模壓成型課堂教學(xué)

4.3SMC成型工藝4.3.1SMC的特點(diǎn)與種類4.3.1.1SMC(片狀模塑料，SheetMoldingCompound)的特點(diǎn)SMC基本組成：不飽和聚酯樹(shù)脂、增稠劑、引發(fā)劑、交聯(lián)劑、低收縮添加劑、填料、內(nèi)脫模劑、著色劑等混合物浸漬短切玻纖粗紗或玻纖氈，兩表面加上保護(hù)膜(聚乙烯或聚丙烯薄膜)形成的片狀模壓成型材料。使用時(shí)除去薄膜，按尺寸裁剪，然后進(jìn)行模壓成型。SMC具有的特點(diǎn)：1)制品的重現(xiàn)性好，SMC的制造不易受操作者和外界條件的影響2)加工制品操作處理方便，不粘手3)作業(yè)環(huán)境清潔，大大改善了勞衛(wèi)環(huán)境4)片材質(zhì)量均勻，適宜壓制截面變化不大的大型薄壁制品5)樹(shù)脂和玻璃纖維可以流動(dòng)，可成型帶肋條和凸部的制品6)成型的制品表面光潔度高7)生產(chǎn)效率高、成型周期短、成本低4.3.1.2SMC的種類BMC—Bulk

MoldingCompound，塊狀模塑料

改良了的預(yù)混塊狀成型材料，可用于壓制和擠出成型與SMC區(qū)別：BMC纖維含量較低，長(zhǎng)度較短，填料含量較大，因而B(niǎo)MC強(qiáng)度較SMC低。BMC適用于制造小型制品SMC用于生產(chǎn)大型薄壁制品TMC—厚片狀模塑料(5.08cm厚，2英寸)

SMC—片狀模塑料(0.63cm厚，1/4英寸)

厚度增大，纖維隨機(jī)分布，增強(qiáng)了物料混合效果，流動(dòng)性提高，改善了浸透性。由于聚乙烯薄膜用量的減少，降低了模塑料成本。結(jié)構(gòu)SMCSMC—R(纖維不規(guī)則分布)

SMC—C(連續(xù)纖維單向分布)

SMC—D(不連續(xù)纖維定向分布)

SMC—C/RSMC—D/R

結(jié)構(gòu)SMC的纖維含量一般在50%以上。纖維含量高，纖維定向分布使強(qiáng)度得到很大改善。高強(qiáng)SMC①HMC(幾乎沒(méi)有填料，纖維含量60～80%、定向分布、短切，樹(shù)脂含量35%以下)②XMC(幾乎沒(méi)有填料，纖維含量70～80%，定向連續(xù)纖維，20~30%聚酯樹(shù)脂)具有極好的流動(dòng)性和成型表面，制品強(qiáng)度是普通SMC制品的3倍。制品在一定方向的強(qiáng)度為鋼材的4倍，質(zhì)量?jī)H為鋼材的1/2。低收縮SMC—LS—SMC(LomShrinkage-SMC)滲透增稠SMC

—

ITP－SMC(Interpeneterating

ThickingProcess-SMC)采用低收縮樹(shù)脂或加入熱塑性低收縮添加劑制造，成品收縮可趨于零。適于制造尺寸精度高和表面光潔度高的制品。不需要普通SMC所需的專門熟化室，具有室溫下24小時(shí)不粘手的特點(diǎn)。制品具有高度剛性、耐沖擊性、尺寸穩(wěn)定性的特點(diǎn)。4.3.2SMC的組分及其性能4.3.2.1不飽和聚酯樹(shù)脂要求（1）低粘度，便于浸漬玻纖（2）易同增稠劑反應(yīng)，滿足增稠要求（3）固化迅速，提高生產(chǎn)效率（4）熱強(qiáng)度較高，保證脫模時(shí)制品不被損壞（5）有足夠的韌性，在制件發(fā)生某些變形時(shí)不致開(kāi)裂4.3.2.2交聯(lián)劑、引發(fā)劑、阻聚劑降低樹(shù)脂的粘度，可與聚酯發(fā)生共聚反應(yīng)，使聚酯大分子通過(guò)交聯(lián)單體自聚的“鏈橋”而交聯(lián)固化，改善制品硬度、耐腐蝕性能等。

（1）交聯(lián)劑常用的交聯(lián)劑苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、鄰苯二甲酸二丙烯酯等。必須滿足的要求：貯存、操作安全；室溫下不分解；制得的SMC貯存期長(zhǎng)，達(dá)到溫度時(shí)能迅速分解、交聯(lián)；價(jià)格便宜。引發(fā)劑的用量需進(jìn)行控制：用量過(guò)多：產(chǎn)物分子質(zhì)量較低，力學(xué)性能差；反應(yīng)速度過(guò)快，樹(shù)脂急劇固化收縮，制品容易開(kāi)裂。用量過(guò)少，產(chǎn)品固化不足。（2）引發(fā)劑防止不飽和聚酯樹(shù)脂在室溫下交聯(lián)聚合目的：

延長(zhǎng)貯存期隨阻聚劑加入量增多凝膠時(shí)間增長(zhǎng)

（3）阻聚劑4.3.2.3增稠劑SMC在壓制成型、貯存、運(yùn)輸過(guò)程中均需要有較高的粘度(制備SMC時(shí)要求粘度低，浸漬纖維)，粘度的提高通過(guò)增稠劑實(shí)現(xiàn)。通過(guò)增稠劑控制SMC從生產(chǎn)到使用全過(guò)程的粘度變化（1）增稠劑的選用原則在制備時(shí)，要求粘度很低，以保證樹(shù)脂對(duì)玻璃纖維和填料的充分浸漬；當(dāng)纖維和填料被浸漬后，又要求粘度迅速增高，以適應(yīng)貯運(yùn)和模壓操作；增稠后的坯料，在模壓溫度下能迅速充滿模腔，并使樹(shù)脂與纖維不發(fā)生離析；增稠后的粘度，在貯存期內(nèi)必須穩(wěn)定在可模壓的范圍內(nèi)；增稠作用在生產(chǎn)中應(yīng)該有穩(wěn)定的重現(xiàn)性。理想增稠曲線1－浸漬階段；2－增稠階段；3－貯存階段時(shí)間粘度123（2）增稠劑的品種及使用常用的增稠劑：IIA族金屬氧化物或氫氧化物：MgO、Mg(OH)2、CaO、Ca(OH)2

MgO增稠的效果，與MgO活性和加入量有很大的關(guān)系。應(yīng)用較廣的增稠劑特點(diǎn)：增稠速度快，短時(shí)間內(nèi)能達(dá)到最高粘度MgO用量對(duì)不飽和聚酯增稠特性的影響增加MgO用量會(huì)顯著降低SMC的耐水性時(shí)間（min）

60120180

粘度（Pa.S）

10310210

1.0

MgO

10份

5份

2份

1份

1-CaO3.8%、Ca(OH)22.9%;2-CaO4.1%、Ca(OH)22.5%;3-CaO4.6%、Ca(OH)22.1%;4-CaO4.8%、Ca(OH)21.6%;增稠劑復(fù)合使用增稠效果更好：CaO/Ca(OH)2；MgO/CaO；CaO/Mg(OH)2等增稠劑用量一般在3％左右CaO/Ca(OH)2增稠劑系統(tǒng)對(duì)樹(shù)脂的增稠特性(含6％Ca)時(shí)間（d）

0.1110100

粘度（Pa.S）

10510410310210

1.0

1

2

3

4

Ca(OH)2決定系統(tǒng)的起始增稠特性，CaO決定系統(tǒng)能達(dá)到的最高粘度水平?？偤}量一定時(shí)，CaO越多，初期增稠越緩慢，最終粘度越高。（3）影響增稠效果的因素(除增稠劑類型和用量外)a、聚酯樹(shù)脂酸值的影響增稠速度與樹(shù)脂酸值成比例。酸值為零時(shí)增稠劑無(wú)增稠效果，酸值愈高，增稠效果愈明顯。樹(shù)脂酸值對(duì)增稠速度的影響時(shí)間（h）

102030405060粘度（Pa.S）

10510410310210

1.0

0酸值：29

6

0

b、增稠劑活性的影響增稠劑活性愈高，增稠效果愈好，增稠劑貯存過(guò)程中活性下降，應(yīng)注意隔絕空氣。c、微量水分的影響微量水分(0.1～0.8％)對(duì)增稠初期，可提高增稠速度。若含1％以上的水分，則增稠效果變慢。樹(shù)脂增稠特性與含水量的關(guān)系(曲線上所注數(shù)字為樹(shù)脂糊系統(tǒng)中所含水分％)時(shí)間（h）

02468粘度（Pa.S）

1045210352102520

0.1

1.5

0

.30

.50

.751%d、溫度的影響隨溫度升高，增稠速度加快提高溫度可降低樹(shù)脂系統(tǒng)發(fā)生化學(xué)增稠前的粘度，以利于樹(shù)脂糊的輸送和對(duì)纖維的浸漬。另一方面，較高的溫度能使浸漬后的系統(tǒng)粘度迅速增快并達(dá)到更高的增稠水平。樹(shù)脂增稠與溫度的關(guān)系若縮短貯存SMC的啟用期，可將其在45℃烘房?jī)?nèi)進(jìn)行稠化，若延長(zhǎng)貯存期，應(yīng)在較低的溫度(小于25℃)下存放。時(shí)間（h）

012345粘度x10（Pa.S）

21055

25℃

3545

（4）增稠機(jī)理兩個(gè)階段第一階段金屬氧化物或氫氧化物與聚酯端基－COOH進(jìn)行酸堿反應(yīng)，生成堿式鹽。堿式鹽之間或與聚酯之間進(jìn)一步脫水使分子量成倍增加MgO和MgOH的堿式鹽不進(jìn)行此脫水反應(yīng)，CaO和CaOH堿式鹽可繼續(xù)進(jìn)行此脫水反應(yīng)。堿式鹽與聚酯分子中的酯基(氧原子)以配位鍵形成絡(luò)合物第二階段鎂鹽的絡(luò)合反應(yīng)Ca鹽的絡(luò)合反應(yīng)

聚酯的分子量成倍提高，粘度上升而增稠。第一階段的反應(yīng)對(duì)于達(dá)到熟化粘度的時(shí)間有決定意義，是分子質(zhì)量提高和絡(luò)合反應(yīng)的基礎(chǔ)。第二階段反應(yīng)對(duì)于加速稠化，提高最終熟化粘度有重要作用。4.3.2.4低收縮添加劑一般聚酯樹(shù)脂的固化收縮率為7％～10％，加入低收縮添加劑后可大幅度降低收縮率，使收縮率接近于零，還可使SMC制品表面光滑、無(wú)裂紋。低收縮添加劑均為熱塑性高分子聚合物一般摻量為5％左右熱塑性聚合物的存在使固化時(shí)間延長(zhǎng)，放熱峰溫度下降，對(duì)不飽和聚酯交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)起增速作用，降低了樹(shù)脂體系的強(qiáng)度。（1）低收縮添加劑的作用機(jī)理當(dāng)SMC在模具中加熱固化時(shí)，隨體系的溫度升高，樹(shù)脂發(fā)生熱膨脹，聚酯與苯乙烯開(kāi)始發(fā)生聚合，相當(dāng)于其在熱塑性聚合物的內(nèi)壓力下進(jìn)行固化，因而在未發(fā)生收縮前就被固定下來(lái)了。即熱塑性樹(shù)脂熱膨脹力阻止了聚酯固化時(shí)的收縮。

熱塑性樹(shù)脂固化稍遲，雖然聚合降溫時(shí)也發(fā)生收縮，但是此時(shí)周圍熱固性樹(shù)脂已經(jīng)固化，故只能形成局部微孔收縮而不能形成整體收縮。熱塑性聚合物加入到熱固性樹(shù)脂中的低收縮機(jī)理：樹(shù)脂受熱時(shí)膨脹，熱固性樹(shù)脂與熱塑性樹(shù)脂的固化時(shí)間不同，熱固性樹(shù)脂首先聚合固化，其在熱塑性樹(shù)脂的熱膨脹壓力下不能收縮；待溫度下降時(shí)，熱塑性樹(shù)脂固化收縮，而周圍的熱固性樹(shù)脂已固化定型，使得熱塑性樹(shù)脂只能在局部收縮造成微孔，而不會(huì)使整體收縮變形。普通不飽和聚酯樹(shù)脂與低收縮不飽和聚酯固化時(shí)的體積變化固化結(jié)束（141℃)熱收縮最終體積樹(shù)脂膨脹2.8％樹(shù)脂收縮7.1％最終體積冷卻固化收縮和熱收縮（141℃)熱膨脹初期體積（2）低收縮添加劑的選擇常見(jiàn)的低收縮添加劑：聚氯乙稀PVC；聚苯乙烯PS；聚乙烯PE；氯乙烯－醋酸乙烯共聚物PVAc低收縮劑的種類、用量與線收縮率的關(guān)系1－氯醋共聚物；2－聚苯乙烯；3－聚乙烯添加量（重量份）

15202530

線收縮率

0.250.200.16

0.01

3

1

24.3.2.5無(wú)機(jī)填料屬惰性物質(zhì)作用：1、降低材料成本；2、改善制品性能。缺點(diǎn)：隨填料加入量增加，樹(shù)脂糊粘度增大，導(dǎo)致配料和浸漬作業(yè)困難，密度增大。（1）填料的類型硅酸鹽類：石棉、滑石粉、瓷土、氧化硅、硅藻土、火山灰、粉煤灰、玻璃微球等。碳酸鹽類：輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣。硫酸鹽類：硫酸鋇、硫酸鈣。氧化物類：氧化鋁粉、鈦白粉等。（2）填料的性能及選擇性能指標(biāo)：細(xì)度、油吸附量、觸變性。細(xì)度：粒徑要求小于120μm（120目）。

88μm（170目，水泥細(xì)度）60μm（200目）顆粒太粗容易分離沉淀；太細(xì)、吸油率高，樹(shù)脂用量大。油吸附量：填料被亞麻仁油潤(rùn)濕的質(zhì)量百分比。要求有較低的油吸附量。輕鈣3μ

油吸附量55～58％重鈣60μ12％重鈣44μ15％觸變性：當(dāng)物料受外力作用時(shí)，粘度顯著下降，而當(dāng)外力消除時(shí)粘度又逐漸恢復(fù)的特性。不宜選用觸變效應(yīng)高的填料,（易使樹(shù)脂、纖維分離）。綜上，選擇填料時(shí)應(yīng)考慮：（1）比重低;（2）吸油值低;（3）不易腐蝕;（4）成本低;（5）易分散，不要求均一粒徑;（6）無(wú)雜質(zhì)，色澤潔白；（7）滿足制品性能要求。經(jīng)常選用的有：碳酸鈣＋瓷土吸油值低，流動(dòng)性差流動(dòng)性好，不易染色石棉，滑石粉——流動(dòng)性好，吸油值高。4.3.2.6內(nèi)脫模劑SMC成型工藝中，必須采用內(nèi)脫模劑。內(nèi)脫模機(jī)理：常用的內(nèi)脫模劑：硬脂酸硬酯酸鋅硬酯酸鈣硬酯酸鎂熔點(diǎn)：70℃133℃150℃145℃用量：樹(shù)脂量的1～3％內(nèi)脫模劑是一些熔點(diǎn)比模制溫度稍低的化合物。與液態(tài)樹(shù)脂相溶，但與固化后的樹(shù)脂不相容。制品加熱成型時(shí)，脫模劑從內(nèi)部逸出到模壓料與模具接觸的界面處，融化并形成障礙，阻止粘著，達(dá)到脫模的目的。4.3.2.7增強(qiáng)材料最常用的是短切玻纖和氈，其次還有石棉纖維、麻和其他纖維纖維長(zhǎng)度：40～50mm含量：25～35％一般要求：易切割、易分散、浸漬性好、強(qiáng)度高等。4.3.3SMC生產(chǎn)工藝4.3.3.1生產(chǎn)過(guò)程SMC生產(chǎn)工藝流程樹(shù)脂糊制備樹(shù)脂固化劑增稠劑其它低收縮添加劑薄膜粗紗切割沉降浸漬收卷稠化包裝填料SMC成型機(jī)（1）樹(shù)脂糊的制備及上糊操作批混合法設(shè)備造價(jià)低，適合于小批量生產(chǎn)將樹(shù)脂和除增稠劑外的各組分計(jì)量后先行混合，再通過(guò)計(jì)量和混合泵加入MgO增稠劑，保證了每批樹(shù)脂糊的增稠時(shí)間均一。優(yōu)點(diǎn)樹(shù)脂糊的制備：批混合法和連續(xù)計(jì)量混合法連續(xù)混合法樹(shù)脂糊分為兩部分單獨(dú)制備，然后通過(guò)計(jì)量裝置進(jìn)入靜態(tài)混合器?；旌暇鶆蚝筮B續(xù)喂入到SMC成型機(jī)的上糊區(qū)。樹(shù)脂糊連續(xù)混料裝置示意圖最終混料時(shí)間短，上糊時(shí)粘度比較穩(wěn)定，不會(huì)隨存放的時(shí)間而變化，但需用多個(gè)盛器，操作較復(fù)雜些。（2）玻纖切割與沉降切割——用三輥切割機(jī)切割沉降——為使切短的纖維均勻地沉降到下薄膜上，可設(shè)置打紗器或吹入空氣，最后纖維靠自重沉降。SMC機(jī)組用玻璃纖維三輥切割器1－連續(xù)玻璃纖維；2－橫動(dòng)桿；3－支承桿；4－金屬輥；5－壓力輥；6－刀片；7－壓塊；8－切割輥；9－金屬輥（3）浸漬和壓實(shí)浸漬、脫泡、壓實(shí)主要靠各種輥及片材自身所產(chǎn)生的彎曲、延伸、壓縮和揉捏等作用實(shí)現(xiàn)。常用的有兩種結(jié)構(gòu)：a、輥筒環(huán)槽壓輥式

有多對(duì)壓輥，壓輥的小輥（上輥）為環(huán)槽式，而且相鄰壓輥的環(huán)槽位置不同，造成片料的反復(fù)擠壓捏合，起到浸漬壓實(shí)的作用。b、彎曲雙帶式

靠?jī)蓷l彎曲的牽引帶張力提供壓力。使片料反復(fù)彎曲捏合，起到浸漬壓實(shí)的目的。（4）收卷當(dāng)片料通過(guò)浸漬壓實(shí)區(qū)后，用收卷裝置將其卷成一定質(zhì)量的卷。（5）熟化與存放熟化即提高片料的粘度，要求粘度達(dá)到模壓粘度范圍室溫熟化：7～14天；40℃熟化：24～36h。存放期限：室溫(15℃)：3個(gè)月

2～3℃：6個(gè)月4.3.3.2SMC配方考慮因素：三種SMC配方：一般型；耐腐蝕型；低收縮型。

制品性能可模壓性模壓時(shí)應(yīng)具有良好的均勻性和流動(dòng)性4.3.3.3工藝參數(shù)的確定一般參數(shù)幅寬：0.45～1.5m，由設(shè)備確定厚度:1.3～6.4mm纖維：含量25～35％，長(zhǎng)度12～50mm聚乙烯薄膜厚度：0.05mmSMC單重：3～4kg/m2樹(shù)脂糊粘度：10～50Pa.S涂敷量：3～12kg/min4.4模壓工藝模壓成型工藝流程模具預(yù)熱脫模劑涂刷料的稱量料預(yù)熱成預(yù)成型裝模壓制脫模后處理打底及輔助加工檢驗(yàn)成品壓制前準(zhǔn)備壓制4.4.1壓制前的準(zhǔn)備(1)片狀模塑料的質(zhì)量檢查壓制前應(yīng)了解料的質(zhì)量、性能、配方、單重、增稠程度等，對(duì)質(zhì)量不好、纖維結(jié)團(tuán)、浸漬不良、樹(shù)脂積聚部分的料應(yīng)去除。(2)剪裁按制品結(jié)構(gòu)形狀、加料位置、流動(dòng)性能，決定剪裁要求，片料多裁剪成長(zhǎng)方形或圓形，按制品表面投影面積的40~80%來(lái)確定。(3)模壓料預(yù)熱和預(yù)成型預(yù)熱的目的：

改善料的工藝性能；提高模壓料溫度，可縮短固化時(shí)間，降低成型壓力，提高產(chǎn)品性能。模壓料的預(yù)熱方法：加熱板預(yù)熱、紅外線預(yù)熱、電烘箱預(yù)熱、遠(yuǎn)紅外預(yù)熱及高頻預(yù)熱等。溫度易于控制、恒定、使用方便，但物料內(nèi)外受熱不均，最好應(yīng)具有熱鼓風(fēng)系統(tǒng)。溫度80~100℃。熱效率高，物料受熱均勻。溫度60~80℃。模壓料預(yù)成型將模壓料在室溫下預(yù)先壓成與制品相似的形狀，然后再進(jìn)行壓制。預(yù)成型操作可縮短成型周期，提高生產(chǎn)效率及制品性能。(4)裝料量的估算裝料量等于模壓料制品的密度乘以體積，再加上3～5%的揮發(fā)物、毛刺等損耗。所以，裝料量等于制品的重量加上3～5％。(5)脫模劑選用內(nèi)、外脫模劑結(jié)合使用。內(nèi)脫模劑：硬脂酸、油酸、石蠟等；

外脫模劑：

硅酯、硅油等。4.4.2模壓工藝參數(shù)壓制制度：溫度制度、壓力制度。4.4.2.1溫度制度加溫的作用：增加分子熱運(yùn)動(dòng)和分子間化學(xué)反應(yīng)的能力，促使樹(shù)脂塑化和固化。裝模溫度升溫速度最高模壓溫度恒溫時(shí)間降溫速度后固化溫度（1）裝模溫度一定的裝模溫度，有利于趕出低分子物和使物料流動(dòng)，但此溫度不應(yīng)使物料發(fā)生明顯的化學(xué)變化。模壓料的揮發(fā)物含量高，不熔性樹(shù)脂含量低時(shí)，裝模溫度應(yīng)較低，反之裝模溫度應(yīng)較高。物料放入模腔時(shí)模具的溫度（2）升溫速度對(duì)快速模壓不存在升溫速度問(wèn)題，壓制溫度與裝模溫度相同。對(duì)慢速模壓制品：升溫速度0.5～2℃/min尤其是對(duì)于較厚的制品，由于模壓料的導(dǎo)熱性能較差，升溫過(guò)快時(shí)，會(huì)使固化不均勻，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，甚至可能導(dǎo)致與熱源接觸部位的物料先固化，因而限定內(nèi)部未固化物流的流動(dòng)，不能充滿模腔，造成廢品。升溫過(guò)慢降低生產(chǎn)效率。由裝模溫度到最高壓制溫度的升溫速率（3）最高模壓溫度根據(jù)樹(shù)脂的放熱曲線來(lái)確定的，看其在什么溫度下基本完成固化，此溫度即模壓溫度。