使退纱时单股纱通过导纱勾及张力辊时阻力小，张力均匀，悬垂性好，这样的缠绕纱，制品表面平整，凹凸度不大于制品厚度的20% .拉挤纱张力不匀、松弛、圈结、毛丝、断纱，会造成模具进料口堵孔，玻纤纱拉断或大量毛丝堆积，必须停车清理，使作业无法正常进行.拉挤制品也往往使用膨体纱，连续原丝毡或缝编毡，以提高制品横向强度及表面质量，膨体纱对浸润剂有特殊要求，经膨化机后膨化容易，单丝易散开，同时单丝又不能断裂，应成圈状，尽量减少强度的损失，此类浸润剂一般采用增强纺织型浸润剂，原纱、单丝间粘结力适中，易于膨化变形，同时要对纱线保护润滑性好，保护单丝的完整性浸透快、表面质量好。
模压成型工艺
加入热塑性树脂粉可显著降低制品收缩，后面课 程讨论。
（2）、模具结构和制品形状的影响 模具的结构不同对制品的收缩尺寸也有影响，模具刚
度不够时，压制时变形会使尺寸增大，特别对较薄的制 品因为压制时的变形，使制品尺寸有时会大于模具尺寸。 因此，要根据生产经验考虑模具结构的影响。
4.2.3.3 模压料的压缩性
压缩比： 是指模压料和模压制品比容的比值。 即制品密度与模压料密度的比值。
压缩比＝ 模压料比容 ＝ 制品密度 制品比容 模压料密度
压缩比过大，即模压料过于蓬松，给装模带来困难， 对于压缩比太大的模压料，一般需要采取预成型工艺。 纤维状的模压料的压缩比一般为6～10。
作业：1、什么是模压料的收缩性？由哪几种收缩组成？ 2、简述成型工艺条件对模压制品收缩率的影响。
（4）高聚物分子结构的影响 a、分子量愈大，粘度愈大。分子量愈大一般链段愈多， 分子链重心的相对移动愈难，即粘度愈大，流动性愈差。
粘度与分子量间的关系：
3.4
0 AM w
η0——剪切速度较低时的表观粘度 A ——经验常数 Mw——重均分子量
b、刚性高分子流动性差，由于刚性高分子的链段长， 因此流动困难。 c、分子量相同，支链愈多、愈短，粘度愈低，流动愈 好。
工艺流程： 树脂调配 ↓
玻璃纤维→热处理→切割→混合→撕松→烘干→模压料
模压料配方： P75，表4-1
生产步骤： 以镁酚醛为例 P75 ，8条
设 备： 主要有纤维切割机、捏合机、撕松机
4.2.2.2 短纤维模压料的质量控制 指标： 树脂含量；挥发物含量；不溶性树脂含量。
见P76 表4-2
模压成型工艺
因
素
温度对流动性的影响有极值点
第四章 模压成型
课件
4.2.3
流
动
性
B
C
A－总的流动曲线；
模
A
B－粘度对流动性影响曲线；
压
C－固化速度对流动性影响曲线
料 的 工
Tk
温度
温度对热固性聚合物流动性的综合影响
艺
性
在Tk以前，温度对粘度的影响起主导作用，T↑→流动性↑，在Tk以后
及
，聚合交联反应起主导作用，T↑→交联速度↑→流动性↓。
质
捏合时间长，纤维强度损失大，且溶剂挥发过多增加撕松困
量
难。
控
制
课件
4.2.2
第四章 模压成型
4）烘干条件
烘干温度与时间是控制挥发物含量与不溶性树脂含量的 主要因素。
模 快速固化酚醛预混料：
80℃， 20～30min
压 慢速固化酚醛预混料： 料
80℃， 50～70min
的 环氧酚醛预混料：
80℃， 20～40min
第四章 模压成型
课件
模压成型工艺按增强材料物态主制要品和用或模于具制有压备耐高腐料强蚀品度、异耐种形热分类：
等特殊性能的制品
（1）纤维料模压法
树脂预混或预浸纤维模压料，然后模 压成型制品。
4.1
（2）织物模压 概 述
将预先织成所需形状的两向、三向或多向织
物经树脂浸渍后进行模压。
质量稳定，但成本高，适用于有特殊性能要求的
影
响
因
模压工艺中物料充满模腔的适宜温度，应该在粘度最低点附近区域而又不
素
引起迅速交联反应的温度。
第四章 模压成型
高分子加工工程 课件 第二章 模压成型
模压成型的分类
织物模压法
将预先织成所需形状的两维或三维织物浸渍树脂后， 置于模具内加热加压成型为制品。
由于在Z方向上引入了增强纤维，三维织物模压法 明显改善了制品的性能，特别是层间性能。
制品的性能有更好的重复性和可靠性，是开发具有 特殊性能要求模压成型制品的一种有效途径 工艺较复杂成本较高。
适于成型形状简单，性能要求一般的制品。
模压成型的分类
层压模压法
介于层压与模压之间的一种成型方法。 把预浸渍的玻璃布或其他织物裁剪成所需形状，置 于模具内层叠铺设并加热加压成型为制品。 适于成型大型薄壁制品或形状简单而有特殊要求的 制品。
模压成型的分类
缠绕模压法
介于缠绕与模压之间的一种成型方法。 采用专用缠绕机，在一定的张力与温度下，把预浸 渍的玻璃纤维或布带缠绕在芯模上，然后在模具内 进行加热加压成型为制品。 适于成型有特殊要求的管件或回转体形制品。
模压成型的分类
短纤维料模压法
将经过预混或预浸渍后的短纤维料置于模具内成型。 采用的树脂一般为酚醛树脂、环氧树脂、改性环氧 树脂等，树脂体系多为单组分或双组分，玻璃纤维 较长(30~50 mm)，含量较高(50%~60% 质量分数) ， 一般很少加入粉状填料
广泛应用于成型高强度、耐热、防腐蚀等特殊性能 的制品。
烧结
将形坯加热到熔点以上，并在该温度下保持一 段时间，单颗粒树脂互相扩张，然后粘结熔合 成一个密实的整体，最后进行冷却。
升温 保温 冷却
溶剂辅助常温模压
模压成型的分类
毡料模压法
采用树脂(多数为酚醛树脂)浸渍玻璃纤维毡，然后 烘干为预浸毡，并把其裁剪成所需形状后置于模具 内加热加压成型为制品。 适于成型形状较简单，厚度变化不大的薄壁大型制 品。
环氧片状模塑料增稠特性的研究
环氧片状模塑料增稠特性的研究参考文献[1] 低压片状模塑料增稠工艺研究黄志雄,于浩,秦岩(武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北武汉430070)摘要:采用氧化镁为增稠剂、结晶树脂以粉料形式加入而降低片材热模内粘度的工艺,改进了对低压片状模塑料的增稠方法。
结果表明:采用此工艺,设备不需要加热,增稠符合传统SMC增稠曲线;片材在模腔内有较低的粘度,适宜于低压成型。
关键词:低压片状模塑料;增稠;结晶树脂;粉料;热模粘度中图分类号: TQ327·7文献标识码: B文章编号: 1005-5770(2005)10-0031-03 [2] 环氧片状模塑料的增稠特性的研究黄正群摘要：SMC制品可设计性好，工艺简单，生产效率高，因而广泛应用于国民经济的一各个领域。
目前SMC主要是以不饱和聚酝树脂为基体，而现在所谓的玻璃纤维增强环氧模塑料大部分应用在电子封装__巨，虽然有的把它制成片状，但它采用的是混炼的方法，未采用化学增稠模压成型方法，井不是真正意义上的环氧片状模塑料。
本文分别用二异氰酸醋化合物和MgO增稠环氧树脂，并推断了其增稠机理，还研究了增稠后环氧树脂的流动性，旨在为环氧片状模塑料的开发提供几种可行的增稠方法和一些基础性的数据。
研究了TDI用量、异氰酸酷预聚体分子量、环境温度、固体环氧树脂的比例对二异氰酸酷化合物增稠环氧树脂的影响，结果表明:二异氰酸酷化合物对环氧树脂有增稠的效果，随着增稠剂用量的增加、异氰酸酷预聚体分子量的提高、环境温度的上升、固体环氧树脂加入量的增加，环氧树脂增稠的速度加快二并通过差示扫描量热法(DSC)以及红外光谱(FTIR)测定，推断了环氧树脂的增稠机理:一NCO基与环氧树脂中的仲轻基反应，分子通过氨基甲酸酷连接起来形成网状结构，使体系的粘度不断的增加。
研究了Mgo用量、有机酸用量、环境温度、有机酸种类对MgO增稠环氧树脂的影响，并通过及红外光谱(FTIR)测定，推断了环氧树脂的增稠机理。
高分子材料加工技术--压制成型
1.2工艺过程
高分子材料成型加工
高分子材料成型加工
2.片状模塑料模压成型
（Sheet Molding Compound. SMC）
2.1 配比：
不饱和聚酯 约20～30％
增稠剂
约 5％
无机填料 40~50%
引发剂
2～3％
脱模剂
0.5～1％
短切玻璃纤维或毡片 适量
2.2 工艺过程
高分子材料成型加工
高分子材料成型加工
三. 模型硫化工艺及硫化条件
工艺过程
混炼胶和橡胶半成品→ 计量→ 加料→ 闭 模→排气 →保压（硫化）→ 脱模→ 制品
这一过程基本上与热固性塑料的模压成型 相同，硫化工艺条件是硫化压力、硫化温 度和硫化时间。
高分子材料成型加工
1.硫化压力 大多数的橡胶制品的硫化是在一定压力下 进行的 一般模压制品的硫化压力为2～4 MPa 胶料流动性差，制品形状复杂，制品表面 花纹细致，结构复杂，厚制品，硫化温度 高，则硫化压力高一些。 太高的硫化压力会加速橡胶分子链的热降 解
高分子材料成型加工
一. 热固性模塑料的成型工艺性能：
1.流动性：热固性模塑料的流动性是指其在受热和受 压情况下充满整个模具型腔的能力。 影响流动性的因素：
压模塑料的性能和组成（分子量、颗粒形状、小分 子物质）
模具与成型条件（光洁度、流道形状、预热）
流动性要适中：
太大：溢出模外，塑料在型腔内填塞不紧，或树脂 与填料分头聚集。
高分子材料成型加工
根据实践经验，在选择模压成型的工艺条 件时，可以从模压压力、温度和时间三者 中先固定一个条件，如按经验选定成型压 力，然后再变化成型的温度和时间，从实 验中找出合理的条件来。
环氧树脂碳纤维复合材料模压制品冲击强度影响因素分析
碳纤维增强的环氧树脂片状模塑料（EP/CF⁃SMC）是由树脂糊浸渍短切纤维后，经模压工艺进行固化成型的复合材料。
EP/CF⁃SMC比强度高、耐腐蚀、绝缘强度好、表面光洁度高、外形尺寸稳定，且成型效率高、生产成本低，广泛应用于汽车、电力、建筑、航空航天等领域。
但其冲击强度差仍是难以忽略的缺点，因此提高EP/CF⁃SMC的冲击强度已经成为进一步提高其使用效能的关键。
目前，已有不少学者针对复合材料模压成型工艺对制品力学性能的影响开展了相关研究。
张臣臣、汪兴等通过设计正交试验研究了模压成型关键参数对树脂基复合材料力学性能的影响。
胡章平等通过建立响应面模型分析了各个工艺参数对制品力学性能的贡献率。
杨志生、花蕾蕾等从制品生产角度研究了制品易产生缺陷的工序以及相应的控制方法。
林旭东、宋清华、张吉等通过建立数学物理模型，对模压成型工艺制度进行了优化。
Mayer、吴凤楠等通过对制品进行微观表征，研究了不同生产工艺对最终模压制品的性能影响。
本文以EP/CF⁃SMC模压成型制品的冲击性能为研究对象，设计正交试验研究了模压温度、模压压力、保压时间、合模速度对模压制品冲击性能的影响。
使用极差法分析了4个因素对制品性能的影响程度大小；获得了最佳的工艺参数并进行了验证实验；借助光学显微镜和场发射扫描电子显微镜（SEM）对典型冲击断裂试样进行了微观形貌表征，并分析了各影响因素作用于制品模压成型过程中的微观机制。
（论文引用：赵川涛, 贾志欣, 刘立君, 李继强, 张臣臣, 荣迪, 高利珍, 王少峰. 环氧树脂/碳纤维复合材料模压制品力学性能影响因素分析[J]. 中国塑料, 2024, 38(2): 26-32.）一实验部分（节选）1、制样过程模压温度、模压压力、保压时间、合模速度是影响EP/CF⁃SMC材料模压制品力学性能的4个主要因素。
选择合适的因素水平设计得到正交试验L16（44），其因素水平表如表1所示。
将原料裁剪为160mm×320mm大小后，居中铺放在预热好的定模上，设置模压参数，等待模压完成。
纤维增强高分子复合材料的制备
第十三章纤维增强高分子复合材料的制备第一节概述聚合物基复合材料成形通常有一步法与二步法之分。
一步法是由纤维、树脂等原材料直接混合浸渍，一步固化成形形成复合材料。
二步法则是预先对纤维树脂进行混合浸渍加工，使之形成半成品，再由半成品成形出复合材料制品。
一步法工艺简便，设备简单，但溶剂、水分等挥发物不易去除，裹入制品形成孔洞，树脂不易分布均匀，在制品中形成富胶区和贫胶区，严重时会因纤维浸渍不好而出现“白丝”现象，生产效率低，环境恶劣。
针对一步法的缺点，预先将纤维浸渍树脂，或纤维树脂预先混合，经过一定处理，使浸渍物或混合物成为一种干态或稍有粘性的材料，即半成品材料，再用它成形复合材料制品，因此二步法又称“干法” 。
二步法将浸渍过程提前，可很好地控制含胶量和解决纤维树脂均匀分布问题。
热固性树脂基复合材料制品典型的生产工艺过程如图13-l 所示，在准备工序中增加半成品制备工艺环节，由专业化厂或车间生产，生产出的半成品贮存备用。
可见半成品是复合材料整个生产过程中的一种中间材料，也即是复合材料成形用的一种特殊种类的原材料。
由原材料经过一定的加工制成干态或半干态的半成品材料的过程，即半成品制备工艺，也与成形加工一样是复合材料工艺的内容。
早期制造复合材料都是采用一步法（又称“湿法” ）工艺，如成形模压制品是先将纤维或织物置于模具中，倒入配好的树脂胶液后加压成形。
在半成品制备过程中烘去溶剂、水分和低分子组分，降低了制品的空隙率，也改善了复合材料成形作业的环境。
通过半成品的质量控制，确保复合材料制品的质量。
第二节高分子复合材料半成品的制备高分子复合材料，常常是预先将纤维等添加剂与树脂混合制成成形用材料（半成品），然后再经压制、注射等成形操作获得。
对热塑性塑料，习惯上把这种成形用材料叫做粒料；热固性塑料，叫做模塑料；对连续纤维增强塑料即复合材料，则称为预浸料。
它们是由树脂制成塑料或复合材料制品的重要中间环节，其质量直接影响着成形工艺条件及产品的性能。
复合材料的成型工艺
复合材料的成型工艺图1：热固性复合材料最基本的制备方法是手糊，通常包括将干层或半固化片层用手铺设到模具上，形成一个积层。
图中展示的是自由宇航公司的技术员（佛罗里达州墨尔本）正在通过手糊工艺加工一个碳/环氧预浸料，将用于制造通用航空飞机部件。
资料来源：自由宇航公司在复合材料的加工成型过程中会使用一系列模具，用来给未成形的树脂及其纤维增强材料提供一个成型的平台。
手糊（hand layup）成型是热固性复合材料最基本的制备方法，即通过人工将干层或半固化片层铺设到模具上，形成一个积层。
铺层方式分为两种：一种称为干法铺层，是先铺层后将树脂浸润（例如，通过树脂渗透方式）到干铺层上的方式，另一种方式是湿法铺层，即先浸润树脂后铺层的顺序。
现在普遍使用的固化方式可以分为以下几种：最基本的是室温固化。
不过，如果提高固化温度的话，固化进程也会相应加快。
比如通过烤箱固化，或使用真空袋（vacuum ba g）通过高压釜固化。
如果采用高压釜固化的话，真空袋内通常会包含透气膜，被放置在经手糊的半成型制品上，再连接到高压釜上，等最终固化完成后再将真空袋撤去。
在固化过程中，真空袋的作用是将产品密封在模具和真空袋之间，通过抽真空对产品均匀加压，将产品中汇总的气体排出，从而使产品更加密实、力学性能更好。
图2：热压釜独有的高温和高压条件使其成为完成热固性树脂零部件的固化的重要工具。
控制软件的改进则能够帮助经营者提高35-40%的生产量。
同时，一些新的树脂配方正在开发当中，将通过低压固化处理。
图中是Helicomb国际公司（俄克拉荷马州塔尔萨）的一名操作人员正在使用高压釜进行固化处理。
来源：Helicomb国际公司许多高性能热固性零件都需要在高热高压的条件下完成固化。
但是高压釜（Autocl aves）的设备成本和操作成本都较昂贵。
采购高压釜设备的制造商通常会一次性固化一定数量的部件。
对于高压釜的温度，压力，真空和惰性气体（inert atmosphere）等一系列参数，计算机系统能帮助实现远程甚至无人监控和检测，并最大限度地提高该技术的利用效率。
SMC简介
SMC简介片状模塑料（sheet molding Compound，是一种干法制造不饱和聚脂玻璃钢制品的模塑料。
SMC模压片材的组成：中间芯材是由经树脂糊充分浸渍的短切纤维（或毡）组成，上下两面用薄膜覆盖。
树脂糊里含有不饱和聚脂树脂、引发剂、化学增稠剂、低收缩添加剂、填料、脱模剂、着色剂等各种组份。
其生产与成型过程大致如下：短切原纱毡或玻纤粗纤铺放于预先均匀涂敷了树脂的薄膜上，然后在其上覆盖另一层涂敷了树脂糊的薄膜，形成了一种“夹芯”结构。
它通过浸渍区时树脂糊与玻璃纤维（或毡）充分揉捏，然后集成收卷，进行必要的熟化处理。
SMC具有良好的机械性能与简易加工性，使其成为众所瞩目的材料。
SMC成型一般只需3~6min,具有节省人力与能源，便于大量生产，提高产品质量等优点。
在与各种材料进行对比中，SMC不仅优于钢铁、铝等传统金属材料，而且可与一般热塑性塑料及其它增强材料一争高低。
（1）与金属材料相比，SMC具有优越的电气性能，耐腐蚀性能、质轻以及工程设计容易、灵活等特点；（2）与增强热塑性塑料相比，SMC勺成型周期短，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）与一般热塑性塑料相比，SMC勺物理性能是后者不可比拟的。
SM（特点1、质轻高强：可实现轻量化目标，且具有良好的抗冲吸能性；2、产品设计自由度大：实现产品的流线型设计，通过后粘接技术实现中空结构的成型，减轻产品重量；3、材料流动性好，可实现复杂结构的成型：筋、台结构的一次成型，预埋件的成型，抽芯结构的实现；4、可实现轿车级表面质量水平，可实现SM笛B件之间或SM笛B件和金属件之间的粘接，可实现随车身进行高温烤漆，线胀系数非常低。
5、低的热导率和良好耐腐性：隔热一隔音一减震一耐腐蚀SMC的基本组成1、树脂不饱和聚酯树脂（UP是SMC勺最基本配方材料。
它通常由不饱和二元羧酸（或酸酐）、饱和二元羧酸（或酸酐）与多元醇缩聚而成，并在缩聚结束后加入一定量的乙烯基体（如苯乙烯）配成粘稠状液态树脂。
片状模塑料(SMC)
片状模塑料（SMC）时间:2005-08-30关键词:片状塑料SMC来源：互联网一、 SMC简介片状模塑料（SMC），是一种干法制造不饱和聚酯玻璃钢制品的模塑料。
它在60年代初期首先出现在欧洲，在1965年左右美、日相继发展了这种工艺。
世界市场上的SMC大约在60年代末期即已初具生产规模，此后一直以每年20%～25%的增长速率快速增长，广泛应用于运输车辆、建筑、电子/电气等行业中。
SMC模压片材的组成如图1所示。
中间芯材是由经树脂糊充分浸渍的短切纤维（或毡）组成，上下两面用聚乙烯薄膜覆盖。
树脂糊里含有不饱和聚酯树脂、引发剂、化学增稠剂、低收缩添加剂、填料、脱模剂、着色剂等各种组分。
其生产与成型过程大致如下：短切原纱毡或玻纤粗纤铺放于预先均匀涂敷了树脂糊的PE 膜上，然后在其上覆盖另一层涂敷了树脂糊的PE膜，形成了一种"夹芯"结构。
它通过浸渍区时，树脂糊与玻纤（或毡）充分揉捏，然后收集成卷，进行必要的熟化处理。
所制成的片材达到不粘手后，即可按要求裁剪成一定尺寸,揭去两面的PE膜，按一定要求叠放于金属对模中加温加压成型。
二、 SMC应用领域：1、在汽车工业中的应用欧、美、日等发达国家已在汽车制造中大量采用SMC材料，涉及到轿车、客车、火车、拖拉机、摩托车，以及运动车、农用车等所有车种，主要应用部件包括以下几类：1）悬架零件前后保险杠，仪表板等。
2）车身及车身部件车身壳体、硬壳车顶、地板、车门、散热气护栅板、前端板、阻流板、行李舱盖板、遮阳罩、翼子板、发动机罩、大灯反光镜。
3）发动机盖下部件如空调器外壳、导风罩、进气管盖、风扇导片圈、加热器盖板、水箱部件、制动系统部件，以及电瓶托架，发动机隔音板等。
4）车内装饰部件门内饰板、车门把手、仪表盘、转向杆部件、镜子边框、座椅等。
5）其他如泵盖等电气部件，以及齿轮隔音板等驱动系统零件。
其中，尤以保险杠、车顶、前脸部件、发动机罩、发动机隔音板、前后翼子板等部件最重要，产量最大。
环氧树脂纤维模塑料制造方法 详细!
环氧树脂纤维模塑料制造方法详细！塑料知识9月9日讯，环氧树脂纤维模塑料的第一个制造方法是预混法制造纤维模塑料。
预混法是用环氧树脂胶液浸渍短切纤维和填料，混合均匀再经撕松、烘干而制得纤维模塑料，这种模塑料的特点是：纤维松散且无定向，流动性好，产量可大可小；但是比容大，制造过程中纤维损伤大，强度会降低，劳动条件差。
各工序可以用手工操作，适用于小量生产和试制；也可以用机械操作，适用于大批量生产，手工操作时纤维损伤少、制品强度高。
中国环氧树脂行业协会专家说，制备过程中要注意以下几点：一是纤维预处理应采用增强型浸润剂处理的纤维，否则需用热处理法除去纤维表面的石蜡浸润剂，使其残油量小于0.3%，这样不仅麻烦而且纤维强度会降低、将纤维切短，机械预混时纤维长度不超过20～40mm、手工预混时不超过30～60mm，并把纤维蓬松；二是配胶按配方计算一次预混的用料量，并用溶剂量来调节胶液具有合适的黏度，使得在浸渍和混合均匀后无剩余的胶液以保证模塑料的含胶量，通常夏天温度高时黏度要小一点，冬季温度低时黏度要大一点；三是添加剂的准备其他固体添加剂应磨细、过筛、烘干达到规定指标；四是浸渍与混合要使树脂胶液充分浸渍纤维和填料并混合均匀，批量小时可用手工反复搓揉，批量大时可采用z型捏合机；五是撕松，混合均匀后成团的物料要用手工或撕松机撕开、蓬松，撕松机主要由进料辊和一对带钩齿的撕松辊组成，通过撕松辊的反向运动将送入的料团撕松；六是烘干将撕松的预混料均匀摊放在清洁的金属网上，铺层不宜太厚(一般约20～30mm)，先在室温下凉置，等大部分溶剂挥发后再进行烘干处理并使预聚到一定程度，烘箱温度为80℃、烘干时间20～40min；七是并批、包装烘好的模塑料应迅速冷却并批后，包装在塑料袋中。
方法之二是预浸法制造纤维模塑料，预浸法是将连续纤维束整束通过胶槽浸胶、烘干、切割等工序制造纤维模塑料的方法。
这种模塑料的特点是：成束状、比较紧密、比容小，所需模具的加料室小、装料简便、生产过程中纤维损伤较少，并可按制品受力状态定向铺设模塑料，可制得高强度制品，但模塑料的流动性及料束间的互容性稍差，生产量比预混法。
片状模塑料
片状模压料片状模压料（Sheet Molding Compound, SMC）是由树脂糊浸渍纤维或短切纤维毡，两边覆盖聚乙烯薄膜而制成的一类片状模压料，属于预浸毡料范围。
是目前国际上应用最广泛的成型材料之一。
SMC是用不饱和聚酯树脂、增稠剂、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料。
SMC作为一种发展迅猛的新型模压料，具有许多特点：①重现性好，不受操作者和外界条件的影响；②操作处理方便；③操作环境清洁、卫生，改善了劳动条件；④流动性好，可成型异形制品；⑤模压工艺对温度和压力要求不高，可变范围大，可大幅度降低设备和模具费用；⑥纤维长度40～50mm，质量均匀性好，适宜于压制截面变化不大的大型薄壁制品；⑦所得制品表面光洁度高，采用低收缩添加剂后，表面质量更为理想；⑧生产效率高，成型周期短，易于实现全自动机械化操作，生产成本相对较低。
SMC作为一种新型材料，根据具体用途和要求的不同又发展出一系列新品种，如BMC、TMC、HNC、XMC等。
①团状模压料（Bulk Molding Compound, BMC）其组成与SMC极为相似，是一种改进型的预混团状模压料，可用于模压和挤出成型。
两者的区别仅在于材料形态和制作工艺上。
BMC中纤维含量较低，纤维长度较短，约6～18mm，填料含料较大，因而BMC制品的强度比SMC制品的强度低，BMC比较适合于压制小型制品，而SMC适合于大型薄壁制品。
②厚片状模压料（Thick Molding Compound, TMC）其组成和制作与SMC相似，厚达50mm。
由于TMC厚度大，玻璃纤维能随机分布，改善了树脂对玻璃纤维的浸润性。
此外，该材料还可以采用注射和传递成型。
③高强度模压料（Hight Molding Compound, HMC）和高强度片状模压料XMC主要用于制造汽车部件。
片状模塑料(SMC)(谷风技术)
片状模塑料（SMC）SMC 是Sheet molding compound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。
一、种类（一）按增强材料(玻璃纤维等)分布情况分类1、玻璃纤维随机(无规则)分布称为SMC-R；2、不连续的玻璃纤维单方向布置称为SMC-D；3、连续玻璃纤维单方向布置称为SMC-C；4、连续玻璃纤维与短切玻璃纤维混合布置：SMC-C/R、SMC-D/R和SMC-X。
其中SMC-X是利用纤维缠绕机先将连续玻璃纤维交叉呈“X”形布置(类似于XMC)，然后在“X”形布置层上铺上无规则的短切纤维。
（二）按SMC性能进行分类1、高强度片状模塑料HMC，它不含填料，玻璃纤维含量高达65%(质量比)或47%(体积比)左右，因其制品的强度高而得名；2、结构高强模塑料XMC，它使用缠绕机将无捻粗纱排列呈15~20角交叉布置而成的片状模塑料，系非连续性生产的；3、高填料模塑料FMC，其填料含量高达50%(质量比)或38%(体积比)采用长约12mm 的短切无捻粗纱，系不连续生产的；4、厚层模塑料TMC(Thick Mould Compound)，采用长玻纤原丝，其他成分同SMC，但片材较厚。
（三）按基体树脂的种类分类1、不饱和聚脂树脂的SMC2、酚醛树脂的SMC3、环氧树脂的SMC4、乙烯基脂树脂的SMC（四）、按制品的收缩率大小分类1、通用型2、低收缩率型3、无收缩型二、原材料用于制备SMC的原材料有树脂、固化剂、填料、增稠剂、脱模剂、色浆和低收缩剂以及纤维增强材料等。
第4章 模压成型工艺-1
我国模压法在复合材料的各种成型工艺中，仅占10%左右 ，预计几年后模压法所占比例可升至25%，FRP产量可达 90~100吨。模压法之所以能迅速发展，主要是由于SMC、 BMC/DMC近年来发展较快。
第四章 模压成型
电机冲压模具
模压成型设备
汽车冲压模具
塑料椅模具
第四章 模压成型
第四章 模压成型
第四章 模压成型
（3）层压模压
不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、交联剂、低收 缩添加剂、填料、内脱模剂、着色剂等混合物浸渍短切 将预先浸渍好树脂的玻纤布或毡，剪成所需 玻纤粗纱或玻纤毡，两表面加上保护膜 (聚乙烯或聚丙烯 形状，经叠层放入模具进行模压。适于成型薄壁 薄膜)形成的片状模压成型材料。 制品 ，或形状简单而有特殊要求的制品。 使用时除去薄膜，按尺寸裁剪，然后进行模压成型。
第四章 模压成型
4.2.2.1 短纤维模压料的制备 4.2.2
预混法
可采用手工预混法或机械预混法。 模 压 工艺流程： 料 的 制 树脂调配 备 ↓ 及 玻璃纤维→热处理→切割→ 蓬松→混合→撕松→烘干→模压料 质 量 控 制
第四章 模压成型
生产步骤： 以镁酚醛为例
4.2.2 模 压 料 的 制 备 及 质 量 控 制
4.1 概 述
加热加压的作用
使模压料塑化、流动，充满空腔，并使树脂发生固 化反应。不仅树脂流动、增强材料也要随之流动
第四章 模压成型
4.1 概述
模具 预热 脱模剂 涂刷 模压料 预成型 包 装 装 模 压 制 脱 模 修饰及 辅助加工 检 验 后处 理
4.1 概 述
模压料 预热
第四章 模压成型
模压工艺利用树脂固化反应中各阶段的特 性实现制品成型
一种片状模塑料、纤维增强复合材料及其制备方法和应用[发明专利]
![一种片状模塑料、纤维增强复合材料及其制备方法和应用[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ca36f1f96c175f0e7dd137a6.png)
专利名称：一种片状模塑料、纤维增强复合材料及其制备方法和应用
专利类型：发明专利
发明人：鞠明杰,成源,邓军发
申请号：CN202010058995.2
申请日：20200119
公开号：CN111138845A
公开日：
20200512
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种纤维增强复合材料的制备方法，属于高分子合成及纤维增强复合材料制备领域。
该方法包括：步骤一、羟基封端聚氨酯预聚体的合成；步骤二、含双键和羧基等功能基团的引入；步骤三、加入稀释剂完成树脂制备；步骤四、按照配方进行片材制备；步骤五、在模压设备上将片材高温压制成成品。
与传统技术相比，本发明具有如下优点：本发明中的树脂、片材及复合材料成品压制过程中十分环保，无任何不愉快气味产生；无需新增任何设备，不改变原有工艺；最终复合材料产品性能较传统不饱和树脂具有明显提升。
申请人：南京聚发新材料有限公司
地址：211100 江苏省南京市江宁区神舟路37号禄口创智产业园C-73号
国籍：CN
代理机构：南京泰普专利代理事务所(普通合伙)
代理人：窦贤宇
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模压技术
课件
4.3.2 SMC
1
2 3 4
） 102 10 1.0
的 组 分 及 其 性 能
Ca(OH)2决定系统的起始增稠 特性，CaO决定系统能达到的 最高粘度水平。总含钙量一定 时，CaO越多，初期增稠越缓 慢，最终粘度越高。
0.1
1
10 时间（d）
100
CaO/Ca(OH)2增稠剂系统对 树脂的增稠特性(含6％Ca)
第四章 模压成型
课件
4.3.1.2 SMC的种类 BMC—Bulk Molding Compound，块状模塑料 4.3.1 SMC 的 特 点 与 种 类
改良了的预混块状成型材料，可用于压制和挤出成型
与SMC区别： BMC纤维含量较低，长度较短，填 料含量较大，因而BMC强度较SMC低。 BMC适用于制造小型制品 SMC用于生产大型薄壁制品
第四章 模压成型
4.3.2.4 低收缩添加剂
一般聚酯树脂的固化收缩率为7％～10％，加 入低收缩添加剂后可大幅度降低收缩率，使收缩率 接近于零，还可使SMC制品表面光滑、无裂纹。 低收缩添加剂均为热塑性高分子聚合物 一般掺量为5％左右
课件
4.3.2 SMC
的 组 分 及 其 性 能
热塑性聚合物的存在使固化时间延长， 放热峰温度下降，对不饱和聚酯交联网络起 增速作用，降低了树脂体系的强度。
第四章 模压成型
SMC具有的特点：
课件
1) 制品的重现性好， SMC的制造不易受操作者和外界条件 的影响
2) 加工制品操作处理方便，不粘手
4.3.1 SMC 的 特 点 与 种 类
3) 作业环境清洁，大大改善了劳卫环境
4) 片材质量均匀，适宜压制截面变化不大的大型薄壁制品 5) 树脂和玻璃纤维可以流动，可成型带肋条和凸部的制品 6) 成型的制品表面光洁度高 7) 生产效率高、成型周期短、成本低
第5章、模压成型工艺
第5章、模压成型工艺§5-1、概述定义：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。
工艺过程：加热和加压（高压）物料角度：塑化，流动，固化三阶段。
模具要求：高强度，高精度，耐高温。
树脂在成型过程中的两个特定阶段：(1)粘流阶段：树脂受热熔化，在压力作用下粘裹纤维一起流动至填满模腔的过程。
——即物料塑化、流动阶段。
(2)硬固阶段：树脂发生交联，硬固的过程。
——即物料固化阶段。
工艺分类：是根据增强材料物态和模压料品种（模压方式）分类。
按模压材料物态分类：纤维料模压预混、预浸纤维料加热、加压成型。
（单向、线性）织物模压两向、三向、多向织物浸渍树脂后，加热、加压成型。
（平面）优点：剪切强度明显提高，质量稳定。
缺点：成本高碎布料模压预浸碎布料加热、加压成型。
（多块，小平面）SMC模压SMC片材按制品尺寸、形状、厚度等要求剪裁下料，多层片材叠合加压而成型。
（大面积，多层平面）预成型坯模压短切纤维制成与制品形状和尺寸相似的预成型坯，放入模中，倒入树脂混合物，压力成型。
（大型、深型、高强、异型、体形、均厚度制品）按模压成型方式分类：层压预浸胶布或毡剪成所需形状，层叠后放入金属模内，压制成型。
缠绕预浸的玻纤或布带，缠绕在一定模型上，加热、加压。
（管材）定向铺设单向预浸料（纤维或无维布）沿制品主应力方向铺设，然后模压成型。
§5-2、模压料树脂、增强材料、辅助剂构成模压料的三大块。
§5-2-1、原料1、树脂：酚醛型（镁、氨酚醛，改性聚乙烯醇缩丁醛），环氧型（634，648，F-46），环氧酚醛型（也可列为酚醛型），聚酯型。
2、增强材料：纤维型（玻纤，碳纤，尼龙纤），（形状有纤维状，短切毡，布或绳）3、辅助材料：稀释剂，玻纤表面处理剂，填料，脱模剂及颜料等。
目的：使模压料具有良好的工艺性和制品的特殊要求。
(1)稀释剂：丙酮、乙醇（非活性）用途：降低树脂粘度，改进树脂浸渍性能，有活性与非活性之分。
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和内聚强度高 ， 耐腐蚀性及介电性能优异， 因此所研
制的 Ｅ Ｓ Ｍ Ｃ可 以弥 补 Ｓ ＭＣ和 Ｐ ． Ｓ Ｍ Ｃ在 性 能上 的不
（ Ｋ Ｈ ． ５ ５ ０ ） 、 增稠剂 Ｔ Ｄ Ｉ 等加入黏度较低 的环氧树脂 （ 以丙酮为溶剂 ， 将黏度降至 ２ ５ ｍ Ｐ ａ ・ Ｓ 左右） 中， 用 强力搅拌机低速混合 （ 搅速为 １ ５ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ， 低 的搅拌
体树脂 的环 氧 型 片 状 模 塑 料 （ Ｅ ｐ ｏ ｘ ｙ Ｓ ｈ ｅ ｅ ｔ Ｍｏ １ ． ｄ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｕ ｎ ｄ ， 简称 “ Ｅ Ｓ ＭＣ ” ） 。 由于 环氧 树脂 粘 结 强度
１ 实验部分 １ － １ Ｅ Ｓ ＭＣ模 塑料 片材 制 备
按照 一 定 配 比将 内脱 膜 剂 （ 硬脂 酸锌 ） 、 填 料 （ 碳 酸钙 ） 、 固化 剂 （自制 微 胶 囊 型 固化 剂 ） 、 偶 联 剂
可以用各部分的纤维含量来进行表征 。本文通过对
原材料 组 分 、 片材黏度、 铺层 方 式 、 模 压 工 艺 参 数 等 因素 与纤 维流 动分 布 的关 系 进行 系统 研 究 ． 为 环 氧
片状模塑料的顺利生产提供一定 的理论依据。
备一些特殊使用环境 的结构部件。本 文在 Ｓ Ｍ Ｃ和 Ｐ ． ｓ Ｍ ｃ的研究基础上研制出了一种以环氧树脂为基
布对复合材料制品的拉伸 、 弯曲、 压缩等力学性能有 较大的影响。 而片材的流动性能对 Ｅ Ｓ Ｍ Ｃ模压制 品
料。整个制备工艺流程 图如 图 １ 所示 。
收稿 日期 ：２ ０ １ ６ ． ０ ８ ． １ ４ 基金项 目：国家 自然科学基金项 目 （ ５ ０ ４ ７ ３ ０ １ ３ ） ；湖北省教育厅中青年人 才基 金项 目 （ Ｑ ２ ０ １ ２ ２ ３ ０ ５ ） ；湖北省 汽车传动与 电子控制重 点
各个部位的纤维含量分布起到了决定性作用 。影响
片材 流动性 的因素 主要有原 材料 组分 、 片材 黏度 、 铺 层方式 、 模 压工 艺 参 数 等 ［ ４ ． ９ ］ 。 但 所有 的影 响结 果 均
自动化程度高 ， 能够一次成型形状复杂的构件 ， 且制
品表 面光 洁 ， 因 而具 有 广 阔的应 用 前 景 。 目前 生产 和研 究 中的模 压成 型片状 模 塑料 主要 有 不饱 和 聚 酯 树脂 片状 模塑 料 （ Ｓ ＭＣ） 和 酚醛 片状模 塑料 （ Ｐ ． Ｓ ＭＣ） 两种 。其 中 ： Ｓ ＭＣ力学 强 度 较 低 ， 耐 老 化性 能 差 。 制 品收 缩率 高 ； Ｐ — Ｓ ＭＣ脆 性 大 ， 耐 冲 击性 差 ， 不 适 于制
速度 可 以避 免 胶囊 固化 剂 提前 破 裂 ， 也 可 以避 免 树 脂 与各 种 助 剂 之 间 摩 擦 升 温 发 生 增 稠 ） ， 制 备 得 到 Ｅ Ｓ ＭＣ树 脂糊 。然 后 ， 将搅 拌 均 匀 后 的树 脂 糊 分 别 浸渍 长度 为 １ ５ ｍｍ、 ２ ４ ｍ ｍ、 ３ ３ ｍｍ 的短 切玻 璃纤 维 。 最后 ， 将 浸 润好 的 预 浸料 放 置 在 两 边铺 有 薄 膜 的 片 材机 上 ， 利 用片材机压辊 压实 ， 制 成 片 材 。片 材 收 卷， 放 置于 恒温 （ 温度 为 ４ ５ ｃ Ｉ ＝ ） 烘 房 中增稠 。经过 ３ ４ ｄ的增稠 后 。 即得 到可 以模 压 的 Ｅ Ｓ ＭＣ片状 模 压
环氧 片状模 塑料在模 压过程 中的纤维分布
２ ０ １ ７年 ２月
环 氧片 状模 塑料在 模 压 过 程 中 的纤维 分布
徐娇娇 ，李 建 ，黄 志雄
４ ３ ￣７ ０ ）
（ １ ．湖北 汽车工业学 院材料科学与工程学院 ，十堰 ４ ＿ ４ ２ ｏ ｏ ２；
２ ． 武汉 理工大学材料科学与工程学院 ，武汉
制 品 纤 维分 布 的均 匀性 较 好
关键词 ：环氧 片状模塑料 ；纤维分布 ；流动 中图分类号 ：Ｔ Ｂ ３ ３ ２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ３ － ０ ９ ９ ９ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ － ０ ０ ５ ４ － ０ ６
片状 模塑 料是 一种将 短切 纤维 增强 热 固性 树脂 的 片材置 于热 模 具 中进 行 加 压 成 型 的复 合 材 料 ， 其
实验室开放基金项 目 （ Ｚ Ｄ Ｋ １ ２ ０ １ ４ ０ ５ ） ；大学生创新基金项 目 （ Ｓ Ｊ ２ ０ １ ５ ３ １ ） 作者 简介 ：徐娇娇 （ １ ９ ９ ５ 一 ） ，女 ，主要从事 汽车高分子材料方面的研究 。 通讯作 者：李建 （ １ ９ ８ ０ ． ） ，男 ， 博士， 副教授 ，主要从事树脂基复合材料方 面的研究 ，ｌ ｉ ｊ ｉ ａ ｎ ０ ７ １ １ ＠ １ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ。
足， 在 建筑 、 航天 、 电气 等领 域有 广泛 的应 用前 景 。 目前 。 国 内外 对 环 氧 片 状 型 模 塑料 的研 究 还 停 留在增 稠 和 固化 这两 个方 面 ［ １ 。 ］ ， 而本 文所 研 究 出来 的这种 环 氧片状 模塑 料不 仅有 良好 的 固化 和增 稠工 艺， 还 可 以进行 规模 化生产 ， 是 现有热 片状 模 塑 料 和 酚 醛 片状 模 塑料 ） 的升 级替代 产 品 。 在环 氧片状 模 塑 料模 压 过 程 中 ， 纤 维 的含 量 分
摘要 ：纤维的流动分布对环氧 片状模塑料 （ Ｅ Ｓ ＭＣ ） 制品的各项性 能有十分重要 的影响。 以纤维含 量作为性 能指标 ， 对原
材料组分、 片材黏度 、 铺层方式 、 模压 工艺参数等 因素与纤维流 动分布的 关 系进行 系统研 究。研 究结果表 明， 当玻 璃纤 维含 量
为２ ４ ％、 长度 为 ２ ４ ｍ ｍ、 填料 粒径为 ４ ５ Ｉ ｘ ｍ、 片材黏度 为 ５ × １ ０ Ｐ ａ ・ ｓ 、 铺料 面积 为 ６ ０ ％、 压机 闭模速度 为 １ ｍ ｍ ／ ｓ时 ， Ｅ Ｓ ＭＣ模 压