模压成型课堂教学

4.3SMC成型工艺4.3.1SMC的特点与种类4.3.1.1SMC(片状模塑料，SheetMoldingCompound)的特点SMC基本组成：不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩添加剂、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。SMC具有的特点：1)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2)加工制品操作处理方便，不粘手3)作业环境清洁，大大改善了劳卫环境4)片材质量均匀，适宜压制截面变化不大的大型薄壁制品5)树脂和玻璃纤维可以流动，可成型带肋条和凸部的制品6)成型的制品表面光洁度高7)生产效率高、成型周期短、成本低4.3.1.2SMC的种类BMC—Bulk

MoldingCompound，块状模塑料

改良了的预混块状成型材料，可用于压制和挤出成型与SMC区别：BMC纤维含量较低，长度较短，填料含量较大，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。由于聚乙烯薄膜用量的减少，降低了模塑料成本。结构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/RSMC—D/R

结构SMC的纤维含量一般在50%以上。纤维含量高，纤维定向分布使强度得到很大改善。高强SMC①HMC(几乎没有填料，纤维含量60～80%、定向分布、短切，树脂含量35%以下)②XMC(几乎没有填料，纤维含量70～80%，定向连续纤维，20~30%聚酯树脂)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。低收缩SMC—LS—SMC(LomShrinkage-SMC)渗透增稠SMC

—

ITP－SMC(Interpeneterating

ThickingProcess-SMC)采用低收缩树脂或加入热塑性低收缩添加剂制造，成品收缩可趋于零。适于制造尺寸精度高和表面光洁度高的制品。不需要普通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。4.3.2SMC的组分及其性能4.3.2.1不饱和聚酯树脂要求（1）低粘度，便于浸渍玻纤（2）易同增稠剂反应，满足增稠要求（3）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）有足够的韧性，在制件发生某些变形时不致开裂4.3.2.2交联剂、引发剂、阻聚剂降低树脂的粘度，可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，改善制品硬度、耐腐蚀性能等。

（1）交联剂常用的交联剂苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、邻苯二甲酸二丙烯酯等。必须满足的要求：贮存、操作安全；室温下不分解；制得的SMC贮存期长，达到温度时能迅速分解、交联；价格便宜。引发剂的用量需进行控制：用量过多：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。用量过少，产品固化不足。（2）引发剂防止不饱和聚酯树脂在室温下交联聚合目的：

延长贮存期随阻聚剂加入量增多凝胶时间增长

（3）阻聚剂4.3.2.3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(制备SMC时要求粘度低，浸渍纤维)，粘度的提高通过增稠剂实现。通过增稠剂控制SMC从生产到使用全过程的粘度变化（1）增稠剂的选用原则在制备时，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。理想增稠曲线1－浸渍阶段；2－增稠阶段；3－贮存阶段时间粘度123（2）增稠剂的品种及使用常用的增稠剂：IIA族金属氧化物或氢氧化物：MgO、Mg(OH)2、CaO、Ca(OH)2

MgO增稠的效果，与MgO活性和加入量有很大的关系。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MgO用量对不饱和聚酯增稠特性的影响增加MgO用量会显著降低SMC的耐水性时间（min）

60120180

粘度（Pa.S）

10310210

1.0

MgO

10份

5份

2份

1份

1-CaO3.8%、Ca(OH)22.9%;2-CaO4.1%、Ca(OH)22.5%;3-CaO4.6%、Ca(OH)22.1%;4-CaO4.8%、Ca(OH)21.6%;增稠剂复合使用增稠效果更好：CaO/Ca(OH)2；MgO/CaO；CaO/Mg(OH)2等增稠剂用量一般在3％左右CaO/Ca(OH)2增稠剂系统对树脂的增稠特性(含6％Ca)时间（d）

0.1110100

粘度（Pa.S）

10510410310210

1.0

1

2

3

4

Ca(OH)2决定系统的起始增稠特性，CaO决定系统能达到的最高粘度水平。总含钙量一定时，CaO越多，初期增稠越缓慢，最终粘度越高。（3）影响增稠效果的因素(除增稠剂类型和用量外)a、聚酯树脂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。树脂酸值对增稠速度的影响时间（h）

102030405060粘度（Pa.S）

10510410310210

1.0

0酸值：29

6

0

b、增稠剂活性的影响增稠剂活性愈高，增稠效果愈好，增稠剂贮存过程中活性下降，应注意隔绝空气。c、微量水分的影响微量水分(0.1～0.8％)对增稠初期，可提高增稠速度。若含1％以上的水分，则增稠效果变慢。树脂增稠特性与含水量的关系(曲线上所注数字为树脂糊系统中所含水分％)时间（h）

02468粘度（Pa.S）

1045210352102520

0.1

1.5

0

.30

.50

.751%d、温度的影响随温度升高，增稠速度加快提高温度可降低树脂系统发生化学增稠前的粘度，以利于树脂糊的输送和对纤维的浸渍。另一方面，较高的温度能使浸渍后的系统粘度迅速增快并达到更高的增稠水平。树脂增稠与温度的关系若缩短贮存SMC的启用期，可将其在45℃烘房内进行稠化，若延长贮存期，应在较低的温度(小于25℃)下存放。时间（h）

012345粘度x10（Pa.S）

21055

25℃

3545

（4）增稠机理两个阶段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。碱式盐之间或与聚酯之间进一步脱水使分子量成倍增加MgO和MgOH的碱式盐不进行此脱水反应，CaO和CaOH碱式盐可继续进行此脱水反应。碱式盐与聚酯分子中的酯基(氧原子)以配位键形成络合物第二阶段镁盐的络合反应Ca盐的络合反应

聚酯的分子量成倍提高，粘度上升而增稠。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。4.3.2.4低收缩添加剂一般聚酯树脂的固化收缩率为7％～10％，加入低收缩添加剂后可大幅度降低收缩率，使收缩率接近于零，还可使SMC制品表面光滑、无裂纹。低收缩添加剂均为热塑性高分子聚合物一般掺量为5％左右热塑性聚合物的存在使固化时间延长，放热峰温度下降，对不饱和聚酯交联网络起增速作用，降低了树脂体系的强度。（1）低收缩添加剂的作用机理当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。

热塑性树脂固化稍迟，虽然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。热塑性聚合物加入到热固性树脂中的低收缩机理：树脂受热时膨胀，热固性树脂与热塑性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，而不会使整体收缩变形。普通不饱和聚酯树脂与低收缩不饱和聚酯固化时的体积变化固化结束（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（2）低收缩添加剂的选择常见的低收缩添加剂：聚氯乙稀PVC；聚苯乙烯PS；聚乙烯PE；氯乙烯－醋酸乙烯共聚物PVAc低收缩剂的种类、用量与线收缩率的关系1－氯醋共聚物；2－聚苯乙烯；3－聚乙烯添加量（重量份）

15202530

线收缩率

0.250.200.16

0.01

3

1

24.3.2.5无机填料属惰性物质作用：1、降低材料成本；2、改善制品性能。缺点：随填料加入量增加，树脂糊粘度增大，导致配料和浸渍作业困难，密度增大。（1）填料的类型硅酸盐类：石棉、滑石粉、瓷土、氧化硅、硅藻土、火山灰、粉煤灰、玻璃微球等。碳酸盐类：轻质碳酸钙、重质碳酸钙。硫酸盐类：硫酸钡、硫酸钙。氧化物类：氧化铝粉、钛白粉等。（2）填料的性能及选择性能指标：细度、油吸附量、触变性。细度：粒径要求小于120μm（120目）。

88μm（170目，水泥细度）60μm（200目）颗粒太粗容易分离沉淀；太细、吸油率高，树脂用量大。油吸附量：填料被亚麻仁油润湿的质量百分比。要求有较低的油吸附量。轻钙3μ

油吸附量55～58％重钙60μ12％重钙44μ15％触变性：当物料受外力作用时，粘度显著下降，而当外力消除时粘度又逐渐恢复的特性。不宜选用触变效应高的填料,（易使树脂、纤维分离）。综上，选择填料时应考虑：（1）比重低;（2）吸油值低;（3）不易腐蚀;（4）成本低;（5）易分散，不要求均一粒径;（6）无杂质，色泽洁白；（7）满足制品性能要求。经常选用的有：碳酸钙＋瓷土吸油值低，流动性差流动性好，不易染色石棉，滑石粉——流动性好，吸油值高。4.3.2.6内脱模剂SMC成型工艺中，必须采用内脱模剂。内脱模机理：常用的内脱模剂：硬脂酸硬酯酸锌硬酯酸钙硬酯酸镁熔点：70℃133℃150℃145℃用量：树脂量的1～3％内脱模剂是一些熔点比模制温度稍低的化合物。与液态树脂相溶，但与固化后的树脂不相容。制品加热成型时，脱模剂从内部逸出到模压料与模具接触的界面处，融化并形成障碍，阻止粘着，达到脱模的目的。4.3.2.7增强材料最常用的是短切玻纤和毡，其次还有石棉纤维、麻和其他纤维纤维长度：40～50mm含量：25～35％一般要求：易切割、易分散、浸渍性好、强度高等。4.3.3SMC生产工艺4.3.3.1生产过程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（1）树脂糊的制备及上糊操作批混合法设备造价低，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连续混合法树脂糊分为两部分单独制备，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。树脂糊连续混料装置示意图最终混料时间短，上糊时粘度比较稳定，不会随存放的时间而变化，但需用多个盛器，操作较复杂些。（2）玻纤切割与沉降切割——用三辊切割机切割沉降——为使切短的纤维均匀地沉降到下薄膜上，可设置打纱器或吹入空气，最后纤维靠自重沉降。SMC机组用玻璃纤维三辊切割器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（3）浸渍和压实浸渍、脱泡、压实主要靠各种辊及片材自身所产生的弯曲、延伸、压缩和揉捏等作用实现。常用的有两种结构：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。（4）收卷当片料通过浸渍压实区后，用收卷装置将其卷成一定质量的卷。（5）熟化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：7～14天；40℃熟化：24～36h。存放期限：室温(15℃)：3个月

2～3℃：6个月4.3.3.2SMC配方考虑因素：三种SMC配方：一般型；耐腐蚀型；低收缩型。

制品性能可模压性模压时应具有良好的均匀性和流动性4.3.3.3工艺参数的确定一般参数幅宽：0.45～1.5m，由设备确定厚度:1.3～6.4mm纤维：含量25～35％，长度12～50mm聚乙烯薄膜厚度：0.05mmSMC单重：3～4kg/m2树脂糊粘度：10～50Pa.S涂敷量：3～12kg/min4.4模压工艺模压成型工艺流程模具预热脱模剂涂刷料的称量料预热成预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4.4.1压制前的准备(1)片状模塑料的质量检查压制前应了解料的质量、性能、配方、单重、增稠程度等，对质量不好、纤维结团、浸渍不良、树脂积聚部分的料应去除。(2)剪裁按制品结构形状、加料位置、流动性能，决定剪裁要求，片料多裁剪成长方形或圆形，按制品表面投影面积的40~80%来确定。(3)模压料预热和预成型预热的目的：

改善料的工艺性能；提高模压料温度，可缩短固化时间，降低成型压力，提高产品性能。模压料的预热方法：加热板预热、红外线预热、电烘箱预热、远红外预热及高频预热等。温度易于控制、恒定、使用方便，但物料内外受热不均，最好应具有热鼓风系统。温度80~100℃。热效率高，物料受热均匀。温度60~80℃。模压料预成型将模压料在室温下预先压成与制品相似的形状，然后再进行压制。预成型操作可缩短成型周期，提高生产效率及制品性能。(4)装料量的估算装料量等于模压料制品的密度乘以体积，再加上3～5%的挥发物、毛刺等损耗。所以，装料量等于制品的重量加上3～5％。(5)脱模剂选用内、外脱模剂结合使用。内脱模剂：硬脂酸、油酸、石蜡等；

外脱模剂：

硅酯、硅油等。4.4.2模压工艺参数压制制度：温度制度、压力制度。4.4.2.1温度制度加温的作用：增加分子热运动和分子间化学反应的能力，促使树脂塑化和固化。装模温度升温速度最高模压温度恒温时间降温速度后固化温度（1）装模温度一定的装模温度，有利于赶出低分子物和使物料流动，但此温度不应使物料发生明显的化学变化。模压料的挥发物含量高，不熔性树脂含量低时，装模温度应较低，反之装模温度应较高。物料放入模腔时模具的温度（2）升温速度对快速模压不存在升温速度问题，压制温度与装模温度相同。对慢速模压制品：升温速度0.5～2℃/min尤其是对于较厚的制品，由于模压料的导热性能较差，升温过快时，会使固化不均匀，产生内应力，甚至可能导致与热源接触部位的物料先固化，因而限定内部未固化物流的流动，不能充满模腔，造成废品。升温过慢降低生产效率。由装模温度到最高压制温度的升温速率（3）最高模压温度根据树脂的放热曲线来确定的，看其在什么温度下基本完成固化，此温度即模压温度。