1、复 合 材 料 成 型 与 加 工 技 术 第 4章 模压制备技术 4.1 模压制备技术的主要特点 半干法或干法成型采用模压预浸料 ， 工作环境好； 金属对模成型 ， 能精确保证模压制品的形状和尺寸要求 ， 且内外表面光滑； 加热加压成型 ， 制品结构致密 ， 固化程度高； 需要具备高加热 、 高加压设备电热板 、 液压机等； 机械化程度中等； 为获得高性能模压制品 ， 工艺控制条件较为复杂； 适宜成型制品尺寸较小 ， 但形状相对复杂的制品受设备尺寸所限； 4.2 模压成型工艺的分类（按增强材料物态分） （ 1） 纤维料模压 短纤维预浸料 （ 2） 织物模压 两向 、 三向或多向织物预浸料 （
2、 提高制品层间剪切强度 ， 成本高 ） ； （ 3） 层压模压 预浸织物或毡 ， 叠层铺放 （ 薄壁制品 ） ； （ 4） 碎布料模压 预浸织物剪成碎布块 （ 具有一定深度或厚度 ， 形状相对复杂的制品 ） ； （ 5） SMC模压 SMC模压料片材； （ 6） 预成型坯模压 将短纤维制成与制品形状和尺寸相似 的预成型坯 ， 在放入金属模具时加入树脂； 4.3 模压成型工艺过程 （ 1）模压工艺流程 冷模具 模具预热 涂脱模剂 嵌件放置 加模压料 合模 排气 保压固化 脱模 模具清理 模压料计量、预热或预压 后处理 模具预热目的 模具温度与物料预热温度基本相同，因此两者之间不会产生温度差； 降
3、低模压压力，减少对型腔的磨损，延长模具的使用寿命； 缩短固化周期，提高生产效率。 模压料预热目的 提高物料流动性，可预压成型，便于装模； 去除物料中大部分的水分和挥发物，提高制品性能； 降低模压压力，减少对型腔的磨损，延长模具的使用寿命； 压制温度 （ ） 预热情况 冲击强度 （ kJ/m2） 弯曲强度 （ MPa） 马丁耐热 （ ） 24h吸水率 （） 175 未预热 98 9.8 100 100 预 热 109 10.7 110 74 190 未预热 111 10.3 101.7 61 预 热 118 11.5 124.3 50 预热对线型酚醛模压料制品性能的影响 模压料的计量 物料量直接
4、影响制品的尺寸精度，量过多，模具无法闭合，制品增厚；量过少，可能无法压制出所要求的形状或制品不致密。 目前对模压料的计量普遍的做法是预先对模具尺寸进行粗略的估算，然后通过试压，通过性能试验考核，找出相对合适的装料量。 装料量等于模压料 制品的密度 制品的体积 ，再加上 3 5的挥发物、毛刺等损耗。 制品的体积粗略估算法： 、形状、尺寸简化法：将复杂形状的制品凭经验简化成一系列的标准几何形状，同时将尺寸也作相应变更后再进行计算。 、密度比较法：当模压料制品有相对应的金属或其它材料零件时。 模压制品金属制品金属制品模压制品 1WW 、铸型比较法 先在成型制品的金属模具中，用树脂、石蜡等铸型材料，铸
5、成制品形状并称其质量，再按铸型材料的质量及密度与模压料密度比较，求出模压料制品质量。 排气 在模具闭合后 ， 再将模具开启一段时间 ， 以排除模内的空气 、 水气及挥发物 。 排气一定要在物料尚未塑化时完成 。 排气可以缩短固化时间 ， 提高制品的力学性能和电性能 。 保压时间 树脂在模内固化的过程始终处于高温高压之下 ， 从开始升温 、 加压到固化至降温 、 降压所需要的时间或称为保持温度和压力的时间 。 根据树脂性能制定适当的保压时间 ， 过长过短均不适宜 。 过长 ， 延长生产周期 ， 使树脂交联过大 ， 导致物料收缩过大 ， 密度增加 ， 树脂与填料间产生内应力 ， 严重时会使制品破裂
6、；过短 ， 导致树脂固化不完全 ， 降低制品性能 ， 同时制品在脱模后会继续收缩而出现翘曲现象 。 保压时间 10min 保压时间 7min 保压时间 5min 0 2 4 6 8 10 变形 /mm 120 100 80 60 40 20 制品热变形温度与保持时间的关系曲线 变形温度/ 后处理目的 保证制品固化完全； 消除制品的热应力； 4.4 液压机（模压设备） 4.5 模压工艺参数确定 模压工艺参数 ：将模压料压制成合格制品所需要的适宜外部条件（温度、压力、时间），在生产上称为压制制度，包含温度制度和压力制度。 （ 1）温度制度：包括装模温度、升温速度、最高模压温度和恒温、降温及后固化温
7、度等。 装模温度：模压料的挥发物含量高，不溶性树脂含量低时，装模温度低，反之则高； 升温速度：由装模温度到最高压制温度的升温速率。对快速模压，装模温度压制温度，无升温速度；慢速模压，应选择适宜的升温速度。 最高模压温度：主要依树脂放热曲线确定。 编号 固化过程 峰始温度（ ） 峰顶温度（ ） 结束温度（ ） 1 80 145 185 2 80 145 175 3 80 145 178 4 80 145 180 平均 80 145 180 （ 2）压力制度：包括成型压力、加压时机、放气等 成型压力 ：其作用是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
8、品以保证精确的形状和尺寸。 成型压力决定因素：模压料的种类及质量指标；制品结构形状尺寸； 薄壁制品大于厚壁制品；圆柱形制品大于圆锥形制品；制品结构复杂度。成型压力高，有利于制品质量提高。但过大的成型压力，容易损伤纤维降低制品强度。 模 压 料 名 称 成型压力（ Mpa） 镁酚醛预混料 28.8-49 环氧酚醛模压料 14.7-28.8 环氧模压料 4.9-19.6 聚酯料团 一般制品 0.7-4.9 复杂制品 4.9-9.8 片状模塑料 特种低压成型料 0.7-2.0 一般制品 2.5-4.9 复杂深凹制品 4.9-14.7 几种模压料的成型压力 加压时机 ：其作用是克服模压料的内摩擦及物料
9、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。 模 压 料 镁酚醛模压料 氨酚醛模压料 环氧酚醛模压料 小制品 中制品 大制品 加 压 时 机 合模 10 50s在成型温度下加压。多次抬模放气反复充模 在 80 90 装模后经 3090min在 105 2 下一次加全压。 80 90 装模后约 20 40min在 105 2 下一次加全压。 60 70 装模后约 6090min在 90105 下一次加全压。 80 90 装模后约 90 120min在90 105下一次加全压。 几种常用模压料的加压时机 实例 1 高速公路防眩板模压成型（ SMC） 1
10、、 高速公路防眩板主要功能 防止夜间行驶的车辆因车灯眩目而引起意外事故 。 2、 防眩板的生产工艺原理 将一定量的模压料装入模具后 ， 在一定的温度和压力下模压料塑化 、 流动并充满模腔 。 同时 ， 模压料发生交联团化反应 ， 形成三维体型结构而得到预期的制品 。 在整个压制过程中 ， 加压 、 赋形 、 保温等过程都依靠被加热的模具的闭合而实现 。 3、防眩板的工艺制度 （ 1） 模压成型工艺有 3个主要参数 ， 即 成型压力 、 压制温度和保温时间 。 成型压力 的作用是克服物料中挥发物所产生的蒸汽压 ， 避免制品产生气泡 、 结构疏散等缺陷 ， 同时增加物料的流动性 ， 便于物料充满模
11、腔的各个部位 ， 使制品的结构密实 ， 机械强度得到提高 。 压制温度 的作用是促进模压料塑化和固化 。 保温时间 的作用是使制品充分固化并消除内应力 。 这 3个参数的选择与模压料 、 制品性能 、 制品结构和形状以及生产效率有很大的关系 。 （ 2） 模压工艺参数的主要影响因素 模压料的流动性对工艺参数的选定有很大的影响 。 如果模压料的流动性好 ， 则可采用较低的成型压力和温度 ， 也易成型结构较为复杂的制品；相反 ， 若模压料的流动性差 ， 则应相应地提高成型压力和温度 ， 也不易成型结构复杂的制品 。 因此 ， 应根据模压料的流动性能来选定合适的工艺参数 。 （ 3） 防眩板模压工艺
12、参数的确定 防眩板各部位的厚度不一 。 根部厚度最大 ， 为 10mm。 两边厚度次之 ， 为 6mm。 中间厚度最薄 ， 仅为 3mm。 制品属薄壁结构 ， 形状较为复杂 。 当防眩板用铁架 、 螺栓固定竖立后 ， 作为一种悬臂梁受力构件 ，要求制品具有较好的抗折强度和弹性 ， 以满足使用要求 。 从制品性能 、结构和形状要求来看 ， 采用较大的成型压力和较高的成型温度是较理想的 。 压力大 ， 温度高 ， 有利于提高制品的强度 ， 且容易成型薄壁制品 。 模温高 ， 与固化放热峰的温差就大 ， 制品的表面质量较好 。 考虑到模压料的性能与生产效率 ， 合适的保温时间是非常重要的 。 保温时
13、间太短 ， 制品有可能固化不完全；保温时间过长 ， 生产效率低 。 成型压力， 20 2MPa； 压制温度，上下模均为 150 5 C； 保温时间， 4min。 4、防眩板的工艺流程 备料 压制 脱模定型 磨边打孔 检验 包装入库 备料工序分 3个步骤，即 切料、称料、叠料 。 切料 ：注意模压料中是否有分层、白纱、干料等问题，如严重时应剔除。 称料 ：要准确，过多则会造成原材料的浪费，过少则会引起缺料。 叠料 ：应将料叠成长条形，薄膜要撕尽，料块之间应尽量压紧，以防夹带大量气体。叠好的料放在切料台上，用薄膜覆盖好待用，防止苯乙烯大量挥发，并防止对料造成污染。 压制包括 4个步骤： 加料 、
14、加压 、 卸压 、 排气 、 保温 。 加料 ：形式保持一致 ， 加料位置要合理 。 加压 ：时机要适当 ， 迅速加压至成型压力 。 卸压 、 排气 ：重复 4次 ， 排除模压料中的挥发份所产生的蒸汽以及夹带的空气 ， 以避免缺料 。 砂眼等缺陷的产生 。 保温 ：时间 4min， 以提高制品的固化程度和表面质量 ， 消除内应力 。 保温后开模取出产品，检查制品有无异常现象，如需加以调整，清理模具并涂抹脱模剂。待产品冷却后，用铁锉除去制品四周的飞边、毛刺。检查制品是否有缺料、砂眼、裂纹、翘曲变形等缺陷，检查制品的外观、形状是否符合要求。其方式是逐块检查。产品经检验合格后即可包装入库。包装时以
15、10块板为一单位，板与板之间应头尾错开，用包装带紧好，整齐堆放。 实例 2 火箭发动机喷管耐热内衬模压成型 1、耐热内衬的结构特点 （ 1） 内衬高宽比相差不大 ， 结构外形较复杂； （ 2） 内衬中空 ， 有一定的深度和厚度； （ 3）耐热性强，不能存在缺陷； 2、选用模压成型的优势 （ 1） 内衬结构外形适合； （ 2） 制造量较多； （ 3）对制品的密度和内形有严格要求； 3、耐热内衬材料选择 火箭发动机喷管的典型使用环境是工作温度高 、 使用时间短 、 气流冲刷强 。 为防止喷管内的热量迅速传递到火箭外壳而致使其失效 ， 需选用隔热效果好 、 耐瞬时烧蚀性强的材料 。 增强材料：高硅氧
16、玻璃纤维布、 3k碳纤维布预浸后剪裁成碎布片 树脂基体： 616氨酚醛树脂 材 料 产 地 主要性能指标 616氨酚醛 北京 251厂 游离酚 （ %） 固体含量 （ %） 粘度 （ Pas） 11.22 98.09% 7.82 0.26#高硅氧布 陕西玻璃纤维总厂 SiO2含量 （ %） 径向强力 （ N/mm） 纬向强力 （ N/mm） 96 486/25 292/25 3K碳纤维布 吉林碳素纤维厂 含碳量 （ %） 径向强力 （ N/mm） 纬向强力 （ N/mm） 92 800/25 600/25 火箭发动机喷管耐热内衬原材料性能指标 4、预浸料的状态参数 挥发分含量 /% 树脂含量
17、/% 不溶性树脂含量 /% 凝胶时间 /sec 4.72 41.2 5.2 112（ 150 ） 5、工艺流程 高硅氧布烘干 胶液配置 定量浸胶 室温晾干 冷藏待用 模具预热 装模，初始压力 成型压力，保温 2h 脱模，修整 预浸料预热 预浸料制备 制品制备 6、模压工艺参数确定 （根据树脂的放热曲线） 616氨酚醛树脂 DTA曲线特征温度 编号 固化过程 峰始温度 / 峰顶温度 / 结束温度 / 1 87 145 180 2 89 147 180 3 85 143 180 4 90 148 180 平均 88 146 180 装模温度为 90 ， 升温速度 30 /h， 120 时保温 1h
18、，最高模压温度 180 ， 保温时间 2h， 初始压力 10MPa， 加压时机定为 120 时加压 。 7、烧蚀试验 （ 1）烧蚀实验条件 气体表压 /Mpa O2 C2H2 0.4 0.095 气体流量 /ls-1 O2 C2H2 0.42 0.31 喷嘴直径 /mm 2 烧蚀距离 /mm 10 （ 2）实验结果 两种制品的烧蚀试验结果 材料 序号 原厚 （ mm） 烧蚀时间 （ s） 烧蚀率 （ mm/s） 平均烧蚀率 （ mm/s） 高硅氧玻璃纤维增强内衬 1 10.47 20.1 0.150 0.131 2 10.36 20.2 0.125 3 10.16 20.1 0.122 4 10.08 20.3 0.125 碳布 /高硅氧布 增强内衬 1 10.41 20.2 0.036 0.0348 2 9.98 20.0 0.044 3 10.32 20.3 0.030 4 10.38 20.1 0.029
