1、课件,第四章 模压成型,4.3 SMC成型工艺,4.3.1 SMC的特点与种类,4.3.1.1 SMC(片状模塑料，Sheet Molding Compound)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。,4.3.1 SMC的特点与种类,课件,第四章 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
2、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 SMC的特点与种类,课件,第四章 模压成型,4.3.1.2 SMC的种类,BMCBulk Molding Compound，块状模塑料,4.3.1 SMC的特点与种类,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,课件,第四章 模压成型,TMC
3、厚片状模塑料(5.08cm厚，2英寸),4.3.1 SMC的特点与种类,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。,课件,第四章 模压成型,结构SMC,4.3.1 SMC的特点与种类,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。,课件,第四章 模压成型,高强SMC, HMC(几乎没有填料，纤维含量6080%、定向分布、短切，树脂含量35%以下), XMC(几乎没有填料，纤维含量7080%， 定向连续纤维，2030%聚酯树脂),4.3.1
4、SMC的特点与种类,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。,课件,第四章 模压成型,低收缩SMC LSSMC (Lom Shrinkage-SMC),渗透增稠SMC ITPSMC (Interpeneterating Thicking Process-SMC),4.3.1 SMC的特点与种类,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。,课件,第
5、四章 模压成型,4.3.2 SMC的组分及其性能,4.3.2.1 不饱和聚酯树脂,4.3.2 SMC的组分及其性能,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,课件,第四章 模压成型,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。,4.3.2 SMC的组分及其性能,（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。,
6、课件,第四章 模压成型,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。,4.3.2 SMC的组分及其性能,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,课件,第四章 模压成型,防止不饱和聚酯树脂在室温下交联聚合,目的：,延长贮存期,4.3.2 SMC的组分及其性能,随阻聚剂加入量增多凝胶时间增长,（3）阻聚剂,课件,第四章 模压成型,4.3.2.3 增稠剂,4.3.2 SMC的组分及其性能,SMC在压制成型、贮存、运输过程中均
7、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,课件,第四章 模压成型,4.3.2 SMC的组分及其性能,（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。,课件,第四章 模压成型,理想增稠曲线 1浸渍阶段；2增稠阶段；3贮存阶段,4.3.2 SMC的组分
8、及其性能,课件,第四章 模压成型,（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。,4.3.2 SMC的组分及其性能,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,课件,第四章 模压成型,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%
9、;,4.3.2 SMC的组分及其性能,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6Ca),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。,课件,第四章 模压成型,（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。,4.3.2 SMC的组分及其性能,树脂酸值对增稠速度的影响,课
10、件,第四章 模压成型,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(0.10.8)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。,4.3.2 SMC的组分及其性能,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),课件,第四章 模压成型,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。,4.3.2 SMC的组分及其性能,树脂增稠与温度的关系,
11、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。,课件,第四章 模压成型,（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。,4.3.2 SMC的组分及其性能,课件,第四章 模压成型,碱式盐之间或与聚酯之间进一步脱水使分子量成倍增加,4.3.2 SMC的组分及其性能,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。,课件,第四章 模压成型,碱式盐与聚酯分子中的酯基(氧原子)以配位键形成络合物,4.3.2 SMC的组分及其性能,第二阶段,镁盐的络合反应,
12、课件,第四章 模压成型,Ca盐的络合反应,4.3.2 SMC的组分及其性能,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。,课件,第四章 模压成型,4.3.2.4 低收缩添加剂,一般聚酯树脂的固化收缩率为710，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,4.3.2 SMC的组分及其性能,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
13、用，降低了树脂体系的强度。,课件,第四章 模压成型,（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。,4.3.2 SMC的组分及其性能,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。,课件,第四章 模压成型,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
14、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。,4.3.2 SMC的组分及其性能,课件,第四章 模压成型,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,4.3.2 SMC的组分及其性能,课件,第四章 模压成型,（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,4.3.2 SMC的组分及其性能,课件,第四章 模压成型,4.3
15、.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：,4.3.2 SMC的组分及其性能,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。,课件,第四章 模压成型,（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。,4.3.2 SMC的组分及其性能,课件,第四章 模压成型,（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120m（120目）。,88m（170目，水泥
16、细度） 60m（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 3 油吸附量 5558 重钙 60 12 重钙 44 15,4.3.2 SMC的组分及其性能,课件,第四章 模压成型,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。,4.3.2
17、SMC的组分及其性能,课件,第四章 模压成型,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 SMC的组分及其性能,课件,第四章 模压成型,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13,4.3.2 SMC的组分及其性能,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
18、止粘着，达到脱模的目的。,课件,第四章 模压成型,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：,4050mm,含量：,2535,一般要求：,易切割、易分散、浸渍性好、强度高等。,4.3.2 SMC的组分及其性能,课件,第四章 模压成型,4.3.2 SMC的组分及其性能,1. 什么是模压料的收缩性？由哪几种收缩组成？ 2. 简述MgO、CaO对SMC的增稠机理。 3. SMC低收缩添加剂的作用机理是什么？,作业：,课件,第四章 模压成型,4.3.3 SMC生产工艺,4.3.3.1 生产过程,4.3.3 SMC的生产工艺,SMC生产工艺流程,树脂糊制
19、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,课件,第四章 模压成型,（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,4.3.3 SMC的生产工艺,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,课件,第四章 模压成型,连续混合法,4.3.3 SMC的生产工艺,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
20、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。,课件,第四章 模压成型,（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。,4.3.3 SMC的生产工艺,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,课件,第四章 模压成型,（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。,4.3.3 SMC的生产工艺,常用的有两种结构：,a、辊筒环槽压辊式,有多对
21、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。,课件,第四章 模压成型,4.3.3 SMC的生产工艺,（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：714天；,40熟化：2436h。,存放期限：,室温(15)：3个月23：6个月,课件,第四章 模压成型,4.3.3.2 SMC配方,考虑因素：,三种SMC配方：,一般型；耐腐蚀型；低收缩型。,4.3.
22、3 SMC的生产工艺,制品性能,可模压性,模压时应具有良好的均匀性和流动性,课件,第四章 模压成型,4.3.3.3 工艺参数的确定,一般参数,幅宽：0.451.5m，由设备确定,厚度: 1.36.4mm,纤维：含量2535，长度1250mm,聚乙烯薄膜厚度：0.05mm,SMC单重： 34kg/m2 树脂糊粘度： 1050Pa.S 涂敷量： 312kg/min,4.3.3 SMC的生产工艺,课件,第四章 模压成型,4.4 模压工艺,模压成型工艺流程,4.4 模压工艺,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,课件,
23、第四章 模压成型,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。,4.4.1 压制前的准备,(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4080%来确定。,课件,第四章 模压成型,(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。,4.4.1 压制前的准备,温度易于控制
24、、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80100。,热效率高，物料受热均匀。温度6080。,课件,第四章 模压成型,模压料预成型,4.4.1 压制前的准备,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。,课件,第四章 模压成型,(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35%的挥发物、毛刺等损耗。,所以，装料量等于制品的重量加上35。,(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。,4.4.1 压制前的准备,课件,第四章 模压
25、成型,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,4.4.2 模压工艺参数,课件,第四章 模压成型,（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。,4.4.2 模压工艺参数,物料放入模腔时模具的温度,课件,第四章 模压成型,（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
26、。,对慢速模压制品：升温速度0.52/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。,4.4.2 模压工艺参数,由装模温度到最高压制温度的升温速率,课件,第四章 模压成型,（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。,测试方法：差热分析；差示扫描量热仪。,4.4.2 模压工艺参数,（4）保温时间,目的是使制品完全固化，并消除内应力。,取决于：,反应固化时间(模压料的种类) 热量传
27、递的时间(模压料的种类制品结构尺寸、加热装置的热效率、环境温度),课件,第四章 模压成型,（5）后固化处理,一般制品脱模后在烘箱内进行后固化处理，目的是提高制品的固化反应程度。后固化温度不可过高，时间不可过长，以免制品热老化，使性能下降。,4.4.2 模压工艺参数,酚醛模塑料制品后处理实验,课件,第四章 模压成型,4.4.2.2 压力制度,成型压力、加压时机、放气等,（1）成型压力,取决于：,模压料的种类、质量指标；制品的结构形状尺寸,4.4.2 模压工艺参数,克服模压料的内摩擦及物料与模腔间的外摩擦，使物料充满模腔；克服物料挥发物的抵抗力及压紧制品以保证精确的形状和尺寸。,薄壁制品比厚壁制品
28、的成型压力大； 圆柱型制品比圆锥型制品的成型压力大； 复杂结构制品比简单结构制品的成型压力大； 模压料流动方向与模具移动方向相反比相同时的成型压力大,课件,第四章 模压成型,（2）加压时机,合理选用加压时机是保证产品质量的关键之一。,快速模压工艺不存在加压时机问题,对普通模压，加压过早，树脂反应程度低，分子量小，容易造成树脂与纤维离析；加压过晚，树脂反应程度过高，分子量急剧增大，粘度过大，流动性差，不易充满模腔。,最佳加压时机应在树脂激烈反应(放出大量气体)之前,4.4.2 模压工艺参数,课件,第四章 模压成型,a、凭经验，树脂开始拉丝时即为加压时机；,b、根据温度指示，接近树脂凝胶温度时进行加压(凝胶温度可用DSC测定，即差示扫描量热仪确定)；,c、按树脂固化反应时气体释放量确立加压时机,4.4.2 模压工艺参数,确定方法：,课件,第四章 模压成型,（3）放气充模(适用于快速模压成型),由于在压制过程中会产生大量的挥发性气体，特别在快速模压制品工艺中，如不采取适当的放气措施，会使制品产生气泡，分层等缺陷。,在快速压制工艺中都必须采取放气措施。即压力上升到一定值后，随即卸压抬模放气，再次加压、放气，反复几次。,4.4.2 模压工艺参数,
