第四章 模压成型(2)

1、授 课 人：刘东雷(博士）单 位：南昌大学机电(jdin)工程学院系 所：材料成型系高分子材料成型(chngxng)新技术及模具CAD/CAE/KBE研究室模压成型工艺及应用(II)共六十六页目 录模压成型工艺(gngy)概论短纤维模压料的制备与成型工艺聚脂模塑料模压成型工艺吸附预成型模压成型工艺课后作业共六十六页聚酯模塑料(slio)模压成型工艺共六十六页1 概述(i sh)1.1 SMC的特点(tdin) 制品的重现性好， SMC的制造不易受操作者和外界条件的影响。 加工制品操作处理方便，不粘手。 作业环境清洁，大大改善了劳卫环境。 片材质量均匀，适宜压制截面变化不大的大型薄壁制品。 树脂

2、和玻璃纤维可以流动，可成型带肋条和凸部的制品。 成型的制品表面光洁度高。 生产效率高、成型周期短、成本低。共六十六页1.2 SMC的种类(zhngli)(1) SMC (Sheet Molding Compound)SMC基本组成：不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩(shu su)添加剂、填料、内脱模剂、着色剂等混合物浸渍短切玻纤粗纱或玻纤毡，两表面加上保护膜(聚乙烯或聚丙烯薄膜)形成的片状模压成型材料。使用时除去薄膜，按尺寸裁剪，然后进行模压成型。 20世纪70年代、美国共六十六页BMC是改良了的预混块状成型(chngxng)材料，可用于压制和挤出成型(chngxng)BMC与S

3、MC区别：BMC纤维含量较低、长度较短，填料(tinlio)含量较大，因而BMC强度较SMC低。 BMC适用于制造小型制品。SMC用于生产大型薄壁制品。(2) BMC (Bulk Molding Compound)20世纪60年代、联邦德国共六十六页(3) TMC (Thickness Molding Compound)TMC厚片状模塑料(5.08cm厚，2英寸) SMC片状模塑料(0.63cm厚，1/4英寸) 厚度增大，纤维随机分布，增强了物料混合效果，流动性提高，改善了浸透性。由于(yuy)聚乙烯薄膜用量的减少，降低了模塑料成本。1976年、日本(r bn)共六十六页共六十六页HMC几乎没

4、有填料，纤维含量6080%、定向分布、短切，树脂(shzh)含量35%以下。XMC几乎(jh)没有填料，纤维含量7080%， 定向连续纤维，聚酯树脂含量约2030%。具有极好的流动性和成型表面，制品强度是普通SMC制品的3倍。制品在一定方向的强度为钢材的4倍，质量仅为钢材的1/2。(4) 高强SMC美国PPG共六十六页SMCR (纤维不规则分布) SMCC (连续纤维单向分布) SMCD (不连续纤维定向分布) SMCC/R SMCD/R 结构SMC的纤维含量(hnling)一般在50%以上。纤维含量高，纤维定向分布使强度得到很大改善。(5) 结构(jigu)SMC共六十六页采用低收缩树脂或加

5、入热塑性低收缩添加剂制造，成品(chngpn)收缩可趋于零。适于制造尺寸精度高和表面光洁度高的制品。(6) LS-SMC低收缩(shu su)SMC Low Shrinkage-SMC共六十六页(7) ITP-SMC不需要(xyo)普通SMC所需的专门熟化室，具有室温下24小时不粘手的特点。制品具有高度刚性、耐冲击性、尺寸稳定性的特点。渗透(shntu)增稠SMC Interpeneterating Thicking Process-SMC共六十六页2.1 增强(zngqing)材料玻璃纤维2 聚酯模塑料(slio)的主要原材料（1）切割性好（2）流动性好（3）浸润性好（4）制品强度高（5）外

6、观质量好短切原丝毡无捻粗纱由原丝直接短切并均匀而无序排布，玻纤长度25mm和50mm，厚度1.02.3mm。多股原丝平行卷制而成的圆筒状纱团，粗纱长度6、12、25、50mm。共六十六页指纱束被树脂材料涂覆的程度，浸润性差（白纱）会造成制品(zhpn)出现气泡或气孔。SMC用无捻粗纱成型(chngxng)过程中的特性(1)浸润性浸透性可以表征纱束在模压时的流动性，浸润剂的可溶性高，浸透程度低，柔软、易弯曲的纤维短切时容易分成单丝，导致片材浸透性降低。(2)浸透性(3)回弹性刚性玻璃纤维在浸润和压实过程中不软化，成片后就会发生回弹；回弹程度高，制品易夹带空气、增加孔隙率。共六十六页2.2 基体材

7、料(cilio)树脂（1）低粘度，便于浸渍玻纤和填料（2）易同增稠剂反应，满足增稠要求（3）固化温度低，固化迅速，提高生产效率（4）热强度较高，保证脱模时制品不被损坏（5）有足够(zgu)的韧性，在制件发生某些变形时不致开裂（6）严格控制含水率（7）分子量要求共六十六页（1）含水量聚酯树脂的含水量与树脂稠化过程中黏度的上升有很大关系，最终(zu zhn)影响树脂的平均黏度。图2 树脂(shzh)含水量对碱土金属氧化物增稠系统初期黏度变化的影响含水量必须控制在0.1%0.15%，高于0.2%将严重影响稠化性能。共六十六页（3）分子结构(fn z ji u)影响聚合物的稠化性能(xngnng)(黏

8、度)聚合物分子质量聚合物分子链结构(支化度)聚合物分子质量分布Mw：按重量的统计平均定义Mz：按Z量的统计平均定义Mn：按分子数的统计平均定义共六十六页1）分子量大小(dxio)重均分子量Mw愈大一般(ybn)链段愈多，分子链重心的相对移动愈难，即粘度愈大，流动性愈差。树脂零剪切表观黏度经验常数重均分子量共六十六页2）分子量分布(fnb)离散度各级别的分子量重量d越大, 说明分子量越分散d1, 说明分子量呈单分散缩聚产物 d2左右自由基产物 d3-5有支化 d25-30共六十六页剪切速率小，分子量分布宽的比分子量分布窄的粘度高。剪切速率大，分子量分布宽的比分子量分布窄的粘度小。分子量分布宽分子

9、量分布窄分子量分布对树脂流动曲线的影响共六十六页3）分子(fnz)链结构支化度(i) 刚性高分子流动性差，由于(yuy)刚性高分子的链段长，因此流动困难。 (ii) 分子量相同，支链愈多、愈短，粘度愈低，流动愈好。 共六十六页2.3 填料(tinlio)填料用以改善复合材料的性能（硬度、刚度及冲击性能等）、降低成本，固体添加剂（颗粒状），主要通过(tnggu)占据大分子链各链段间的空间体积发挥作用。碳酸钙高岭土滑石二氧化硅水合氧化铝耐磨性流动性充模性充模性吸水性耐磨性共六十六页2.3 其他(qt)辅料要求：(1)贮存、操作安全(nqun)(2)室温下不分解(3)制得的SMC贮存期长，达到温度时

10、能迅速分解、交联(4)价格便宜用量控制：过多：产物分子质量较低，力学性能差；反应速度过快，树脂急剧固化收缩，制品容易开裂。过少：产品固化不足。1）引发剂有机过氧化物类偶氮化合物类复合引发剂共六十六页2）阻聚剂防止不饱和聚酯树脂在室温下交联聚合，延长贮存期。随阻聚剂加入量增多凝胶时间增长 对苯醌对苯二酚共六十六页3）脱模剂 熔点低于树脂固化温度 加工过程必须是相容的 对产品的物理性能不应产生有害影响 不产生颜色或色泽漂移 便于加入树脂糊的混合操作 内脱模剂：硬脂酸硬脂酸盐（硬脂酸铅、硬脂酸锌、硬脂酸铝）要求共六十六页4）增稠剂SMC在压制成型、贮存、运输过程中均需要有较高的粘度(SMC制备时要求

11、粘度低，浸渍纤维)，粘度的提高通过增稠剂实现(shxin)。通过增稠剂控制SMC从生产到使用全过程的粘度变化。共六十六页选用(xunyng)原则在制备时，要求粘度很低，以保证树脂对玻璃纤维和填料的充分浸渍；当纤维和填料被浸渍后，又要求粘度迅速增高，以适应(shyng)贮运和模压操作；增稠后的坯料，在模压温度下能迅速充满模腔，并使树脂与纤维不发生离析；增稠后的粘度，在贮存期内必须稳定在可模压的范围内；增稠作用在生产中应该有稳定的重现性。共六十六页时间粘度123理想增稠曲线1浸渍阶段(jidun)；2增稠阶段；3贮存阶段共六十六页增稠剂的品种(pnzhng)及使用MgO、Mg(OH)2、CaO、C

12、a(OH)2 MgO增稠的效果(xiogu)，与MgO活性和加入量有很大的关系。增加MgO用量会显著降低SMC的耐水性。MgO用量对不饱和聚酯增稠特性的影响时间（min） 60 120 180 粘度（Pa.S） 10310210 1.0 MgO 10份 5份 2份 1份 应用较广的增稠剂特点：增稠速度快，短时间内能达到最高粘度共六十六页CaO/Ca(OH)2 MgO/ CaO；CaO/Mg(OH)2CaO/Ca(OH)2增稠剂系统对树脂(shzh)的增稠特性(含6Ca)时间（h） 0.1 1 10 100 粘度（Pa.S） 10510410310210 1.0 1 2 3 4 增稠效果更佳：C

13、a(OH)2决定系统的起始增稠特性，CaO决定系统能达到(d do)的最高粘度水平；总含钙量一定时，CaO越多，初期增稠越缓慢，最终粘度越高。复合型增稠剂共六十六页影响增稠效果(xiogu)的因素聚酯树脂(j zh sh zh)酸值的影响 增稠速度与树脂酸值成比例。酸值为零时增稠剂无增稠效果，酸值愈高，增稠效果愈明显。 10 20 30 40 50 6010510410310210 1.0 0时间（h） 粘度（Pa.S） 酸值：29 6 0 共六十六页微量水分(0.10.8)在增稠初期，可提高(t go)增稠速度。若含1以上的水分，则增稠效果变慢。微量水分(shufn)的影响 时间（h） 0

14、2 4 6 8粘度（Pa.S） 104 5 20 0.1 1.5 0 .30 .50 .751%103 5 2102 5 2共六十六页随温度升高(shn o)，增稠速度加快时间（h） 0 1 2 3 4 5粘度 x10（Pa.S） 21055 25 3545 温度(wnd)的影响 共六十六页增稠机理(j l) 两阶段(jidun)增稠第一阶段金属氧化物或氢氧化物与聚酯端基COOH进行酸碱反应，生成碱式盐。共六十六页碱式盐之间或与聚酯之间进一步脱水(tu shu)使分子量成倍增加MgO和MgOH的碱式盐不进行此脱水(tu shu)反应；CaO和CaOH碱式盐可继续进行此脱水反应。共六十六页碱式盐

15、与聚酯分子(fnz)中的酯基(氧原子)以配位键形成络合物。镁盐的络合反应(fnyng)第二阶段共六十六页Ca盐的络合反应(fnyng) 聚酯的分子量成倍提高，粘度(zhn d)上升而增稠。 第一阶段的反应对于达到熟化粘度的时间有决定意义，是分子质量提高和络合反应的基础。第二阶段反应对于加速稠化，提高最终熟化粘度有重要作用。 共六十六页一般聚酯树脂的固化收缩率为710，加入低收缩(shu su)添加剂后可大幅度降低收缩(shu su)率，使收缩(shu su)率接近于零，还可使SMC制品表面光滑、无裂纹。热塑性聚合物的存在(cnzi)使固化时间延长，放热峰温度下降，对不饱和聚酯交联网络起增速作用

16、，降低了树脂体系的强度。低收缩添加剂均为热塑性高分子聚合物一般掺量为5左右4）低收缩添加剂共六十六页当SMC在模具中加热固化时，随体系的温度升高，树脂发生热膨胀，聚酯与苯乙烯开始发生聚合，相当于其在热塑性聚合物的内压力下进行固化，因而在未发生收缩(shu su)前就被固定下来了。即热塑性树脂热膨胀力阻止了聚酯固化时的收缩(shu su)。热塑性树脂固化稍迟，虽然(surn)聚合降温时也发生收缩，但是此时周围热固性树脂已经固化，故只能形成局部微孔收缩而不能形成整体收缩。低收缩添加剂的作用机理 共六十六页热塑性聚合物加入到热固性树脂中的低收缩(shu su)机理 树脂受热时膨胀，热固性树脂与热塑性

17、树脂的固化时间不同，热固性树脂首先聚合固化，其在热塑性树脂的热膨胀压力下不能收缩；待温度下降时，热塑性树脂固化收缩，而周围的热固性树脂已固化定型，使得热塑性树脂只能在局部收缩造成微孔，而不会(b hu)使整体收缩变形。 共六十六页不饱和聚酯树脂与低收缩不饱和聚酯固化时的体积(tj)变化固化结束（141)热收缩最终体积树脂膨胀2.8树脂收缩7.1最终体积冷却固化收缩和热收缩（141)热膨胀初期体积共六十六页SMC生产工艺流程树脂糊制备树脂固化剂增稠剂其它低收缩添加剂薄膜粗纱切割沉降浸渍收卷稠化包装填料SMC成型机2 SMC制备(zhbi)工艺共六十六页粘度(zhn d)控制指标：树脂原始粘度 3

18、.5PaS 引发剂、单体加入后 8PaS 填料加入后 15PaS 增稠剂加入后 30PaS 增稠剂加入30min后（加入玻纤成片） 50PaS 共六十六页共六十六页（1）树脂(shzh)糊的制备及上糊操作批混合法 设备造价(zoji)低，适合于小批量生产将树脂和除增稠剂外的各组分计量后先行混合，再通过计量和混合泵加入MgO增稠剂，保证了每批树脂糊的增稠时间均一。优点 树脂糊的制备：批混合法和连续计量混合法 共六十六页连续(linx)混合法树脂糊分为两部分单独(dnd)制备，然后通过计量装置进入静态混合器。混合均匀后连续喂入到SMC成型机的上糊区。最终混料时间短，上糊时粘度比较稳定，不会随存放的

19、时间而变化，但需用多个盛器，操作较复杂些。共六十六页（2）玻纤切割(qig)切割(qig) 用三辊切割机切割1连续玻璃纤维2横动杆3支承杆4金属辊5压力辊6刀片7压块8切割辊9金属辊SMC机组用玻璃纤维三辊切割器共六十六页（3）玻纤沉降(chnjing)为使切短的纤维均匀(jnyn)地沉降到下薄膜上，可设置打纱器或吹入空气，最后纤维靠自重沉降。共六十六页（4）浸渍(jnz)和压实浸渍、脱泡、压实主要靠各种辊及片材自身所产生(chnshng)的弯曲、延伸、压缩和揉捏等作用实现。常用结构a、辊筒环槽压辊式有多对压辊，压辊的小辊（上辊）为环槽式，而且相邻压辊的环槽位置不同，造成片料的反复挤压捏合，起

20、到浸渍压实的作用。 b、弯曲双带式靠两条弯曲的牵引带张力提供压力。使片料反复弯曲捏合，起到浸渍压实的目的。共六十六页（5）收卷当片料通过(tnggu)浸渍压实区后，用收卷装置将其卷成一定质量的卷。 （6）熟化(shhu)与存放熟化即提高片料的粘度，要求粘度达到模压粘度范围室温熟化：714天；40熟化：2436h。存放期限：室温(15)：3个月 23：6个月 共六十六页3 SMC模压(my)成型工艺SMC模压成型(chngxng)工艺流程 模具预热脱模剂涂刷料的称量预热预压成型装模压制脱模后处理打底及辅助加工检验成品压制前准备压制共六十六页3.1 模具(mj)共六十六页按模具在压机上固定方式：移

21、动式、半固定式和固定式按上、下模闭合形式：敞开式、半溢式、封闭式按分型面特征(tzhng)：水平分型面和垂直分型面按型腔数目：单型腔式和多型腔式（1）分类(fn li)共六十六页移动式模具(mj) 外装卸模具，不固定在压机上，模具的分模、装料、闭合及脱模均在机外进行，模具本身不带加热装置。 结构简单、价格便宜，适合于中小型制品(zhpn)小批量生产。 生产效率低，劳动强度大。共六十六页固定式模具(mj) 模具固定在压机上，本身带有加热装置，整个(zhngg)生产过程都在压机上进行。 模具结构复杂、使用寿命长，适合于较大尺寸、大批量生产。 生产效率高，机械化程度高。共六十六页半固定式模具(mj)

22、 上模固定在压机上，下模可沿导轨移动，用定位(dngwi)块定位(dngwi)。 介于二者之间。共六十六页敞开式模具(mj)没有加料室结构简单便于(biny)安放嵌件共六十六页封闭式模具(mj)有加料室、无挤压面制品的密实性好，机械强度(qingd)高。适合于成型形状复杂、薄壁、长流程制品；流动性小、单位压力大、比容大的模压料。加料必须准确模具凸模与加料室边壁接触摩擦，易磨损。共六十六页半溢式模具(mj)有加料室、型腔内有挤出环制品的密实(m shi)性比敞开式模具成型制品好易于保证高度方向的尺寸精度，脱模时避免擦伤制品。共六十六页半溢式垂直(chuzh)分型模具模具制造(zhzo)困难共六十六页半溢式水平(shupng)分型模具1-模台；2-锥度(zhud)2；3-间隙0.080.18mm4-间隙1.01.5mm；5-间隙0.080.13mm共六十六页 结构特点敞开式封闭式半溢式配合无导柱定位较紧密单侧间隙0.07-