SMC片状模压成型工艺

1第四章模压成型课前复习从制造商的角度，试分析：1、手糊成型的优点？2、手糊成型的不足？2手糊工艺的优点与不足之处①劳动强度大、生产效率低、速度慢、生产周期长；②产品质量受操作人员技能水平及制作环境条件的影响，故产品质量稳定性差；③制品的力学性能较其它方法低；④不够“绿色”，有一定污染。①是复合材料成型昀基本的方法，或者说是一种“万能”方法。能够成型任意形状、任意大小的制品；②设备简单、投资少；③一般情况下不需要加压操作，工艺昀为简单。优点不足3发展思路基本上是手工操作，劳动强度大产品质量稳定性差制品的力学性能较其它方法低有溶剂,不够“绿色”尽量采用机械化生产方式。采用模具来生产。加压生产.采用“干法”生产。4模压成型树脂体系增强纤维模具压机模压料(CompressionMolding)5模具及压机6模压成型的类型短纤维料模压法毡料模压法碎布料模压法层压模压法缠绕模压法织物模压法片状模塑料模压法……7模塑料片状模塑料(SheetMoldingCompound，SMC)：不饱和聚酯树脂浸渍短切纤维或毡片，经增稠后制得薄片状模塑料。在生产时，只需将片状模塑料裁剪、叠合后放入模具中热压，就可得到制品。团状模塑料(BulkMoldingCompound，BMC)：与SMC相似，两者的主要区别在于模压料的形态和制备工艺不同。制备方法是将树脂和增强材料等用捏和机捏和均匀，经增稠后制得团状模塑料。BMC中纤维含量较少，纤维长度较短，一般为5～20mm，填料含量比SMC大。因此，BMC制品的强度低于SMC制品。BMC适合于压制小型的异型制品。8片状模塑料SMC原料SMC汽车配件9SMC原料生产10团状模塑料BMC原料采用BMC制备的高压电器元件11BMC生产现场12SMC流程示意UP树脂固化剂增稠剂颜,填料低收缩剂树脂糊上薄膜无捻粗纱切割，沉降下薄膜树脂糊玻璃毡浸渍,收卷稠化包装树脂体系制片过程13SMC的特点①SMC能与金属材料相抗衡。②SMC与增强热塑性塑料相比，SMC的成型周期短，成型设备投资低，SMC制品不易变形，机械性能与热变形温度较高。耐化学药品性优．且价格较低。③SMC与一般热塑性塑料相比，前者物理机械性能是后者无法比拟的。④SMC与BMC相比，尽管BMC可注塑，但它只适于短纤维的加工，若需要制造高强度的材料则仍需使用SMC。⑤SMC与手糊／喷射玻璃钢材料相比，无论在成型周期、工作环境、成本及制品外观质量上都比手糊／喷射制品更优。14SMC的工艺特点和地位‹操作方便，易实现自动化，生产效率高，改善了湿法成型的作业环境和劳动条件；‹通过改变组分的种类与配比，可改变成型工艺和制品性能；通过改变填料的种类与加入量，可降低成本或使制品轻量化；‹成型流动性好，可成型结构复杂的制件或大型制件；‹制品尺寸稳定性好，表面平滑，光泽好，纤维浮出少，从而简化了后处理工序；‹增强材料在生产与成型过程中均无损伤，制品强度高，可进行轻型化结构设计。15SMC树脂糊的组成树脂引发剂填料低收缩添加剂化学增稠剂内脱模剂着色剂不饱和聚酯(间苯型UP、邻苯型UP)过氧化物(BPO、TBP)CaCO3热塑性树脂粉MgO硬酯酸金属盐染料16树脂不饱和聚酯树脂(UP)是SMC的昀基本配方材料。根据其化学结构上的差异通常可分为通用型、间苯型、双酚A型三大类。在SMC生产中，昀常用的是邻苯型和间苯型不饱和聚酯树脂。用邻苯二甲酸二烯丙基酯(DAP)、间苯二甲酸二烯丙基酯(DAIP)、三聚氰酸三烯丙基酯(TAC)等烯丙基类单体代替苯乙烯作为交联剂，可以明显地提高制品的耐热性能、耐候性能和尺寸稳定性能。同时，由于这类单体低的挥发性，改善了环境条件，并且还延长了SMC的贮存期。17引发剂选择引发剂需考虑两个因素：模压料的贮存稳定性和固化温度。过氧化二苯甲酰(BPO)作为引发剂具有反应温度范围广、模压时对温度控制并不苛求的优点，但是SMC的长期贮存稳定性较差。用过氧化苯甲酸叔丁酯(TBP)作引发剂，SMC具有较长期的贮存稳定性，但在压制时需要较高的固化温度。过氧化二异丙苯(DCP)的性能基本上类似于TBP。18SMC模塑料常用引发剂的特性3月2月1周贮存期，室温212用量，%125~149121-149107~149固化温度，℃0.26//150℃2.30.7/130℃2.360.13110℃/71.290℃//1.470℃半衰期，/h粉未液体糊状状态DCPTBPBPO引发剂性能19填料在SMC中加入填料，可降低成本，减少收缩率，调节粘度，赋予材料某些特殊性能。填料的选择，需考虑：①颗粒大小，②油吸附量，③触变现象。这三种因素都与填料颗粒的表面有关，如油吸附量(指填料被亚麻仁油润湿的质量百分比)。填料的油吸附量是比表面积的函数，填料间空隙的增加，比表面积增大，其油吸附量就大。油吸附量小的填料，在树脂中的用量百分比就可增加。因此，在片状模塑料中，往往要求填料具有较低的油吸附量。20填料低6~1610~40II中等232.0I价格吸油值颗粒尺寸/μm性能类型z填料按其化学成分可分为四类：氧化硅及硅酸盐类(石棉、滑石粉、瓷土、氧化硅、硅藻土等)；碳酸盐类(碳酸钙)；硫酸盐类(硫酸钡、硫酸钙等)；氢氧化物类(氢氧化铝)。z多数情况下填料用量占SMC配方总量的1／3以上。CaCO3遮盖性好，改善制品表面性能。水合氧化铝(ATH)阻燃，改善制品耐水性和电绝缘性能。0100200300400020406080100LOI,%ATH用量(质量份)21低收缩添加剂控制收缩率是通过在不饱和聚酯树脂中加入一定量的热塑性聚合物来实现。热塑性树脂UP树脂加热固化膨胀收缩降温脱模收缩极小收缩产生微分离消除了体积收缩引起的内应力22低收缩添加剂根据其作用机理的不同，大致可以分为2类。z与不饱和聚酯树脂不相溶的添加剂，如PE和PVC，其加入量为树脂的5％~10％；z在树脂固化前彼此相溶，而固化后添加剂又以小颗粒球状从树脂析出形成第二相，如PVAC、PS等。SMC常用的热塑性添加剂有如下几种：PE粉、PS及其共聚物、PVC及其共聚物、乙酸纤维素和丁酸纤维素、热塑性聚酯、聚己内酯、PVAC、PMMA。23UP固化过程中的体积变化固化结束（141℃)热收缩树脂膨胀2.8％树脂收缩7.1％昀终体积冷却固化收缩和热收缩（141℃)热膨胀初期体积24增稠剂片状模塑料及团状模塑料在制备时要求树脂粘度较小，以利于对玻璃纤维及填料的浸渍。浸渍完成后，又要求坯料粘度较高，便于模压操作及降低制品的收缩率，通过加入增稠剂就能满足这种要求。增稠剂又叫增粘剂，其作用是使不饱和聚酯树脂的粘度迅速增加，粘度达到工艺要求后又相对稳定。25增稠剂的特性①在浸渍阶段，为了保证良好的浸润性，增稠过程要缓慢；②在浸渍后，又要求粘度迅速增高，以适应贮运和模压操作；③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；④增稠后的粘度，在贮存期内必须稳定在可模压的范围内；⑤增稠作用在生产中应该有稳定的重现性。26化学增稠剂在浸渍阶段，树脂增稠要足够缓慢，保证玻纤的良好浸渍，浸渍后树脂增稠要足够快，使SMC尽快进入模压阶段和尽量减少存货量；当SMC粘度达到可成型的模压粘度后，增稠过程应立即停止，稳定，以获得尽可能长的贮存寿命。理想的增稠剂：27MgOMgO是应用昀广泛且昀具代表性的化学增稠剂，其特点是增稠速度快。其增稠特性与活性有关。06012018010份5份2份102粘度，Pa.s时间，min1101031份MgO添加量对UP树脂粘度的影响。28增稠机理第一阶段：MgO与UP的端羧基反应生成碱式盐增稠是一个化学过程，包括成盐和生成配合物两个阶段。COHO+COOMgOHMgOCOHO+COOMgOHCOOCOOMg+OH2COHO+Mg(OH)2COOMgOH+OH229增稠机理第1个反应要在水或极性溶剂的存在下才能进行，这是由于在非极性体系中，由于氢键作用有机酸是以二聚休的形式存在。微量的水或其他强极性溶剂可以产生强溶剂化作用，破坏羧酸二聚体，使羧酸易于反应。这就是为什么微量水的存在可以促进增粘作用的原因。当第1个反应开始进行后，第2个反应就能顺利地进行下去，同时，反应②生成的水，对反应①又具有促进作用。第3个反应中，氢氧化镁与羧基反应时，每生成一分子盐同时生成一分子水。这反应是自催化反应，所以如果氧化镁和氢氧化镁一起使用，能增加系统的增稠速度。注：30增稠机理第二阶段：碱式盐与UP分子中的酯基生成络合盐COOCH2OCCH2CH2OCOOMgOHCOOCH2OCCH2CH2O此时若吸水，则水可与镁原子优先配合而从配合物中取代出羧基，从而降低整个系统的粘度，这就是微量水可以增粘而过量水却是降粘的原因。31内脱模剂对于SMC，粘模是一个严重的问题，因此须在配方中加入内脱模剂。它们通常为长链脂肪酸及其盐类，受热熔化并作为第二相流到模具表面、从而阻止了不饱和聚酯树脂与金属模具表面发生亲合作用。所选用脱模剂的熔点低于固化温度，以保证其在树脂固化前已熔化。其加入量一般为0.5％～2％。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％常用的内脱模剂：32增强材料z其常用类型：短切原纱毡和无捻粗纱。(25mm,50mm)z对SMC专用玻纤的一般要求是：切割性好，浸渍性佳，流动性好，制品强度高，外观良好等。33着色剂内着色剂外着色剂在树脂配方中加入。在制品表面喷涂。34SMC的基本配方3030玻璃纤维0.51~1.5内脱模剂(Znst)4057填料(CaCO3)1.51~1.5或2~3增稠剂(MgO)1.0引发剂(TBP)28.07040低收缩聚酯树脂昀终组成制片时的配比树脂混合物组分35SMC流程示意UP树脂固化剂增稠剂颜,填料低收缩剂树脂糊上薄膜无捻粗纱切割，沉降下薄膜树脂糊玻璃毡浸渍,收卷稠化包装树脂体系制片过程36SMC的生产设备制片机主要包括增强材料的引入系统和浸渍、脱泡系统两部分；从浸渍、脱泡系统来看，大致有辊式和带式两类，前者又可引伸出鼓轮式。辊式制片机靠卷绕张力对辊筒产生的压力实现浸渍、脱泡；带式制片机则靠带槽滚筒对输送带上的片材进行滚压来实现浸渍、脱泡。37制片机38制片机39制片机组的结构①输送系统:采用双链带式输送PE膜，链带的驱动采用变频调速技术控制，运行稳定、调速精度高②PE膜供给系统:上下两层PE膜的供给均采用气动调控薄膜张力，并设有PE膜展平、去皱功能的展幅机构。保证了薄膜恒张力、无褶皱的进入上糊区。③刮刀装置:采用高精度刮刀与底板部件，其间隙精度可达0.1mm，确保刮刀均匀的将树脂糊涂覆到PE膜上。为防止树脂糊中的颗粒等杂质刮破PE膜，本机设有气动抬刀机构，可方便、迅速的使刮刀上升、下降。40制片机组的结构④玻纤切割器:采用气压控制刀辊与垫压辊的压力，同时刀片采用螺旋安装，保证了运转平稳，提高了刀片寿命和切纱质量。刀辊采用变频调速控制，保证了切纱量的精确度。该装置与链带调速装置配合保证了本机所产片材的含纱量的高精度和稳定性。⑤浸渍和压实装置:浸渍与压实是由一系列光棍组成，有气动对压辊施加一定压力，保证了片材中纱与树脂混合后的质量。⑥收卷装置:采用卷式收藏或装箱收藏。该设备针对两种收藏方式设有张力调整机械，保证收藏质量、利于稠化。41SMC制片机的参数①产品有效宽度：1000mm；②生产速度2~8m/min；③适用粘度15~45Pa.s；④纤维含量(成品)：(20~30)±2%；⑤纤维切割长度：25mm；⑥SMC片材单重：2~6kg/m2.42制片机组的结构43树脂糊的制备批混法: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:设备造价低，适合于小批量生产44树脂糊的制备连续混合法：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。昀终混料时间短，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。特点:45粗纱的切割与沉降粗纱切割