国内外复合材料工艺设备发展述评-模压成型工艺

虽然现在一般认为树脂基复合材料工业始于1938年，但实际上早在1909年酚醛树脂面世的第二年即有以木粉、石棉及石英粉为填料的酚醛复合材料模压制品。

规模化的模压成型由20世纪60年代和70年代的许多企业发展而来，他们首先成型热固性零件，然后将其设备用于热塑性塑料，并在20世纪80年代开始商业化。随着行业的成熟，在20世纪90年代，公司和应用程序迅速增长，金属成型和塑料注射成型领域的几家主要机械制造商安装了第一套完整的交钥匙生产设施。较小的模塑商还利用内部工程专业知识来发展自己的基础设施，并申请了许多新颖的工艺专利。

如今，欧美几家主要的设备供应商已经建立了适用于关键模压成型工艺的灵活的制造系统。近年我国通过消化引进技术、自主创新，在工艺及其装备上成绩斐然。

图1所示为典型模压成型生产线——GMT（玻纤毡增强热塑性塑料）模压生产线的主要特征。1、热固性复合材料模压

1909年，酚醛树脂面世，第二年即有以木粉、石棉及石英粉为填料的酚醛复合材料制品。1928年与1938年先后出现了以脲醛树脂和三聚氰胺甲醛为基体的模塑料。1949年，英国不饱和聚酯树脂团状模塑料（DoughMoldingCompound，DMC，早期不增稠）模压玻璃钢面市。20世纪50年代，苏联开发了玻纤/酚醛模塑料和单向带，用于生产炮弹引信等军工产品及化工器材。20世纪60年代，增稠的DMC和以不饱和聚酯树脂为基体的SMC（片状模塑料）问世。

1.1玻璃纤维增强酚醛树脂模塑

1963年冬，国家建材部玻璃工业设计院组团赴前苏联考察，了解到了酚醛模压料制备及模压技术。其中，镁酚醛短切玻璃纤维模压料连续生产线（见图2）及切割-蓬松系统和装料系统（见图3）即为考察所悉资讯的部分内容。疏松机示意图和实物照片如图4、图5所示。

20世纪60年代及20世纪70年代，我国生产的模压件大多为酚醛基体，很多都是用前苏联牌号АГ-4（以氧化镁催化、聚乙烯醇缩丁醛和苯胺改性的酚醛树脂）作模塑料。

1964年-1965年，北京玻璃工业设计院在常州253厂研发，推出了单纱浸胶机（见图6），玻纤浸渍树脂后，经烘箱使树脂达B阶段，经恒线速牵引到切割器，短切到所需长度为成品。切割器参考了北京火柴厂的往复铡刀式切梗机。当时用的是镁酚醛树脂，氧化镁粉易在浸胶槽内沉淀，故用叶片搅拌，后厂方改为气动搅拌，简单效佳。图7所示为1969年北京251厂制做的简易版单纱浸胶机。

1965年起，在常州253厂以“乱丝”（疏松处理后的玻纤增强镁酚醛树脂模塑料）生产M6型炮弹引信所用的钢模具，一模产12只，因产品引信体带螺纹，故脱模时12个子模同步旋转以取下制品，模具设计的十分巧妙，图纸由前苏联提供，模压机均为国产。

20世纪70年代前后，这种模塑料在常州一带乡镇企业流行开来，株洲玻璃纤维厂等单位也在生产，并冠以自取的牌号。

1.2玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂模塑

1961年，德国拜尔公司开发的不饱和树脂片状模塑料（SheetMoldingCompound，SMC）面市。

20世纪60年代，团状模塑料（BulkMoldingCo⁃mpound，BMC）开始推广，其在欧洲也被称为DMC（DoughMoldingCompound），其早期（20世纪50年代）是不增稠的；而按美国定义，BMC就是增稠的BMC。日本在接受欧洲技术后在BMC应用及发展上颇有成绩，到20世纪80年代，技术已十分成熟。迄今BMC所用基体一直是不饱和聚酯树脂。

1.2.1BMC

BMC不限于模压制品，为叙述之完整性，本章亦涉及注射工艺。

（1）BMC备料设备

BMC备料设备包括高速分散机、捏合机、挤出机等。

高速分散机（见图8）要求剪切速率高，其技术参数如表1所示。BMC混炼用的捏合机：

一般采用Z形捏合机，又称双臂捏合机或sigma桨叶捏合机，桨叶形状可有多种类型，两根桨叶的速比最好无公约数，浆叶外缘与室壁间隙约为5mm~8mm。图9所示为BMC常用捏合机及sigma型桨叶和单螺旋型桨叶。图10所示为sigma型桨叶捏合机。

江苏如皋是国内BMC捏合机厂商集中地，山东莱州、广州佛山等地也有BMC捏合机生产厂家。

为了使团状模塑料更加致密，并便于以后的成型操作，当在捏合机中完成了其制备过程后，往往会将其送入一台挤出机中进行进一步的加工。

挤出机的作用是压紧团状模塑料，驱除多余的空气，并且为了使团状模塑料在成型时便于使用而挤成一定质量和形状的料块。为进一步除净空气，挤出机上带有真空室更加有效。图11所示为双螺杆挤出机结构（2）BMC制品成型设备

BMC制品成型有三种方法：模压、传递成型、注射法，国际上20世纪80年代即以注射法为主。BMC注射必须用专用的注射成型机。21世纪初，注射法开始在我国内地兴起，浙江宁波、江苏无锡、广东顺德等地生产BMC注射机，与一般热塑性塑料注射机相比，其螺杆要求具有更高的耐磨性。

日本吸收欧美技术的做法可借鉴。1980年，新泻机械科技（株）就开发出了BMC注塑成型机，并于2004年完成了BMC系列注塑机的电动化设计与制造，之后于2014年完成了BMC电动注