國內外復合材料工藝設備發(fā)展述評-模壓成型工藝

雖然現(xiàn)在一般認為樹脂基復合材料工業(yè)始于1938年，但實際上早在1909年酚醛樹脂面世的第二年即有以木粉、石棉及石英粉為填料的酚醛復合材料模壓制品。

規(guī)?；哪撼尚陀?0世紀60年代和70年代的許多企業(yè)發(fā)展而來，他們首先成型熱固性零件，然后將其設備用于熱塑性塑料，并在20世紀80年代開始商業(yè)化。隨著行業(yè)的成熟，在20世紀90年代，公司和應用程序迅速增長，金屬成型和塑料注射成型領域的幾家主要機械制造商安裝了第一套完整的交鑰匙生產設施。較小的模塑商還利用內部工程專業(yè)知識來發(fā)展自己的基礎設施，并申請了許多新穎的工藝專利。

如今，歐美幾家主要的設備供應商已經建立了適用于關鍵模壓成型工藝的靈活的制造系統(tǒng)。近年我國通過消化引進技術、自主創(chuàng)新，在工藝及其裝備上成績斐然。

圖1所示為典型模壓成型生產線——GMT（玻纖氈增強熱塑性塑料）模壓生產線的主要特征。1、熱固性復合材料模壓

1909年，酚醛樹脂面世，第二年即有以木粉、石棉及石英粉為填料的酚醛復合材料制品。1928年與1938年先后出現(xiàn)了以脲醛樹脂和三聚氰胺甲醛為基體的模塑料。1949年，英國不飽和聚酯樹脂團狀模塑料（DoughMoldingCompound，DMC，早期不增稠）模壓玻璃鋼面市。20世紀50年代，蘇聯(lián)開發(fā)了玻纖/酚醛模塑料和單向帶，用于生產炮彈引信等軍工產品及化工器材。20世紀60年代，增稠的DMC和以不飽和聚酯樹脂為基體的SMC（片狀模塑料）問世。

1.1玻璃纖維增強酚醛樹脂模塑

1963年冬，國家建材部玻璃工業(yè)設計院組團赴前蘇聯(lián)考察，了解到了酚醛模壓料制備及模壓技術。其中，鎂酚醛短切玻璃纖維模壓料連續(xù)生產線（見圖2）及切割-蓬松系統(tǒng)和裝料系統(tǒng)（見圖3）即為考察所悉資訊的部分內容。疏松機示意圖和實物照片如圖4、圖5所示。

20世紀60年代及20世紀70年代，我國生產的模壓件大多為酚醛基體，很多都是用前蘇聯(lián)牌號АГ-4（以氧化鎂催化、聚乙烯醇縮丁醛和苯胺改性的酚醛樹脂）作模塑料。

1964年-1965年，北京玻璃工業(yè)設計院在常州253廠研發(fā)，推出了單紗浸膠機（見圖6），玻纖浸漬樹脂后，經烘箱使樹脂達B階段，經恒線速牽引到切割器，短切到所需長度為成品。切割器參考了北京火柴廠的往復鍘刀式切梗機。當時用的是鎂酚醛樹脂，氧化鎂粉易在浸膠槽內沉淀，故用葉片攪拌，后廠方改為氣動攪拌，簡單效佳。圖7所示為1969年北京251廠制做的簡易版單紗浸膠機。

1965年起，在常州253廠以“亂絲”（疏松處理后的玻纖增強鎂酚醛樹脂模塑料）生產M6型炮彈引信所用的鋼模具，一模產12只，因產品引信體帶螺紋，故脫模時12個子模同步旋轉以取下制品，模具設計的十分巧妙，圖紙由前蘇聯(lián)提供，模壓機均為國產。

20世紀70年代前后，這種模塑料在常州一帶鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)流行開來，株洲玻璃纖維廠等單位也在生產，并冠以自取的牌號。

1.2玻璃纖維增強不飽和聚酯樹脂模塑

1961年，德國拜爾公司開發(fā)的不飽和樹脂片狀模塑料（SheetMoldingCompound，SMC）面市。

20世紀60年代，團狀模塑料（BulkMoldingCo?mpound，BMC）開始推廣，其在歐洲也被稱為DMC（DoughMoldingCompound），其早期（20世紀50年代）是不增稠的；而按美國定義，BMC就是增稠的BMC。日本在接受歐洲技術后在BMC應用及發(fā)展上頗有成績，到20世紀80年代，技術已十分成熟。迄今BMC所用基體一直是不飽和聚酯樹脂。

1.2.1BMC

BMC不限于模壓制品，為敘述之完整性，本章亦涉及注射工藝。

（1）BMC備料設備

BMC備料設備包括高速分散機、捏合機、擠出機等。

高速分散機（見圖8）要求剪切速率高，其技術參數(shù)如表1所示。BMC混煉用的捏合機：

一般采用Z形捏合機，又稱雙臂捏合機或sigma槳葉捏合機，槳葉形狀可有多種類型，兩根槳葉的速比最好無公約數(shù)，漿葉外緣與室壁間隙約為5mm~8mm。圖9所示為BMC常用捏合機及sigma型槳葉和單螺旋型槳葉。圖10所示為sigma型槳葉捏合機。

江蘇如皋是國內BMC捏合機廠商集中地，山東萊州、廣州佛山等地也有BMC捏合機生產廠家。

為了使團狀模塑料更加致密，并便于以后的成型操作，當在捏合機中完成了其制備過程后，往往會將其送入一臺擠出機中進行進一步的加工。

擠出機的作用是壓緊團狀模塑料，驅除多余的空氣，并且為了使團狀模塑料在成型時便于使用而擠成一定質量和形狀的料塊。為進一步除凈空氣，擠出機上帶有真空室更加有效。圖11所示為雙螺桿擠出機結構（2）BMC制品成型設備

BMC制品成型有三種方法：模壓、傳遞成型、注射法，國際上20世紀80年代即以注射法為主。BMC注射必須用專用的注射成型機。21世紀初，注射法開始在我國內地興起，浙江寧波、江蘇無錫、廣東順德等地生產BMC注射機，與一般熱塑性塑料注射機相比，其螺桿要求具有更高的耐磨性。

日本吸收歐美技術的做法可借鑒。1980年，新瀉機械科技（株）就開發(fā)出了BMC注塑成型機，并于2004年完成了BMC系列注塑機的電動化設計與制造，之后于2014年完成了BMC電動注