第5章、模压成型工艺..

30备课笔记第5章、模压成型工艺§5-1、概述定义：将一定量的模压料放入金属对模中，在一定的温度和压力作用下，固化成型制品的一种方法。工艺过程：加热和加压（高压）物料角度：塑化，流动，固化三阶段。模具要求：高强度，高精度，耐高温。树脂在成型过程中的两个特定阶段：(1)粘流阶段：树脂受热熔化，在压力作用下粘裹纤维一起流动至填满模腔的过程。——即物料塑化、流动阶段。(2)硬固阶段：树脂发生交联，硬固的过程。——即物料固化阶段。工艺分类：是根据增强材料物态和模压料品种（模压方式）分类。按模压材料物态分类：纤维料模压预混、预浸纤维料加热、加压成型。（单向、线性）织物模压两向、三向、多向织物浸渍树脂后，加热、加压成型。（平面）优点：剪切强度明显提高，质量稳定。缺点：成本高碎布料模压预浸碎布料加热、加压成型。（多块，小平面）SMC模压SMC片材按制品尺寸、形状、厚度等要求剪裁下料，多层片材叠合加压而成型。（大面积，多层平面）预成型坯模压短切纤维制成与制品形状和尺寸相似的预成型坯，放入模中，倒入树脂混合物，压力成型。（大型、深型、高强、异型、体形、均厚度制品）按模压成型方式分类：层压预浸胶布或毡剪成所需形状，层叠后放入金属模内，压制成型。缠绕预浸的玻纤或布带，缠绕在一定模型上，加热、加压。31备课笔记（管材）定向铺设单向预浸料（纤维或无维布）沿制品主应力方向铺设，然后模压成型。§5-2、模压料树脂、增强材料、辅助剂构成模压料的三大块。§5-2-1、原料1、树脂：酚醛型（镁、氨酚醛，改性聚乙烯醇缩丁醛），环氧型（634，648，F-46），环氧酚醛型（也可列为酚醛型），聚酯型。2、增强材料：纤维型（玻纤，碳纤，尼龙纤），（形状有纤维状，短切毡，布或绳）3、辅助材料：稀释剂，玻纤表面处理剂，填料，脱模剂及颜料等。目的：使模压料具有良好的工艺性和制品的特殊要求。(1)稀释剂：丙酮、乙醇（非活性）用途：降低树脂粘度，改进树脂浸渍性能，有活性与非活性之分。(2)表面处理剂：改进树脂与增强材料的粘结及树脂——纤维界面状态。种类：对环氧及酚醛模压料，常用的玻纤表面处理剂有KH-550，用量为纯树脂重量的1%，不宜过多或过少。(3)粉状填料：提高模压料的流动性，降低制品收缩率，提高制品表面的光泽度、质量和均匀性及赋予制品以某种特殊性能。MoS2可提高制品的耐磨性。§5-2-2、模压料的制备分为预混法和预浸法两种。1、短切纤维模压料制备(1)预混法（手混和机混）工艺流程：树脂调配32备课笔记玻璃纤维热处理切割混合撕松烘干模压料机混法步骤：a、180℃处理40~60min（350℃处理10~15min），除去玻纤表面石蜡浸润剂，残油量0.3%。b、切割成30~50mm长度，疏松。c、按树脂配方配成胶液，用工业酒精调配胶液密度在1.0g/cm3d、按纤维：树脂=55：45（质量比）在捏合机内充分混合。（图4-1）e、捏合的预混料，逐渐加入撕松机撕松。（图4-2）f、撕松的预混料在网格屏上晾置。g、80℃烘房中烘20~30min，进一步除去水分和挥发物。h、装入塑料袋中备用。(2)预浸法a、纤维从导架导出，经集束环经入胶槽浸渍。b、浸渍后，过割胶辊进入第一、二级烘箱烘干。第一级温度110~120℃，第二级温度150~160℃。c、牵引辊牵出、切割。三个主要工艺参数：树脂溶液比重，环氧酚醛(6：4),d=1.00~1.025烘箱温度牵引速度2、模压料质量控制模压料呈散乱状态，纤维无一定方向，模压时流动性好，适合制造形状复杂的小型制品。因此，控制好质量，对模压特性及制品性能有很大影响。(1)三项质量控制指标树脂含量，挥发物含量及不溶性树脂含量。几种典型模压料质量指标模压料预浸料预混料机械法手工法机械法手工法33备课笔记指标镁酚醛环氧酚醛环氧酚醛镁酚醛616酚醛616酚醛树脂含量40±545±342±440~5040±435±5挥发物含量31.522~3.52~44不溶性树脂含量8455~10153~20(2)指标控制方法取模压料1~1.5g，称重G1（精确至0.001g），放入105±2℃的烘箱内烘30min，取出后在干燥器内冷却至室温，称重G2。挥发物含量：V%=(G1-G2)/G1×100%取模压料1~1.5g，称重（精确至0.001g），将其浸入丙酮溶液中浸泡15min，取出放入105±2℃的烘箱内烘30min，在干燥器内冷却至室温，称重G3。称重后将料放入550~600℃炉中灼烧10~20min，将树脂全部烧尽，取出后在干燥器内冷却至室温，再称重G4。树脂含量：R=[G1(1-V)-G4]/G1(1-V)×100%不溶性树脂含量：C=(G3-G4)/[G1(1-V)-G4]×100%测量时要三份平行实验，如模压料中含有无机填料，上述公式需加以修正。(3)影响模压料质量的几个主要因素a、树脂溶液粘度降低粘度：有利于树脂对纤维的浸透和减少纤维强度损失。过低：导致纤维离析，影响树脂对纤维的粘附。用加入溶剂调整密度来实现，用密度控制粘度。酚醛预混料树脂胶液粘度控制在1.00~1.025g/cm3。b、纤维长度过长易结团，机混法：长度20~40mm，手混法：长度30~50mm。c、烘干条件一般快速固化酚醛型预混料（镁酚醛）烘干温度为80℃，烘干20~30min。慢速固化酚醛型预混料（氨酚醛）烘干温度为80℃，烘干50~70min。环氧酚醛型预混料的烘干温度为80℃，烘干20~40min。34备课笔记d、浸渍时间在确保纤维均匀浸透情况下，应尽可能缩短时间。3、模压料的工艺性及其影响因素工艺性主要为模压料的流动性、收缩率和压缩性。(1)流动性流动性好：成型温度与压力较低，复杂制品。流动性差：成型温度与压力提高，不易复杂制品。35备课笔记热固性聚合物熔体粘度：η=f(γ,T,α)γ：剪切速率，T：温度，α：固化度。流动度：Φ=1/η•Ae-atA,a：常数，t：加热时间。外部影响因素：流动度与时间、温度、压力的相互关系。加热初期流动度增大固化前期流动度相对稳定固化期及后流动度速降——交联温度升高流动度增大——塑化温度续升流动度快降——交联压力升高流动度增大——提高剪切变形，剪切速率压力续升流动度增缓——功耗速增综合评估温度最重要Arrhenius方程：η=A•eHη/RT图4-3，4-4解决方法：模压温度Tk，塑化，交联的交界温度。内部影响因素：a、高聚物分子量，链结构，分子量分布相同温度下：分子量大、链段多，分子链重心难移——粘度大。η0=AMw3.4η0：剪切速率较低时的表观粘度A：经验常数Mw：重均分子量塑化36备课笔记解决方法：低分子量溶剂或增塑剂降低粘度。分子量分布对粘度影响：剪切速率小，分布宽高于分布窄。剪切速率大，分布宽低于分布窄。温度敏感性：分布宽，温敏低；分布窄，温敏高。图4-5，4-6b、模压料质量指标与组分挥发份对流动性影响：挥发份增加，流动性增加挥发份过高，成型时树脂大量流失挥发份过低，流动性下降，成型难c、增强材料形态、含量线性好于平面性，短比长好，短长混用。d、合理的压制制度，模具的结构、形状及光洁度都会有影响流动性过大的，合模时产生溢料，局部聚胶、贫胶和纤维分布不均。(2)模压料的收缩性定义：脱模后尺寸会减小是模压料的固有特性。Q：收缩率a、实际收缩率：模具空腔或制品在压制温度下的尺寸与制品在室温下的尺寸之间的差值。Q实=(a-b)/b×100%a：模具空腔或制品在压制温度下的尺寸mmb：制品在室温下的尺寸mmb、计算收缩率：在室温下模具空腔尺寸与制品尺寸之间的差值。Q计=(c-b)/b×100%c：模具空腔在室温下的尺寸mm，设计模具时的重要数据。c、收缩的主要原因：热收缩和结构（化学）收缩。热收缩：模压制品的线膨胀系数比模具材料大（塑料线膨胀系数25~120×10-6℃-1，钢材37备课笔记线膨胀系数11×10-6℃-1）因此制品脱模冷却后收缩率大于模具收缩率。制品小，模具大（与墙地砖热压后膨胀正好相反）表4-3结构收缩：固化过程中缩聚反应产生交联。一般高强度短纤维模压制品收缩率在0~0.3%。d、影响收缩的因素※原材料的影响树脂与添加物的种类与含量※模具结构和制品形状的影响不溢式与溢式模具，模具刚度，薄壁制品※成型工艺条件温度制度，压力制度见表4-4，4-5(3)模压料的压缩性压缩比：模压料和模压制品二者比容的比值。压缩比=模压料（或坯体）的比容/制品比容1SMC，BMC压缩比较小。纤维状模压料压缩比达6~10（蓬松）处理方法：预成型纤维§5-3、SMC成型工艺§5-3-1、SMC的特点与种类1、SMC的特点SMC——片状模塑料（SheetingMoldingCompound）1953年，美国Rubber发明不饱和聚酯的化学增稠。1960年，德国Bayer公司实现SMC工业化生产。定义：SMC是不饱和聚酯树脂及辅助剂、填料所成树脂糊浸渍短玻纤粗纱或玻毡，并在两边用聚乙烯或聚丙烯包覆后形成的片状模压成型材料。38备课笔记特点：(1)干法生产FRP制品一种中间材料，它具有独特的增稠作用，即浸渍玻纤时体系粘度低，浸渍后粘度急剧上升，达到稳定。(2)重现性好。(3)操作处理方便，增稠剂化学增稠，使SMC处于不粘手状态，避免一般预成型的粘滞性。(4)作业环境清洁。(5)SMC能使玻纤同树脂一起流动，可成型带有肋条和凸部的制品。(6)可压截面变化不大的大型薄壁制品。(7)制品表面光洁度高。(8)生产率高，成型周期短，成本低，易机械化、自动化。2、SMC的种类(1)BMC——块状模塑料（BulkMoldingCompound）相近：与SMC组成近似。用途：压制和挤出成型。区别：BMC中纤维含量低，纤维短，填料含量大，强度低，小型制品。(2)TMC——厚片状模塑料相近：组成与制作与SMC类似。区别：比SMC厚的多(0.63cm：5.08cm)，浸透性更好，成本更低。(3)结构SMC——纤维形态和分布不同的SMCSMC—R——纤维不规则分布SMC—C——连续纤维单向分布SMC—D——不连续纤维定向分布SMC—C/R，SMC—D/R区别：纤维含量高（Wt达30~70%，多为50%以上），树脂为高反应性间苯二甲酸聚酯树脂，强度大大提高。(4)高强SMC，即HMC和XMCHMC——少填料，多短纤，少树脂的片状模塑料。XMC——少填料，多连续定向玻纤，少树脂的片状模塑料。39备课笔记代替钢材，铝材。(5)LS—SMC（LomShrinkage—SMC）——低收缩SMC尺寸精度高，表面光洁度高。(6)ITP—SMC（InterpeneteratingThickingProcess—SMC）——渗透增稠片状模塑料室温熟化，高刚性，耐冲击，尺寸稳定。(7)高弹SMC，耐热SMC，耐燃SMC§5-3-2、SMC的组分及性能不饱和聚酯树脂及其助剂SMC三大员玻纤填料1、不饱和聚酯树脂及其助剂(1)不饱和聚酯树脂的工艺要求a、低粘度，便于浸渍b、易同增稠剂反应c、固化迅速e、热强度高牌号，不同的用途决定。(2)交联剂机理：与聚酯发生共聚反应，使聚酯大分子通过交联单体自聚的“链桥”而交联固化改善树脂固化后的性能。工艺上使树脂糊初始粘度降低。种类：苯乙烯，甲基丙烯酸甲酯，乙烯基甲苯，邻苯二甲酸二丙烯酯。253厂的促进剂E。(3)引发剂贮存，操作安全，室温不分解，制得SMC贮存期长。如引发剂H（白色糊状），凝胶时间25℃，12~20min。引发剂L（无色透明液体），凝胶时间25℃，12~22min。40备课笔记实例：促进剂与引发剂配方使用。(4)阻聚剂阻止不饱和聚酯在室温下的交联聚合，必须在引发剂和所用树脂的临界温度内不失效，但又不极大影响固化、成型周期。PBO、HQ、CL—PBO、TBC……(5)增稠剂贮存和成型SMC时要求坯体粘度较高，目的是满足模压要求和使制品的收缩率降至最低。工艺要求：SMC粘度由很低迅速增高，达熟化粘度并长期稳定。控制SMC生产到模压制品全过程各阶段的粘度变化。图4-7a、增稠剂选择原则：制备SMC时，粘度低树脂对玻纤、