SMC壓制工藝介紹

1、SMC總述近年來世界發(fā)達(dá)國家在SMC方面的研究更是不遺余力，使該材料擁有廣大的市場(chǎng)。SMC具有良好的機(jī)械性能與簡易加工性，使其成為眾所矚目的材料。SMC成型一般只需36min，具有節(jié)省人力與能源，便于大量生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。在與各種材料進(jìn)行對(duì)比中，SMC不僅優(yōu)于鋼鐵、鋁等傳統(tǒng)金屬材料，而且可與一般熱塑性塑料及其它增強(qiáng)材料一爭(zhēng)高低。（1）與金屬材料相比，SMC具有優(yōu)越的電氣性能，耐腐蝕性能、質(zhì)輕以及工程設(shè)計(jì)容易、靈活等特點(diǎn)；（2）與增強(qiáng)熱塑性塑料相比，SMC的成型周期短，成型設(shè)備投資低，SMC制品不易變形，機(jī)械性能與熱變形溫度較高，耐化學(xué)藥品性優(yōu)，且價(jià)格較低；（3）與一般熱塑性塑料相比，S

2、MC的物理性能是后者不可比擬的。SMC片材簡介 片狀模塑料（sheet molding Compound），是一種干法制造不飽和聚脂玻璃鋼制品的模塑料。 SMC模壓片材的組成：中間芯材是由經(jīng)樹脂糊充分浸漬的短切纖維（或氈）組成，上下兩面用薄膜覆蓋。樹脂糊里含有不飽和聚脂樹脂、引發(fā)劑、化學(xué)增稠劑、低收縮添加劑、填料、脫模劑、著色劑等各種組份。其生產(chǎn)與成型過程大致如下：短切原紗氈或玻纖粗纖鋪放于預(yù)先均勻涂敷了樹脂的薄膜上，然后在其上覆蓋另一層涂敷了樹脂糊的薄膜，形成了一種“夾芯”結(jié)構(gòu)。它通過浸漬區(qū)時(shí)樹脂糊與玻璃纖維（或氈）充分揉捏，然后集成收卷，進(jìn)行必要的熟化處理。SMC的基本組成的基本組成一）一

3、）樹脂樹脂不飽和聚酯樹脂（UP）是SMC的最基本配方材料。它通常由不飽和二元羧酸（或酸酐）、飽和二元羧酸（或酸酐）與多元醇縮聚而成，并在縮聚結(jié)束后加入一定量的乙烯基體（如苯乙烯）配成粘稠狀液態(tài)樹脂。根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)上的差異通常可分為通用型（鄰苯型）、間苯型、雙酚A型三大類。最常用的是通用型和間苯型（較貴，具有良好的機(jī)械性能）不飽和聚酯樹脂。SMC專用樹脂提出如下要求： 低粘度，有利于玻纖的浸漬； 增稠快，以滿足增稠的要求； 活性高，能快速固化，以提高生產(chǎn)效率； 熱性能好，保證制品的熱強(qiáng)度； 耐水性好，以提高制品的防潮性； 在加入引發(fā)劑后的幾個(gè)月存放期內(nèi)，必須穩(wěn)定，而在高溫下能快速固化，以確保短的

4、模塑周期。二）引發(fā)劑二）引發(fā)劑在SMC樹脂糊系統(tǒng)中，不飽和聚酯樹脂需加入引發(fā)劑，活化樹脂與交聯(lián)單體（如苯乙烯）中的雙鍵發(fā)生共聚反應(yīng)，從而使SMC在模腔內(nèi)固化成型。對(duì)引發(fā)劑的基本要求：貯存穩(wěn)定性好，反應(yīng)速度高，操作方便且安全。引發(fā)劑的種類及其使用濃度的選擇，主要取決于制品性能的要求和成型溫度，以及SMC生產(chǎn)工藝過程，貯存穩(wěn)定性要求等。具體地說，應(yīng)考慮到以下因素：適用期；樹脂混合物在模具內(nèi)的流動(dòng)性；反應(yīng)性；制品的外觀與光澤；單體殘留量；制品的物理機(jī)械性能。常用于SMC的引發(fā)劑以過氧化物為主。（引發(fā)劑濃度越高，制品固化越快，制品表面質(zhì)量越好）隨著引發(fā)劑濃度和成型溫度的提高，制品固化時(shí)間縮短。當(dāng)固化溫

5、度足夠高，時(shí)間足夠長，制品的最終固化與引發(fā)劑濃度（0.2%1.0%）無關(guān)。但是，引發(fā)劑濃度越高，制品固化越快，表面質(zhì)量越好。制品的表面質(zhì)量正比于固化時(shí)所達(dá)到的放熱峰值。模具溫度與放熱峰值間溫差越大，制品表面質(zhì)量越好。而峰值大小與引發(fā)劑類型和用量有關(guān)。三）填料三）填料（1）碳酸鈣（CaCO3）它是一種最基本的填料，其吸油值很低，在配方中易加入。對(duì)促進(jìn)SMC成型過程及提高制品表面質(zhì)量最為有效，它具有良好遮蓋特性，制品表面著色性好，纖維顯露少。其來源豐富，價(jià)格低廉。但是，碳酸鈣填料在模壓過程中有優(yōu)先流動(dòng)傾向。（2）水合氧化鋁 它是SMC常用阻燃型填料，亦可改善制品的耐水性和電絕緣性。（3）高嶺土 也

6、是一種理想的填料，在模壓過程中其優(yōu)先流動(dòng)傾向弱，它不僅有足夠的阻力使增強(qiáng)材料相互交合，且能充滿模腔內(nèi)狹小死角等部位。流動(dòng)性是它的主要特點(diǎn)。但其制品的模后收縮率稍大，著色純度稍差。另外吸油值高，填料加入量低。（4）滑石粉 流動(dòng)性良好，能提高制品耐水性，制品易于機(jī)械加工，但其吸油值高，加入量低。四）低收縮添加劑四）低收縮添加劑控制收縮率是SMC發(fā)展過程中的一項(xiàng)重要課題。目前通用的方法是在不飽和聚酯樹脂中加入一定量的熱塑性聚合物來實(shí)現(xiàn)。SMC常用的熱塑性添加劑有如下幾種：PE粉、PS及其共聚物、PVC及其共聚物、乙酸纖維素和丁酸纖維素、熱塑性聚酯、PVAC、PMMA等。根據(jù)其作用機(jī)理的不同，大致可分

7、為二類：一類是與不飽和聚酯樹脂不相溶的添加劑，如PE和PVC，其加入量為樹脂的510%；另一類是在樹脂固化前彼此相溶，而固化后添加劑又以小顆粒球狀從樹脂析出形成第二相，如PVAC、PS等。由于熱塑性塑料在樹脂中分散性差，一般要求先將其溶于苯乙烯中。由于苯乙烯會(huì)引起SMC表面發(fā)粘，因而限制了添加劑的加入量，為此，國外已開發(fā)出羧基化熱塑性添加劑，其自身參與增稠反應(yīng)，很好地解決了上述問題。（PS和HDPE粉是用于SMC低收縮體系的主要添加劑，其收縮效果通常為0.10.3%，它們不能獲得精密控制的尺寸公差，因而不能用于低輪廓體系，但其著色接受性好，能在幾乎所有顏料體系中獲得良好的著色深度。PVAC、P

8、MMA常用于生產(chǎn)收縮率相當(dāng)?shù)偷闹破?，在某些?chǎng)合可實(shí)現(xiàn)零收縮，其收縮效果為00.05%，加入量為樹脂的1020%，但其著色接受性差，不適于著色體系）。熱塑性添加劑在防收縮方面最可能的機(jī)理為：1溫度上升，有機(jī)材料在SMC中產(chǎn)生熱膨脹；2過氧化物分解，引起不飽和聚酯（UP）與苯乙烯的聚合反應(yīng)；3可溶性添加劑在UP/苯乙烯共聚體系中變?yōu)椴蝗芏龀鲂纬煞蛛x相；4上述分離相成為未聚合苯乙烯和UP的蓄積場(chǎng)所；5隨著溫度的上升，分離相更大的膨脹和苯乙烯的蒸汽壓抵消了UP/苯乙烯聚合收縮；6分離相中的UP/苯乙烯殘留物聚合并收縮，從而形成空隙；7當(dāng)制品開始冷卻，熱塑性分離相和樹脂開始收縮，UP在達(dá)到玻璃化溫度后

9、，UP相的熱收縮比熱塑性添加劑的小得多。熱塑性添加劑的熱收縮形成空隙，并遍布分離相。故在該體系中，熱塑性樹脂相的熱膨脹是控制收縮率的主要因素。低收縮添加劑的玻璃化溫度的高低以及玻璃化前后的膨脹情況對(duì)控制收縮率的效果有很大的影響。五）、化學(xué)增稠劑五）、化學(xué)增稠劑在SMC生產(chǎn)中增稠劑是必需的，通過增稠作用使SMC從利于玻纖浸漬的低粘度轉(zhuǎn)化為不粘手的高粘度。在浸漬階段，樹脂增稠要足夠緩慢，保證玻纖的良好浸漬；浸漬后后樹脂浸漬要足夠快，使SMC盡快進(jìn)入模壓階段和盡量減少存貨量；當(dāng)SMC粘度達(dá)到可成型和模壓粘度后，增稠過程要立即停止，穩(wěn)定，以獲得盡可能長的貯存壽命。常用的增稠體系包括3類：Ca、Mg的氧

10、化物和氫氧化物系統(tǒng)；MgO和環(huán)狀酸，酐的組合系統(tǒng)；LiCl和MgO的組合系統(tǒng)。以第一類的應(yīng)用最為普遍，也最為重要，它們主要尖型有CaO/Ca(OH)2、CaO/Mg(OH)2、MgO、Mg(OH)2等。在CaO/Ca(OH)2系統(tǒng)中，一般來說，Ca(OH)2決定系統(tǒng)的起始增稠特性，而CaO決定系統(tǒng)所能達(dá)到的最高粘度水平。CaO與MgO并用時(shí)也能加快增稠。MgO是應(yīng)用最廣泛且最具代表性的化學(xué)增稠劑，其特點(diǎn)是增稠速度快。其增稠特性與活性有關(guān)。隨著MgO加入量增加，增稠也越迅速。Mg(OH)2與MgO相比，其前期增稠速度緩慢，更利于浸漬作業(yè)，而最終粘度兩者相當(dāng)，但Mg(OH)2的用量較多，其制品效果

11、更好?，F(xiàn)以MgO為例，介紹一種常見的增稠機(jī)理。第一階段：MgO與UP的端羧基反應(yīng)生成堿式鹽第二階段：由所生成的堿式鹽與UP分子中的酯基生成絡(luò)合鹽：最終形成高粘度，不粘手的體系。不飽和聚酯樹脂的增稠過程裨實(shí)質(zhì)是一個(gè)化學(xué)過程，它分為成鹽反應(yīng)和配位絡(luò)合反應(yīng)兩個(gè)階段。為使化學(xué)增稠劑更好地分散，充分發(fā)揮其活性作用，防止潮氣累積，避免過于劇烈的粘度變化，常將之分散于非活性樹脂載體中使用。 研究表明：1增稠速度與樹脂酸值成正比2體系中水分的存在強(qiáng)烈影響初期粘度上升，水含量超過1.5%，會(huì)使增稠后粘度變低，使SMC表面發(fā)粘，因此生產(chǎn)過程中必須對(duì)所有原材料的含水量進(jìn)行嚴(yán)格控制；3溫度是影響樹脂增稠的最重要因素，

12、較高溫度可降低SMC生產(chǎn)前期樹脂糊粘度而利于輸送及玻纖浸漬，又能加快浸漬后樹脂糊粘度的上升，并達(dá)到更高的增稠水平，在SMC制備后，往往要將其送入加溫熟化室中加速稠化，以縮短啟用期。六）內(nèi)脫模劑六）內(nèi)脫模劑對(duì)于SMC，粘模是一個(gè)嚴(yán)重的問題，因些須在配方中加入內(nèi)脫模具劑。它們通常為長鏈脂肪酸及其鹽類，受熱熔化并作為第二相流到模具表面，從而阻止了不飽和聚酯樹脂與金屬模具表面發(fā)生親合作用。所選用脫模劑的熔點(diǎn)低于固化溫度，以保證其在樹脂固化前已熔化。其加入量一般為0.5%2.0%。脫模劑是引起增稠行為變化的重要因素。硬脂酸金屬鹽引起的粘度變化直接與顆粒尺寸與形狀有關(guān)。當(dāng)以MgO或Mg(OH)2作增稠劑時(shí)

13、，發(fā)現(xiàn)加Znst的粘度比加Cast的低，當(dāng)用Ca(OH)2作增稠劑時(shí)，增稠行為則相反。研究表明，Znst的灰分含量能改變?cè)龀硭俣龋虼?，必須?duì)脫模劑的顆粒尺寸和灰分含量進(jìn)行精確控制，以保證生產(chǎn)穩(wěn)定性。七）著色劑：七）著色劑： SMC的著色分為內(nèi)著色與外著色兩種。內(nèi)著色通過在樹脂糊配方中加入著色劑，外著色則通過對(duì)成型制品進(jìn)行表面涂裝而實(shí)現(xiàn)，后著屬于二次加工范疇。SMC常用的著色劑為無機(jī)和有機(jī)顏料，一般加入量為樹脂的0.55%八）增強(qiáng)材料八）增強(qiáng)材料對(duì)SMC專用玻纖的一般要求是：切割性好，浸潤性佳，流動(dòng)性好，制品強(qiáng)度高，外觀良好等。其常用類型不外乎短切原紗氈和無捻粗紗兩種。無捻粗紗是用多股原紗平行

14、卷繞制成的圓筒狀紗團(tuán)，它是SMC主要使用的增強(qiáng)材料。一般來說，硬質(zhì)粗紗的成型流動(dòng)性好，軟質(zhì)粗紗成型流動(dòng)阻力大，易開纖，但不易產(chǎn)生纖維顯露。在SMC中，無捻粗紗切割長度可以是6、12、25、50 mm，但以25 mm居多。增加纖維長度可改進(jìn)模壓效率，提高制品強(qiáng)度，但纖維長度增加到一定程度，便還會(huì)有更大的收益。SMC一般適用的玻纖含量為2040%，玻纖含量高低取決于對(duì)制品強(qiáng)度要求。但玻纖含量過高或過低都會(huì)增加制片工藝的困難，玻纖含量過高還會(huì)造成成型困難。九）其他助劑九）其他助劑SMC的貯存期有限是一大缺點(diǎn)，因?yàn)樗鼤?huì)由于苯乙烯單體的損失產(chǎn)生流動(dòng)性變差，或由于引發(fā)劑慢速分解引起樹脂的聚合。在SMC配方

15、中加入自由基捕捉劑（阻聚劑），則可以調(diào)節(jié)其貯存期，在一定時(shí)期內(nèi)阻止聚合反應(yīng)的發(fā)生。也可以加入鏈轉(zhuǎn)移劑（緩聚劑），降低放熱峰溫度來減緩聚合反應(yīng)的速度。SMC成型技術(shù) SMC成型工藝流程： 壓制前準(zhǔn)備加料成型脫模修整成品一、一、 SMC的模壓成型設(shè)備的模壓成型設(shè)備1、壓機(jī)、壓機(jī)對(duì)于SMC成型用壓機(jī)的選擇，必須考慮到如下參數(shù)：（1）臺(tái)面尺寸 其機(jī)架間的面積按使用要求確定。（2）開檔 壓機(jī)工作臺(tái)和活動(dòng)橫梁之間的完開距離，可根據(jù)模具的閉合高度與預(yù)定模壓的最深制品尺寸之和的兩倍來確定。（3）行程 活動(dòng)橫梁的移動(dòng)距離，可按預(yù)定模制的最深制品深度尺寸和3倍來確定。（4）閉合高度 當(dāng)壓機(jī)處于行程末端，工作臺(tái)與活

16、動(dòng)橫梁之間的距離，一般不應(yīng)小于300mm。（5）壓力 總噸位按臺(tái)面總面積采用4.25.6Mpa的單位壓力計(jì)算，但全范圍壓力調(diào)節(jié)精度在5%范圍內(nèi)波動(dòng)。（6）變形 壓機(jī)臺(tái)面，底梁的彎曲變形。當(dāng)2/3臺(tái)面的面積受均勻載荷時(shí)，沿支架對(duì)角線變形不得超過0.025mm/m。（7）平行度 在無載荷情況下，上下臺(tái)面間的平行度應(yīng)在0.012mm/m之內(nèi)。（8）速度 高速推進(jìn) 25m/min 回程力為額定壓力的20%25% 中速推進(jìn) 215m/min 高速回程20m/min 最后加壓 0750mm/min 壓力增長需2s（從零到最大噸位） 2模具模具 SMC模具設(shè)計(jì)須考慮的最重要因素如下： 模具材料類型; 模具結(jié)

17、構(gòu); 表面光潔度; 飛邊設(shè)計(jì); 型腔拔模斜度; 頂出系統(tǒng); 導(dǎo)向系統(tǒng); 成型桿與墊塊等細(xì)部設(shè)計(jì)。(1)模具材料 在模具材料的選用中應(yīng)保證它能夠長時(shí)間承受高溫高壓,不發(fā)生變形,并具有良好耐磨性,能產(chǎn)生高級(jí)表面光潔度,淬火過程中尺寸穩(wěn)定性好,具有良好機(jī)械加工性,具有良好的耐磨蝕性,以及為便于模具修理與改進(jìn)而具有可焊接性.(2)模具結(jié)構(gòu) SMC模具分為半溢式垂直分型結(jié)構(gòu)和半溢式水平分型結(jié)構(gòu)?？傮w來說，前者效果更好。因?yàn)榇怪狈中徒Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確保成型壓力有效地施加于制品上，從而使制品獲得良好表面，并又有足夠間隙使空氣逸出。小制品溢料間隙最好為0.08mm,而大制品則溢料間隙應(yīng)增大,最大約為0.18mm。（3

18、）表面光潔度 大多數(shù)模具光潔度要求在250grit以上，高光潔度可達(dá)650grit。（4）飛邊設(shè)計(jì)(5)拔模斜度 型腔拔模斜度的設(shè)計(jì)，有利于制品脫模。拔模斜度通常不超過3，準(zhǔn)確的斜度一般由脫模深度來決定，通用經(jīng)驗(yàn)規(guī)則是：每0.02mm表面波紋深度需增加1拔模斜度。（6） 頂出系統(tǒng)（7） 導(dǎo)向系統(tǒng)（8） 其它細(xì)部設(shè)計(jì)二、二、SMC模壓成型工藝模壓成型工藝1、壓制前準(zhǔn)備（1）SMC的質(zhì)量檢查 SMC片材的質(zhì)量對(duì)成型工藝過程及制品質(zhì)量有很大的影響。因此，壓制前必須了解料的質(zhì)量，如樹脂糊配方，樹脂糊的增稠曲線、玻纖含量、玻纖浸潤滑劑類型、單重、薄膜剝離性，硬度擴(kuò)質(zhì)量均勻性等。（2）剪裁 按制品的結(jié)構(gòu)形

19、狀，加料位置，流程決定片材剪裁的形狀與尺寸，制作樣板，再按樣板裁料。剪裁的形狀鈴多為圓形，凡事多按制品表面投影面積的30%40%。為防止外界雜質(zhì)的污染，上下薄膜在裝料前才揭去。（3）設(shè)備的準(zhǔn)備 熟悉壓機(jī)的各項(xiàng)操作參數(shù)，尤其要調(diào)整好工作壓力和壓機(jī)運(yùn)行速度及臺(tái)面平行度等。模具安裝一定要水平，并確保安裝位置在壓機(jī)臺(tái)面中心，壓制前要先徹底清理模具，并涂脫模劑。加料前要用干凈紗布將脫模劑擦均，以免影響制品外觀質(zhì)量。對(duì)于新模具，用前須去油。2加料加料（1）加料量的確定 首次壓制時(shí)可按下式計(jì)算：加料量=體積2.0（2）加料面積的確定 加料面積的大小,直接影響到制品的密實(shí)程度、料的流動(dòng)距離和制品表面質(zhì)量。它與SMC的流動(dòng)與固化特性、制品性能要求、模具結(jié)構(gòu)等有關(guān)。一般加料面積為30%60%，過小會(huì)流程過長而導(dǎo)致坡纖取向，降低強(qiáng)度，增加波紋度，甚至不能充滿模腔；過大，不利于排氣，易產(chǎn)生制品內(nèi)裂紋。（3）加料位置與方式 加料位置與方式直接影響到制品的外觀，強(qiáng)度與方向性。通常情況下，料的加料位置應(yīng)在模腔中部。對(duì)于非對(duì)稱復(fù)雜制品，加料位置必須確保成型時(shí)料流同時(shí)到達(dá)模具成型內(nèi)腔各端部。加料方式必須有利于排氣。多層片材疊合時(shí)，最好將料塊按上小下大呈寶塔形疊置。另外，料塊盡量不要分開加，否