、模壓成型工藝教學(xué)文案

1、第5章、模壓成型工藝 5-1、概述定義：將一定量的模壓料放入金屬對模中，在一定的溫度和壓力作用下，固化成型制品 的一種方法。工藝過程：加熱和加壓（高壓）物料角度：塑化，流動，固化三階段。模具要求：高強(qiáng)度，高精度，耐高溫。樹脂在成型過程中的兩個特定階段：（1）粘流階段：樹脂受熱熔化，在壓力作用下粘裹纖維一起流動至填滿模腔的過程。 即物料塑化、流動階段。（2）硬周階段：樹脂發(fā)生交聯(lián)，硬固的過程。一一即物料固化階段, 工藝分類：是根據(jù)增強(qiáng)材料物態(tài)和模壓料品種（模壓方式）分類 按模壓材料物態(tài)分類:纖維料模壓 預(yù)混、預(yù)浸纖維料加熱、加壓成型。（單向、線性）織物模壓兩向、三向、多向織物浸漬樹脂后，力再、加

2、壓削。（平面）優(yōu)點：剪切強(qiáng)度明顯提高，質(zhì)量穩(wěn)定。缺點：成本高碎布料模壓預(yù)浸碎布料加熱、加壓成型。（多塊，小平面）SMC模壓SMC片材按制品尺寸、形狀、厚度等要求剪裁下料，多 層片材疊合加壓而成型。（大面積，多層平面）預(yù)成型坯模壓短切纖維制成與制品形狀和尺寸相似的預(yù)成型坯，放入 模中，倒入樹脂混合物，壓力成型。（大型、深型、高強(qiáng)、 異型、體形、均厚度制 品）按模壓成型方式分類：層壓預(yù)浸膠布或氈剪成所需形狀，層疊后放入金屬模內(nèi)，壓 制成型。纏繞預(yù)浸的玻纖或布帶，纏繞在一定模型上，加熱、加壓（管材）定向鋪設(shè)后模壓成型單向預(yù)浸料（纖維或無維布）沿制品主應(yīng)力方向鋪設(shè), 5-2、模壓料樹脂、增強(qiáng)材料、輔助

3、劑構(gòu)成模壓料的三大塊。5-2-1、原料1、樹脂：酚醛型（鎂、氨酚醛，改性聚乙烯醇縮丁醛），環(huán)氧型（634, 648, F-46）,環(huán)氧酚醛型 （也可列為酚醛型），聚酯型。2、增強(qiáng)材料：纖維型（玻纖，碳纖，尼龍纖），（形狀有纖維狀，短切氈，布或純）3、輔助材料：稀釋劑，玻纖表面處理劑，填料，脫模劑及顏料等。目的：使模壓料具有良好的工藝性和制品的特殊要求。（1）稀釋劑：丙酮、乙醇（非活性）用途：降低樹脂粘度，改進(jìn)樹脂浸漬性能，有活性與非活性之分。（2）表面處理劑：改進(jìn)樹脂與增強(qiáng)材料的粘結(jié)及樹脂一一纖維界面狀態(tài)。種類：對環(huán)氧及酚醛模壓料，常用的玻纖表面處理劑有 KH-550 ,用量為純樹脂重量的 1

4、%,不宜過多或過少。（3）粉狀填料：提高模壓料的流動性，降低制品收縮率，提高制品表面的光澤度、質(zhì)量和均勻性及賦予制品以某種特殊性能。 M0S2可提高制品的耐磨性。 5-2-2、模壓料的制備分為預(yù)混法和預(yù)浸法兩種。1、短切纖維模壓料制備（1）預(yù)混法（手混和機(jī)混）工藝流程：樹脂調(diào)配玻璃纖維 _熱處理 切割一混合一一撕松 一一烘干一模壓料機(jī)混法步驟：a、180c處理4060min （350c處理1015min）,除去玻纖表面石蠟浸潤劑，殘油量0.3%b、切割成3050mm長度，疏松。c、按樹脂配方配成膠液,用工業(yè)酒精調(diào)配膠液密度在1.0g/cm3d、按纖維：樹脂=55: 45 （質(zhì)量比）在捏合機(jī)內(nèi)充

5、分混合。（圖4-1）e、捏合的預(yù)混料，逐漸加入撕松機(jī)撕松。（圖4-2）f、撕松的預(yù)混料在網(wǎng)格屏上晾置。g、80c烘房中烘2030min,進(jìn)一步除去水分和揮發(fā)物。h、裝入塑料袋中備用。（2）預(yù)浸法a、纖維從導(dǎo)架導(dǎo)出，經(jīng)集束環(huán)經(jīng)入膠槽浸漬。b、浸漬后，過割膠輾進(jìn)入第一、二級烘箱烘干。第一級溫度110120C,第二級溫度150-160Coc、牽引輾牽出、切割。三個主要工藝參數(shù)：樹脂溶液比重，環(huán)氧酚醛（6: 4）,d=1.001.025烘箱溫度牽引速度2、模壓料質(zhì)量控制模壓料呈散亂狀態(tài)，纖維無一定方向，模壓時流動性好，適合制造形狀復(fù)雜的小型制品。因此，控制好質(zhì)量，對模壓特性及制品性能有很大影響。（1）

6、三項質(zhì)量控制指標(biāo)樹脂含量，揮發(fā)物含量及不溶性樹脂含量。幾種典型模壓料質(zhì)量指標(biāo)懣壓料預(yù)浸料預(yù)混料機(jī)械法手工法機(jī)械法手工法指標(biāo)鎂酚醛環(huán)氧酚醛環(huán)氧酚醛鎂酚醛616酚醛616酚醛樹脂含量40545342440-50404355揮發(fā)物含量31.522-3.52-44不溶性樹脂含量8455-10153-20(2)指標(biāo)控制方法取模壓料11.5g,稱重Gi (精確至0.001g),放入105 2c的烘箱內(nèi)烘30min,取 出后在干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱重 G20揮發(fā)物含量：V%=(G1-G2)/G1 X 100%取模壓料11.5g,稱重(精確至0.001g),將其浸入丙酮溶液中浸泡15min,取出放 入1052

7、C的烘箱內(nèi)烘 30min,在干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱重G3。稱重后將料放入550600c爐中灼燒1020min,將樹脂全部燒盡，取出后在干燥器內(nèi)冷卻至室溫，再稱 重G4。樹脂含量：R= G1 (1-V) - G4/ G1 (1-V)X100%不溶性樹脂含量：C= (G3- G4)/ Gi (1-V) - G4 X 100%測量時要三份平行實驗，如模壓料中含有無機(jī)填料，上述公式需加以修正。(3)影響模壓料質(zhì)量的幾個主要因素a、樹脂溶液粘度降低粘度：有利于樹脂對纖維的浸透和減少纖維強(qiáng)度損失。過低：導(dǎo)致纖維離析，影響樹脂對纖維的粘附。用加入溶劑調(diào)整密度來實現(xiàn)，用密度控制粘度。酚醛預(yù)混料樹脂膠液粘度控制

8、在 1.001.025g/cm3。b、纖維長度過長易結(jié)團(tuán)，機(jī)混法：長度 2040mm,手混法：長度3050mm。c、烘干條件一般快速固化酚醛型預(yù)混料(鎂酚醛)烘干溫度為80C,烘干2030min。慢速固化酚醛型預(yù)混料(氨酚醛)烘干溫度為 80C,烘干5070min。環(huán)氧酚醛型預(yù)混料的烘干溫度為 80 C,烘干2040min。d、浸漬時間在確保纖維均勻浸透情況下，應(yīng)盡可能縮短時間。3、模壓料的工藝性及其影響因素工藝性主要為模壓料的流動性、收縮率和壓縮性。流動性流動性好：成型溫度與壓力較低，復(fù)雜制品。流動性差：成型溫度與壓力提高，不易復(fù)雜制品。熱固性聚合物熔體粘度：于f （丫 T, ）丫剪切速率，

9、T:溫度，a：固化度。流動度：O=1/t!?A e-atA, a：常數(shù)，t:加熱時間。外部影響因素：流動度與時間、溫度、壓力的相互關(guān)系。加熱初期流動度增大 固化前期流動度相對穩(wěn)定 j塑化固化期及后流動度速降一一交聯(lián)溫度升高流動度增大一一塑化溫度續(xù)升流動度快降一一交聯(lián)壓力升高流動度增大提高剪切變形，剪切速率壓力續(xù)升流動度增緩功耗速增綜合評估溫度最重要Arrhenius 方程：中A ? eH#T圖 4-3, 4-4解決方法：模壓溫度Tk,塑化，交聯(lián)的交界溫度。內(nèi)部影響因素：a、高聚物分子量，鏈結(jié)構(gòu)，分子量分布相同可度下：分子量大、鏈段多，分子鏈重心難移一一粘度大。T0=AM w3.4中：剪切速率較

10、低時的表觀粘度A:經(jīng)驗常數(shù)Mw：重均分子量解決方法：低分子量溶劑或增塑劑降低粘度。分子量分布對粘度影響：剪切速率小，分布寬高于分布窄。剪切速率大，分布寬低于分布窄。溫度敏感性：分布寬，溫敏低；分布窄，溫敏高。圖 4-5, 4-6b、模壓料質(zhì)量指標(biāo)與組分揮發(fā)份對流動性影響：揮發(fā)份增加，流動性增加揮發(fā)份過高，成型時樹脂大量流失揮發(fā)份過低，流動性下降，成型難c、增強(qiáng)材料形態(tài)、含量線性好于平面性，短比長好，短長混用。d、合理的壓制制度，模具的結(jié)構(gòu)、形狀及光潔度都會有影響流動性過大的，合模時產(chǎn)生溢料，局部聚膠、貧膠和纖維分布不均。(2)模壓料的收縮性定義：脫模后尺寸會減小是模壓料的固有特性。Q：收縮率a

11、、實際收縮率：模具空腔或制品在壓制溫度下的尺寸與制品在室溫下的尺寸之間的差值。Q 實=(a-b)/bx 100%a：模具空腔或制品在壓制溫度下的尺寸 mmb:制品在室溫下的尺寸mmb、計算收縮率：在室溫下模具空腔尺寸與制品尺寸之間的差值。Q 計=(c-b)/bxi00%c：模具空腔在室溫下的尺寸 mm,設(shè)計模具時的重要數(shù)據(jù)。c、收縮的主要原因：熱收縮和結(jié)構(gòu)(化學(xué))收縮。熱收縮：模壓制品的線膨脹系數(shù)比模具材料大(塑料線膨脹系數(shù)25120X 10-6C-1,鋼材線膨脹系數(shù)11X10-6C-1）因此制品脫模冷卻后收縮率大于模具收縮率。制品小，模具大（與墻地磚熱壓后膨脹正好相反）表 4-3結(jié)構(gòu)收縮：固

12、化過程中縮聚反應(yīng)產(chǎn)生交聯(lián)。一般高強(qiáng)度短纖維模壓制品收縮率在 00.3%。d、影響收縮的因素原材料的影響樹脂與添加物的種類與含量模具結(jié)構(gòu)和制品形狀的影響不溢式與溢式模具，模具剛度，薄壁制品成型工藝條件溫度制度，壓力制度見表 4-4, 4-5（3）模壓料的壓縮性壓縮比：模壓料和模壓制品二者比容的比值。壓縮比=模壓料（或坯體）的比容/制品比容1SMC, BMC壓縮比較小。纖維狀模壓料壓縮比達(dá)610 （蓬松）處理方法：預(yù)成型纖維 5-3、SMC成型工藝 5-3-1、SMC的特點與種類1、SMC的特點SMC片狀模塑料（Sheeting Molding Compound）1953年，美國Rubber發(fā)明不

13、飽和聚酯的化學(xué)增稠。1960年，德國Bayer公司實現(xiàn)SMC工業(yè)化生產(chǎn)。定義：SMC是不飽和聚酯樹脂及輔助劑、填料所成樹脂糊浸漬短玻纖粗紗或玻氈，并在 兩邊用聚乙烯或聚丙烯包覆后形成的片狀模壓成型材料。特點：干法生產(chǎn)FRP制品一種中間材料，它具有獨(dú)特的增稠作用，即浸漬玻纖時體系粘度低，浸漬后粘度急劇上升，達(dá)到穩(wěn)定。(2)重現(xiàn)性好。(3)操作處理方便，增稠劑化學(xué)增稠，使 SMC處于不粘手狀態(tài)，避免一般預(yù)成型 的粘滯性。(4)作業(yè)環(huán)境清潔。(5)SMC能使玻纖同樹脂一起流動，可成型帶有肋條和凸部的制品。(6)可壓截面變化不大的大型薄壁制品。(7)制品表面光潔度高。(8)生產(chǎn)率高，成型周期短，成本低

14、，易機(jī)械化、自動化。2、SMC的種類(1)BMC 塊狀模塑料(Bulk Molding Compound )相近：與SMC組成近似。用途：壓制和擠出成型。區(qū)別：BMC中纖維含量低，纖維短，填料含量大，強(qiáng)度低，小型制品。(2)TMC 厚片狀模塑料相近：組成與制作與SMC類似。區(qū)別：比SMC厚的多(0.63cm： 5.08cm),浸透性更好，成本更低。(3)結(jié)構(gòu)SMC纖維形態(tài)和分布不同的 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SMCC/R, SMC D/R 區(qū)別：纖維含量高(Wt達(dá)3070%,多為50%以上)，樹脂為高反應(yīng)性間苯二甲酸聚酯樹脂，強(qiáng) 度大

15、大提高。(4)高強(qiáng) SMC,即 HMC 和 XMCHMC 少填料，多短纖，少樹脂的片狀模塑料。XMC 少填料，多連續(xù)定向玻纖，少樹脂的片狀模塑料。代替鋼材，鋁材。(5)LSSMC (Lom Shrinkage SMC)低收縮 SMC尺寸精度高，表面光潔度高。(6)ITPSMC (Interpeneterating Thicking Process-SMC)滲透增稠片狀模塑料室溫熟化，高剛性，耐沖擊，尺寸穩(wěn)定。(7)高彈SMC,而寸熱SMC,而寸燃SMC 5-3-2、SMC的組分及性能,不飽和聚酯樹脂及其助劑SMC三大員 1.0%則不如不加水的快（初期）因此必須對填料、增稠劑、低收縮添加劑與玻纖

16、使用前測定含水量溫度的影響溫度升高，增稠加快，圖 4-12d、增稠機(jī)理第一階段：酸堿反應(yīng)，生成堿式鹽。 OCOOH + MgOC-O-MgOHO-COOH + Mg(OH)2 - COMgOH +H2OCa再進(jìn)行脫水 rf COOMeOH + HOOC COOMeOOC - + H2O1 I- COOMeOH + HOMeOOC - COOMeOMeOOC + H2O第二階段：以配位鍵形成絡(luò)合物OcoMeIIfOOMeOC 歸于一C一基存在剩余自由電子，顧可形成配位鍵，而配位鍵在壓力時可消除。稠化、熟化COMe)(6)低收縮添加劑克服聚酯樹脂固化時將發(fā)生的710%體積收縮，并使表面光滑，無裂縫

17、，收縮量低。a、機(jī)理：聚酯樹脂發(fā)生熱膨脹，交聯(lián)中產(chǎn)生固化收縮，在固化收縮時，低收縮劑熱膨脹力就阻止收縮。稍遲于樹脂固化收縮，而其收縮時，周圍已固化。低收縮效果圖見4-13b、選擇PVC聚氯乙烯，PS聚苯乙烯，PE聚乙烯，PVAc聚醋酸乙烯酯，添加量5%左右。(7)無機(jī)填料a、分類氧化硅及硅酸鹽類石棉，滑石粉，瓷土，氧化硅，硅藻土，火山灰等碳酸鹽類碳酸鈣硫酸鹽類硫酸鋼，硫酸鈣氧化物類氫氧化鋁b、性能選擇細(xì)度：325目(44叩)。大：分離、沉淀，?。何土扛叩奶盍霞尤肓可?。油吸附量：被亞麻仁油潤濕的質(zhì)量百分比，一般要求要求填料具有較低的油吸附量。觸變性：物料受到外力作用(如剪切力、振蕩)時，粘度顯

18、著下降，除去此力時，物料 又逐漸恢復(fù)到原來粘度的一種物理現(xiàn)象。不宜選用靈敏度大的填料。c、填料對制品成本影響單位體積成本為：Rc = Km + K - (Km - Kc) - XcKm, Kc：樹脂糊、填料的單位體積成本。K:加填料的操作成本。Xc：填料的體積分?jǐn)?shù)。不加填料的成本Rc=KmRc的意義：加填料的操作成本小于這部分填料替代樹脂糊而降低的成本。則 K - (Km - Kc)0 虧損。Km與Kc差值越大，K越小，無虧損點Xc0越小，經(jīng)濟(jì)效益高。Xc還與填料密度有關(guān)：Xc=1/1+ g/pm - (1-yc)/ yc網(wǎng)沖：填料、樹脂的密度。yc：填料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。Mfm越?。篨c越大。(8

19、)內(nèi)脫模劑機(jī)理：是一些熔點比普通模制溫度稍低的化合物，它與液態(tài)樹脂相容，與固化后的樹脂 不相容，固化時從內(nèi)部逸到模具界面形成障礙，從而脫模。國內(nèi)用硬脂酸鋅，熔點133c日本用硬脂酸亞鉛歐、美用硬脂酸鈣，熔點 150C,硬脂酸鎂，熔點145C。（9）增強(qiáng)材料短切玻纖、氈，石棉纖維，麻，有機(jī)纖維。玻纖性能：易切割、分散，浸漬性好，抗靜電，流動性好，強(qiáng)度高。 5-3-3、SMC生產(chǎn)工藝1、生產(chǎn)過程見圖4-18樹脂糊制備批混法（國內(nèi)），連續(xù)計量混合法（國外）。批混法：樹脂和除增稠劑外的各組分計量后先混合，再通過計量和混合泵加入 MgO增稠劑。粘度控制指標(biāo)：樹脂原始粘度3.5Pa S引發(fā)劑、單體加入后8

20、Pa S填料加入后15Pa S增稠劑加入后30Pa S增稠劑加入30min后（加入玻纖成片）50Pa S連續(xù)計量混合法：將樹脂與其他部分分為兩部分單獨(dú)制備，計量后進(jìn)入靜態(tài)混合器，均 勻后再成型。（2）玻纖切割與沉降粗紗切割速度80130m/min防靜電，玻纖分布均勻。浸漬、壓實反復(fù)擠壓捏合，達(dá)到充分混合和充分浸漬。(4)收卷收卷裝置的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩隨卷徑的變化規(guī)律:M=A 1/n=T - v/2 m r=B - 1/n=v/2 兀 1/nT:收卷張力v:收卷線速度r：片料卷繞半徑n：收卷轉(zhuǎn)速M(fèi):轉(zhuǎn)矩(5)熟化與存放熟化使粘度達(dá)到模壓粘度范圍并穩(wěn)定后才能交付使用。存放要防止苯乙烯揮發(fā)，非滲透性薄膜密

21、封包裝。2、配方滿足制品性能要求，考慮可模壓性。均勻性(制品性能)，流動性(可模壓性)關(guān)鍵：選擇樹脂與填料的搭配。吸收能力高的填料與吸收能力低的填料的合理搭配，解 決均勻性和流動性的有效途徑。3、工藝參數(shù)(1)一般參數(shù)(見書P96)(2)參數(shù)計算上糊量與纖維輸送量切割機(jī)轉(zhuǎn)速和紗團(tuán)數(shù)刮板間隙所有參數(shù)均應(yīng)根據(jù)實際情況選擇適當(dāng)系數(shù)。 5-4、模壓工藝模壓工藝流程見書P97,圖4-265-4-1、壓制前準(zhǔn)備1、預(yù)熱和預(yù)成型壓制前對模壓料預(yù)先加熱處理稱為預(yù)熱目的：改善模壓料的工藝性能:增加流動性便于裝模降低制品收縮率:降低成型壓力預(yù)熱方法：加熱板預(yù)熱紅外線預(yù)熱電烘箱預(yù)熱（熱鼓風(fēng)）80100C遠(yuǎn)紅外預(yù)熱6

22、0-80CI高頻預(yù)熱t(yī)30min將模壓料在室溫下預(yù)先壓成與制品相似的形狀稱為預(yù)成型?？商岣呱a(chǎn)率。2、裝料量估算裝料量=（p模壓料+ V制品）X 103105%（1）簡化計算法復(fù)雜制品簡化成一系列幾何形狀進(jìn)行估算。密度比較法：其它材料比較3模壓二3/i/ p p模壓（1+ 9p:密度：質(zhì)量a： 35%（3）鑄型比較法：與密度比較法近似3、脫模劑選用內(nèi)脫模劑，外脫模劑外脫模劑多用機(jī)油、油酸、硬脂酸用于酚醛型模壓料。硅酯或有機(jī)硅用于環(huán)氧及環(huán)氧酚醛型模壓料。 5-4-2、模壓工藝參數(shù)溫度制度、壓力制度1、溫度制度包括：裝模溫度，升溫速度，最高模壓溫度和恒溫、降溫以及固化溫度。裝模溫度：鎂酚醛150170C,氨酚醛、酚醛環(huán)氧型8090C,結(jié)構(gòu)復(fù)雜及大型制品裝 模溫度在室溫90 c。(2)升溫速度一般采用1030c Zh,氨酚醛小尺寸制品12C/min。(3)最高模壓溫度主要依樹脂放熱曲線來確定，如：氨酚醛80c開始縮聚，140150c最為激烈，180C 固化反應(yīng)逐漸完成，應(yīng)將模壓溫度定