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複合材料
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模壓成型技術简介
查看:1735  發稿日期:2012/4/15 12:06:55

模壓成型(又稱壓抑成型或壓縮成型)是先將粉狀,粒狀或纖維狀的塑料放入成型溫度下的模具型腔中,然後閉模加壓而使其成型並固化的作業.模壓成型可兼用于热固性塑料,熱塑性塑料和橡膠材料.   模壓成型工艺是複合材料生产中最古老而又富有无限活力的一种成型方法。它是将一定量的预混料或预浸料加入金属对模【也可以其他材质制模,以是将此后的“金属”二字都去掉了。不同意见者请说明理由。】内,经加热、加压固化成型的方法。
模壓成型工艺的主要优点
  ①生产服從高,便于实现专业化和自动化生产;②产品尺寸精度高,重复性好;③表面光洁,无需二次修饰;④能一次成型结构复杂的制品;⑤因为批量生产,价格相对低廉。  模壓成型的不足之处在于模具建造复杂,投资较大,加上受压机限定,最适合于批量生产中小型複合材料制品。随着金属加工技术、压机建造水平及合成树脂工艺性能的不断改进和发展,压机吨位和台面尺寸不断增大,模压料的成型温度和压力也相对降低,使得模壓成型制品的尺寸逐步向大型化发展,目前已能生产大型汽车部件、浴盆、整体卫生间组件等。
模壓成型工艺
  模壓成型工艺按增强材料物态和模压料品种可分为以下几种:

①纤维料模压法 是将经预混或预浸的纤维状模压料,投入到金属模具内,在一定的温度和压力下成型複合材料制品的方法。该方法简便易行,用途广泛。根据具体操作上的不同,有预混料模压和预浸料模压法。

②碎布料模压法 将浸过树脂胶液的玻璃纤维布或其它织物,如麻布、有机纤维布、石棉布或棉布等的边角料切成碎块,然后在模具中加温加压成型複合材料制品。

③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胶液,然后放入金属模具中加热加压成型为複合材料制品。

④层压模压法 将预浸过树脂胶液的玻璃纤维布或其它织物,裁剪成所需的形状,然后在金属模具中经加温或加压成型複合材料制品。

⑤缠绕模压法 将预浸过树脂胶液的连续纤维或布(带),通过专用缠绕机提供一定的张力和温度,缠在芯模上,再放入模具中进行加温加压成型複合材料制品。

⑥片狀塑料(SMC)模压法 将SMC片材按制品尺寸、形狀、厚度等請求裁剪下料,然後將多層片材疊合後放入金屬模具中加熱加壓成型制品。

⑦预成型坯料模压法 先将短切纤维制成品形状和尺寸相似的预成型坯料,将其放入金属模具中,然后向模具中注入配制好的粘结剂(树脂混合物),在一定的温度和压力下成型。
模壓料的品種
  模壓料的品種有很多,可以是预浸物料、预混物料,也可以是坯料。当前所用的模压料品种主要有:预浸胶布、纤维预混料、BMCDMCHMCSMCXMCTMCZMC等品種。
1
、原材料
1)合成樹脂:
  複合材料模压制品所用的模压料請求合成树脂具有:①对增强材料有良好的浸润性能,以便在合成树脂和增强材料界面上形成良好的粘结;②有适当的粘度和良好的流动性,在压制条件下能够和增强材料一道均匀地充满整个模腔;③在压制条件下具有适宜的固化速率,并且固化过程中不产生副产物或副产物少,体积收缩率小;④能够满足模压制品特定的性能請求。按以上的选材請求,常用的合成树脂有:不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、呋喃树脂、有机硅树脂、聚丁二烯树脂、烯丙基酯、三聚氰胺树脂、聚酰亚胺树脂等。为使模压制品达到特定的性能指标,在选定树脂品种和牌号后,还应选择相应的辅助材料、填料和颜料。
2)增強材料
  模压料中常用的增强材料主要有玻璃纤维开刀丝、无捻粗纱、有捻粗纱、连续玻璃纤维束、玻璃纤维布、玻璃纤维毡等,也有少量特种制品选用石棉毡、石棉织物(布)和石棉纸以及高硅氧纤维、碳纤维、有机纤维(如芳纶纤维、尼龙纤维等)和天然纤维(如亚麻布、棉布、煮炼布、不煮炼布等)等品種。有时也采用两种或两种以上纤维混杂料作增强材料。
3)輔助材料
  一般包括固化劑(引發劑)、促進劑、稀釋劑、表面處理劑、低收縮添加劑、脫模劑、著色劑(顔料)和填料等輔助材料。
2
、模壓料的制備
  以玻璃纖維(或玻璃布)浸漬樹脂制成的模壓料爲例,其生産工藝可分爲預混法和預浸法兩種。(1)預混法:先將玻璃纖維切割成3050mm的短切纖維,經蓬松後在捏合機中與樹脂膠液充分捏合至樹脂完全浸潤玻璃纖維,再經烘幹(晾幹)至適當粘度即可。其特點是纖維松散無定向,生産量大,用此法生産的模壓料比容大,流動性好,但在制備過程中纖維強度損失較大。(2)預浸法:纖維預浸法是將整束連續玻璃纖維(或布)經過浸膠、烘幹、切短而成。其特點是纖維成束狀,比較緊密,制備模壓料的過程中纖維強度損失較小,但模壓料的流動性及料束之間的相容性稍差。SMCBMCHMCXMCTMCZMC生産技術 

 片狀模壓料(Sheet Molding Compound, SMC)是由樹脂糊浸漬纖維或短切纖維氈,兩邊覆蓋聚乙烯薄膜而制成的一類片狀模壓料,屬于預浸氈料範圍。是目前國際上應用最廣泛的成型材料之一。SMC是用不飽和聚酯樹脂、增稠劑、引發劑、交聯劑、低收縮添加劑、填料、內脫模劑和著色劑等混合成樹脂糊浸漬短切纖維粗紗或玻璃纖維氈,並在兩面用聚乙烯或聚丙烯薄膜包覆起來形成的片狀模壓料。SMC作爲一種發展迅猛的新型模壓料,具有許多特點:①重現性好,不受操作者和外界條件的影響;②操作處理方便;③操作環境清潔、衛生,改善了勞動條件;④流動性好,可成型異形制品;⑤模壓工藝對溫度和壓力請求不高,可變範圍大,可大幅度降低設備和模具費用;⑥纖維長度4050mm,質量均勻性好,相宜于壓抑截面變化不大的大型薄壁制品;⑦所得制品表面光潔度高,采用低收縮添加劑後,表面質量更爲理想;⑧生産服從高,成型周期短,易于完成全自動機械化操作,生産成本相對較低。 

SMC作爲一種新型材料,根據具體用途和請求的不同又發展出一系列新品種,如BMCTMCHNCXMC等。①團狀模壓料(Bulk Molding Compound, BMC)其組成與SMC極爲相似,是一種改進型的預混團狀模壓料,可用于模壓和擠出成型。兩者的區分僅在于材料形態和建造工藝上。BMC中纖維含量較低,纖維長度較短,約618mm,填料含料較大,因而BMC制品的強度比SMC制品的強度低,BMC比較適合于壓抑小型制品,而SMC適合于大型薄壁制品。②厚片狀模壓料(Thick Molding Compound, TMC) 其组成和建造与SMC相似,厚達50mm。由于TMC厚度大,玻璃纖維能隨機分布,改善了樹脂對玻璃纖維的浸潤性。此外,該材料還可以采用注射和傳遞成型。③高強度模壓料(Hight Molding Compound, HMC) 和高强度片状模压料XMC主要用于建造汽車部件。HMC中不加或少加填料,采用短切玻璃纖維,纖維含量爲65%左右,玻璃纖維定向分布,具有極好的流動性和成型表面,其制品強度約是SMC制品強度的3倍。XMC用定向連續纖維,纖維含量達70%80%,不含填料。④ZMC ZMC是一種模塑成型技術,ZMC三個字母並無實際含義,而是包含模塑料、注射模塑機械和模具三種含義。ZMC制品既保持了較高的強度指標,又具有優良的表面和很高的生産服從,綜合了SMCBMC的優點,獲得了較快的發展。
SMC
的原材料先蓉
1)合成樹脂
  合成樹脂爲不飽和聚酯樹脂,不同的不飽和樹脂對樹脂糊的增稠結果、工藝特性以及制品性能、收縮率、表面狀態均有直接的影響。SMC對不飽和聚酯樹脂有以下請求:①粘度低,對玻璃纖維浸潤性能好;②同增稠劑具有充足的反應性,滿足增稠請求;③固化迅速,生産周期短,服從高;④固化物有充足的熱態強度,便于制品的熱脫模;⑤固化物有充足的韌性,制品發生某些變形時不開裂;⑥較低的收縮率。
2)增強材料:
  增強材料爲短切玻璃纖維粗紗或原絲。在不飽和聚酯樹脂模塑料中,用于SMC的增強材料目前只有短切玻璃纖維氈,而用于預混料的增強材料比較多,有短切玻璃纖維,石棉纖維、麻和其它各種有機纖維。在SMC中,玻璃纖維含量可在5%50%之間調節。
3)輔助材料:
  輔助材料包括固化劑(引發劑)、表面處理劑、增稠劑、低收縮添加劑、脫模劑、著色劑、填料和交聯劑。
SMC
的制備工藝
  SMC生産的工藝流程主要包括樹脂糊制備、上糊操作、纖維切割沈降及浸漬、樹脂稠化等過程,其工藝流程圖以下:(1)樹脂糊的制備及上糊操作:樹脂糊的制備有兩種方法--間歇法和連續法。間歇法程序以下:①將不飽和聚酯樹脂和苯乙烯倒入配料釜中,攪拌均勻;②將引發劑倒入配料釜中,與樹脂和苯乙烯混勻;③在攪拌作用下加入增稠劑和脫模劑;④在低速攪拌下加入填料和低收縮添加劑;⑤在配方所列各組分分散爲止,停止攪拌,靜置待用。連續法是將SMC配方中的樹脂糊分爲兩部分,即增稠劑、脫模劑、部分填料和苯乙烯爲一部分,其余組分爲另一部分,分別計量、混勻後,送入SMC機組上設置的相應貯料容器內,在需要時由管路計量泵計量後進入靜態混合器,混合均勻後運送到SMC機組的上糊區,再塗布到聚乙烯薄膜上。(2)浸漬和壓實:經過塗布樹脂糊的下承載薄膜在機組的牽引下進入短切玻璃纖維沈降室,切割好的短切玻璃纖維均勻沈降在樹脂糊上,達到請求的沈降量後,隨傳動裝置離開沈降室,並和塗布有樹脂糊的上承載薄膜相疊合,然後進入由一系列參差排列的锟陣中,在張力和輥的作用下,下、上承載薄膜將樹脂糊和短切玻璃纖維緊緊壓在一起,經過量次反複,使短切玻璃纖維浸漬樹脂並趕走其中的氣泡,形成密實而均勻的連續SMC片料。

 

 
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