SMC压制工艺介绍

SMC总述•近年来世界发达国家在SMC方面的研究更是不遗余力，使该材料拥有广大的市场。SMC具有良好的机械性能与简易加工性，使其成为众所瞩目的材料。SMC成型一般只需3~6min，具有节省人力与能源，便于大量生产，提高产品质量等优点。在与各种材料进行对比中，SMC不仅优于钢铁、铝等传统金属材料，而且可与一般热塑性塑料及其它增强材料一争高低。（1）与金属材料相比，SMC具有优越的电气性能，耐腐蚀性能、质轻以及工程设计容易、灵活等特点；（2）与增强热塑性塑料相比，SMC的成型周期短，成型设备投资低，SMC制品不易变形，机械性能与热变形温度较高，耐化学药品性优，且价格较低；（3）与一般热塑性塑料相比，SMC的物理性能是后者不可比拟的。SMC片材简介片状模塑料（sheetmoldingCompound），是一种干法制造不饱和聚脂玻璃钢制品的模塑料。SMC模压片材的组成：中间芯材是由经树脂糊充分浸渍的短切纤维（或毡）组成，上下两面用薄膜覆盖。树脂糊里含有不饱和聚脂树脂、引发剂、化学增稠剂、低收缩添加剂、填料、脱模剂、着色剂等各种组份。其生产与成型过程大致如下：短切原纱毡或玻纤粗纤铺放于预先均匀涂敷了树脂的薄膜上，然后在其上覆盖另一层涂敷了树脂糊的薄膜，形成了一种“夹芯”结构。它通过浸渍区时树脂糊与玻璃纤维（或毡）充分揉捏，然后集成收卷，进行必要的熟化处理。SMC的基本组成一）树脂•不饱和聚酯树脂（UP）是SMC的最基本配方材料。它通常由不饱和二元羧酸（或酸酐）、饱和二元羧酸（或酸酐）与多元醇缩聚而成，并在缩聚结束后加入一定量的乙烯基体（如苯乙烯）配成粘稠状液态树脂。根据其化学结构上的差异通常可分为通用型（邻苯型）、间苯型、双酚A型三大类。最常用的是通用型和间苯型（较贵，具有良好的机械性能）不饱和聚酯树脂。•SMC专用树脂提出如下要求：•①低粘度，有利于玻纤的浸渍；•②增稠快，以满足增稠的要求；•③活性高，能快速固化，以提高生产效率；•④热性能好，保证制品的热强度；•⑤耐水性好，以提高制品的防潮性；•⑥在加入引发剂后的几个月存放期内，必须稳定，而在高温下能快速固化，以确保短的模塑周期。•二）．引发剂•在SMC树脂糊系统中，不饱和聚酯树脂需加入引发剂，活化树脂与交联单体（如苯乙烯）中的双键发生共聚反应，从而使SMC在模腔内固化成型。对引发剂的基本要求：贮存稳定性好，反应速度高，操作方便且安全。•引发剂的种类及其使用浓度的选择，主要取决于制品性能的要求和成型温度，以及SMC生产工艺过程，贮存稳定性要求等。具体地说，应考虑到以下因素：①适用期；②树脂混合物在模具内的流动性；③反应性；④制品的外观与光泽；⑤单体残留量；⑥制品的物理机械性能。常用于SMC的引发剂以过氧化物为主。（引发剂浓度越高，制品固化越快，制品表面质量越好）•随着引发剂浓度和成型温度的提高，制品固化时间缩短。当固化温度足够高，时间足够长，制品的最终固化与引发剂浓度（0.2%~1.0%）无关。但是，引发剂浓度越高，制品固化越快，表面质量越好。制品的表面质量正比于固化时所达到的放热峰值。模具温度与放热峰值间温差越大，制品表面质量越好。而峰值大小与引发剂类型和用量有关。•三）．填料•（1）碳酸钙（CaCO3）它是一种最基本的填料，其吸油值很低，在配方中易加入。对促进SMC成型过程及提高制品表面质量最为有效，它具有良好遮盖特性，制品表面着色性好，纤维显露少。其来源丰富，价格低廉。但是，碳酸钙填料在模压过程中有优先流动倾向。•（2）水合氧化铝它是SMC常用阻燃型填料，亦可改善制品的耐水性和电绝缘性。•（3）高岭土也是一种理想的填料，在模压过程中其优先流动倾向弱，它不仅有足够的阻力使增强材料相互交合，且能充满模腔内狭小死角等部位。流动性是它的主要特点。但其制品的模后收缩率稍大，着色纯度稍差。另外吸油值高，填料加入量低。•（4）滑石粉流动性良好，能提高制品耐水性，制品易于机械加工，但其吸油值高，加入量低。•四）．低收缩添加剂•控制收缩率是SMC发展过程中的一项重要课题。目前通用的方法是在不饱和聚酯树脂中加入一定量的热塑性聚合物来实现。SMC常用的热塑性添加剂有如下几种：PE粉、PS及其共聚物、PVC及其共聚物、乙酸纤维素和丁酸纤维素、热塑性聚酯、PVAC、PMMA等。根据其作用机理的不同，大致可分为二类：一类是与不饱和聚酯树脂不相溶的添加剂，如PE和PVC，其加入量为树脂的5~10%；另一类是在树脂固化前彼此相溶，而固化后添加剂又以小颗粒球状从树脂析出形成第二相，如PVAC、PS等。由于热塑性塑料在树脂中分散性差，一般要求先将其溶于苯乙烯中。由于苯乙烯会引起SMC表面发粘，因而限制了添加剂的加入量，为此，国外已开发出羧基化热塑性添加剂，其自身参与增稠反应，很好地解决了上述问题。（PS和HDPE粉是用于SMC低收缩体系的主要添加剂，其收缩效果通常为0.1~0.3%，它们不能获得精密控制的尺寸公差，因而不能用于低轮廓体系，但其着色接受性好，能在几乎所有颜料体系中获得良好的着色深度。PVAC、PMMA常用于生产收缩率相当低的制品，在某些场合可实现零收缩，其收缩效果为0~0.05%，加入量为树脂的10~20%，但其着色接受性差，不适于着色体系）。•热塑性添加剂在防收缩方面最可能的机理为：•1．温度上升，有机材料在SMC中产生热膨胀；•2．过氧化物分解，引起不饱和聚酯（UP）与苯乙烯的聚合反应；•3．可溶性添加剂在UP/苯乙烯共聚体系中变为不溶而析出形成分离相；•4．上述分离相成为未聚合苯乙烯和UP的蓄积场所；•5．随着温度的上升，分离相更大的膨胀和苯乙烯的蒸汽压抵消了UP/苯乙烯聚合收缩；•6．分离相中的UP/苯乙烯残留物聚合并收缩，从而形成空隙；•7．当制品开始冷却，热塑性分离相和树脂开始收缩，UP在达到玻璃化温度后，UP相的热收缩比热塑性添加剂的小得多。热塑性添加剂的热收缩形成空隙，并遍布分离相。•故在该体系中，热塑性树脂相的热膨胀是控制收缩率的主要因素。低收缩添加剂的玻璃化温度的高低以及玻璃化前后的膨胀情况对控制收缩率的效果有很大的影响。•五）、化学增稠剂•在SMC生产中增稠剂是必需的，通过增稠作用使SMC从利于玻纤浸渍的低粘度转化为不粘手的高粘度。在浸渍阶段，树脂增稠要足够缓慢，保证玻纤的良好浸渍；浸渍后后树脂浸渍要足够快，使SMC尽快进入模压阶段和尽量减少存货量；当SMC粘度达到可成型和模压粘度后，增稠过程要立即停止，稳定，以获得尽可能长的贮存寿命。•常用的增稠体系包括3类：•①Ca、Mg的氧化物和氢氧化物系统；•②MgO和环状酸，酐的组合系统；•③LiCl和MgO的组合系统。•以第一类的应用最为普遍，也最为重要，它们主要尖型有CaO/Ca(OH)2、CaO/Mg(OH)2、MgO、Mg(OH)2等。在CaO/Ca(OH)2系统中，一般来说，Ca(OH)2决定系统的起始增稠特性，而CaO决定系统所能达到的最高粘度水平。CaO与MgO并用时也能加快增稠。MgO是应用最广泛且最具代表性的化学增稠剂，其特点是增稠速度快。其增稠特性与活性有关。随着MgO加入量增加，增稠也越迅速。Mg(OH)2与MgO相比，其前期增稠速度缓慢，更利于浸渍作业，而最终粘度两者相当，但Mg(OH)2的用量较多，其制品效果更好。现以MgO为例，介绍一种常见的增稠机理。•第一阶段：MgO与UP的端羧基反应生成碱式盐•第二阶段：由所生成的碱式盐与UP分子中的酯基生成络合盐：最终形成高粘度，不粘手的体系。•不饱和聚酯树脂的增稠过程裨实质是一个化学过程，它分为成盐反应和配位络合反应两个阶段。•为使化学增稠剂更好地分散，充分发挥其活性作用，防止潮气累积，避免过于剧烈的粘度变化，常将之分散于非活性树脂载体中使用。研究表明：•1．增稠速度与树脂酸值成正比•2．体系中水分的存在强烈影响初期粘度上升，水含量超过1.5%，会使增稠后粘度变低，使SMC表面发粘，因此生产过程中必须对所有原材料的含水量进行严格控制；•3．温度是影响树脂增稠的最重要因素，较高温度可降低SMC生产前期树脂糊粘度而利于输送及玻纤浸渍，又能加快浸渍后树脂糊粘度的上升，并达到更高的增稠水平，在SMC制备后，往往要将其送入加温熟化室中加速稠化，以缩短启用期。•六）．内脱模剂•对于SMC，粘模是一个严重的问题，因些须在配方中加入内脱模具剂。它们通常为长链脂肪酸及其盐类，受热熔化并作为第二相流到模具表面，从而阻止了不饱和聚酯树脂与金属模具表面发生亲合作用。所选用脱模剂的熔点低于固化温度，以保证其在树脂固化前已熔化。其加入量一般为0.5%~2.0%。脱模剂是引起增稠行为变化的重要因素。硬脂酸金属盐引起的粘度变化直接与颗粒尺寸与形状有关。当以MgO或Mg(OH)2作增稠剂时，发现加Znst的粘度比加Cast的低，当用Ca(OH)2作增稠剂时，增稠行为则相反。研究表明，Znst的灰分含量能改变增稠速度，因此，必须对脱模剂的颗粒尺寸和灰分含量进行精确控制，以保证生产稳定性。•七）．着色剂：•SMC的着色分为内着色与外着色两种。内着色通过在树脂糊配方中加入着色剂，外着色则通过对成型制品进行表面涂装而实现，后着属于二次加工范畴。•SMC常用的着色剂为无机和有机颜料，一般加入量为树脂的0.5~5%•八）．增强材料•对SMC专用玻纤的一般要求是：切割性好，浸润性佳，流动性好，制品强度高，外观良好等。其常用类型不外乎短切原纱毡和无捻粗纱两种。•无捻粗纱是用多股原纱平行卷绕制成的圆筒状纱团，它是SMC主要使用的增强材料。一般来说，硬质粗纱的成型流动性好，软质粗纱成型流动阻力大，易开纤，但不易产生纤维显露。•在SMC中，无捻粗纱切割长度可以是6、12、25、50mm，但以25mm居多。增加纤维长度可改进模压效率，提高制品强度，但纤维长度增加到一定程度，便还会有更大的收益。SMC一般适用的玻纤含量为20~40%，玻纤含量高低取决于对制品强度要求。但玻纤含量过高或过低都会增加制片工艺的困难，玻纤含量过高还会造成成型困难。•九）．其他助剂•SMC的贮存期有限是一大缺点，因为它会由于苯乙烯单体的损失产生流动性变差，或由于引发剂慢速分解引起树脂的聚合。在SMC配方中加入自由基捕捉剂（阻聚剂），则可以调节其贮存期，在一定时期内阻止聚合反应的发生。也可以加入链转移剂（缓聚剂），降低放热峰温度来减缓聚合反应的速度。SMC成型技术•SMC成型工艺流程：•压制前准备—加料—成型—脱模—修整—成品一、SMC的模压成型设备•1、压机•对于SMC成型用压机的选择，必须考虑到如下参数：•（1）台面尺寸其机架间的面积按使用要求确定。•（2）开档压机工作台和活动横梁之间的完开距离，可根据模具的闭合高度与预定模压的最深制品尺寸之和的两倍来确定。•（3）行程活动横梁的移动距离，可按预定模制的最深制品深度尺寸和3倍来确定。•（4）闭合高度当压机处于行程末端，工作台与活动横梁之间的距离，一般不应小于300mm。•（5）压力总吨位按台面总面积采用4.2~5.6Mpa的单位压力计算，但全范围压力调节精度在±5%范围内波动。•（6）变形压机台面，底梁的弯曲变形。当2/3台面的面积受均匀载荷时，沿支架对角线变形不得超过0.025mm/m。•（7）平行度在无载荷情况下，上下台面间的平行度应在0.012mm/m之内。•（8）速度高速推进25m/min回程力为额定压力的20%~25%•中速推进2~15m/min高速回程20m/min•最后加压0~750mm/min压力增长需2s（从零到最大吨位）•2．模具•SMC模具设计须考虑的最重要因素如下：•①模具材料类型;•②模具结构;•③表面光洁度;•④飞边设计;•⑤型腔拔模斜度;•⑥顶出系统;•⑦导向系统;•⑧成型杆与垫块等细部设计。•(1)模具材料在模具材料的选用中应保证它能够长时间承受高温高压,不发生变形,并具有良好耐磨性,能产生高级表面光洁度,淬火过程中尺寸稳定性好,具有良好机械加工性,具有良好的耐磨蚀性,以及为便于模具修理与改进而具有可焊接性.•(2)模具结构SMC模具分为半溢式垂直分