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    文章詳情

    玻璃鋼模壓成型工藝

    日期:2021-10-17 00:25
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    摘要: 模壓成型工藝是復合材料生產中*古老而又富有無限活力的一 種成型方法。它是將一定量的預混料或預浸料加入金屬對模內,經加熱、加壓固化成型的方法。 模壓成型工藝的主要優點: ①生產效率高,便于實現專業化和自動化生產; ②產品尺寸精度高,重復性好; ③表面光潔,無需二次修飾; ④能一次成型結構復雜的制品; ⑤因為批量生產,價格相對低廉。 模壓成型的不足之處在于模具制造復雜,投資較大,加上受壓機限制,*適合于批量生產中小型復合材料制品。隨著金屬...

    模壓成型工藝是復合材料生產中*古老而又富有無限活力的一 種成型方法。它是將一定量的預混料或預浸料加入金屬對模內,經加熱、加壓固化成型的方法。


    模壓成型工藝的主要優點:

    ①生產效率高,便于實現專業化和自動化生產;

    ②產品尺寸精度高,重復性好;

    ③表面光潔,無需二次修飾;

    ④能一次成型結構復雜的制品;

    ⑤因為批量生產,價格相對低廉。


    模壓成型的不足之處在于模具制造復雜,投資較大,加上受壓機限制,*適合于批量生產中小型復合材料制品。隨著金屬加工技術、壓機制造水平及合成樹脂工藝性能的不斷改進和發展,壓機噸位和臺面尺寸不斷增大,模壓料的成型溫度和壓力也相對降低,使得模壓成型制品的尺寸逐步向大型化發展,目前已能生產大型汽車部件、浴盆、整體衛生間組件等。


    模壓成型工藝按增強材料物態和模壓料品種可分為如下幾種:


    ①纖維料模壓法

    是將經預混或預浸的纖維狀模壓料,投入到金屬模具內,在一定的溫度和壓力下成型復合材料制品的方法。該方法簡便易行,用途廣泛。根據具體操作上的不同,有預混料模壓和預浸料模壓法。


    ②碎布料模壓法

    將浸過樹脂膠液的玻璃纖維布或其它織物,如麻布、有機纖維布、石棉布或棉布等的邊角料切成碎塊,然后在金屬模具中加溫加壓成型復合材料制品。


    ③織物模壓法

    將預先織成所需形狀的兩維或三維織物浸漬樹脂膠液,然后放入金屬模具中加熱加壓成型為復合材料制品。


    ④層壓模壓法

    將預浸過樹脂膠液的玻璃纖維布或其它織物,裁剪成所需的形狀,然后在金屬模具中經加溫或加壓成型復合材料制品。


    ⑤纏繞模壓法

    將預浸過樹脂膠液的連續纖維或布(帶),通過專用纏繞機提供一定的張力和溫度,纏在芯模上,再放入模具中進行加溫加壓成型復合材料制品。


    ⑥片狀塑料(SMC)模壓法

    SMC片材按制品尺寸、形狀、厚度等要求裁剪下料,然后將多層片材疊合后放入金屬模具中加熱加壓成型制品。


    ⑦預成型坯料模壓法

    先將短切纖維制成品形狀和尺寸相似的預成型坯料,將其放入金屬模具中,然后向模具中注入配制好的粘結劑(樹脂混合物),在一定的溫度和壓力下成型。


    模壓料的品種有很多,可以是預浸物料、預混物料,也可以是坯料。當前所用的模壓料品種主要有:預浸膠布、纖維預混料、BMC、DMC、HMC、SMC、XMC、TMC及ZMC等品種。


    1、原材料


    (1)合成樹脂

    復合材料模壓制品所用的模壓料要求合成樹脂具有:

    ①對增強材料有良好的浸潤性能,以便在合成樹脂和增強材料界面上形成良好的粘結;

    ②有適當的粘度和良好的流動性,在壓制條件下能夠和增強材料一道均勻地充滿整個模腔;

    ③在壓制條件下具有適宜的固化速度,并且固化過程中不產生副產物或副產物少,體積收縮率??;

    ④能夠滿足模壓制品特定的性能要求。按以上的選材要求,常用的合成樹脂有:不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基樹脂、呋喃樹脂、有機硅樹脂、聚丁二烯樹脂、烯丙基酯、三聚氰胺樹脂、聚酰亞胺樹脂等。為使模壓制品達到特定的性能指標,在選定樹脂品種和牌號后,還應選擇相應的輔助材料、填料和顏料。


    (2)增強材料

    模壓料中常用的增強材料主要有玻璃纖維開刀絲、無捻粗紗、有捻粗紗、連續玻璃纖維束、玻璃纖維布、玻璃纖維氈等,也有少量特種制品選用石棉氈、石棉織物(布)和石棉紙以及高硅氧纖維、碳纖維、有機纖維(如芳綸纖維、尼龍纖維等)和天然纖維(如亞麻布、棉布、煮煉布、不煮煉布等)等品種。有時也采用兩種或兩種以上纖維混雜料作增強材料。


    (3)輔助材料

    一般包括固化劑(引發劑)、促進劑、稀釋劑、表面處理劑、低收縮添加劑、脫模劑、著色劑(顏料)和填料等輔助材料。


    2、模壓料的制備

    以玻璃纖維(或玻璃布)浸漬樹脂制成的模壓料為例,其生產工藝可分為預混法和預浸法兩種。


    (1)預混法:先將玻璃纖維切割成30~50mm的短切纖維,經蓬松后在捏合機中與樹脂膠液充分捏合至樹脂完全浸潤玻璃纖維,再經烘干(晾干)至適當粘度即可。其特點是纖維松散無定向,生產量大,用此法生產的模壓料比容大,流動性好,但在制備過程中纖維強度損失較大。


    (2)預浸法:纖維預浸法是將整束連續玻璃纖維(或布)經過浸膠、烘干、切短而成。其特點是纖維成束狀,比較緊密,制備模壓料的過程中纖維強度損失較小,但模壓料的流動性及料束之間的相容性稍差。


    SMC、BMC、HMC、XMC、TMC及ZMC生產技術


    片狀模壓料(Sheet Molding Compound, SMC)是由樹脂糊浸漬纖維或短切纖維氈,兩邊覆蓋聚乙烯薄膜而制成的一類片狀模壓料,屬于預浸氈料范圍。是目前國際上應用*廣泛的成型材料之一。


    SMC是用不飽和聚酯樹脂、增稠劑、引發劑、交聯劑、低收縮添加劑、填料、內脫模劑和著色劑等混合成樹脂糊浸漬短切纖維粗紗或玻璃纖維氈,并在兩面用聚乙烯或聚丙烯薄膜包覆起來形成的片狀模壓料。SMC作為一種發展迅猛的新型模壓料,具有許多特點:

    ①重現性好,不受操作者和外界條件的影響;

    ②操作處理方便;

    ③操作環境清潔、衛生,改善了勞動條件;

    ④流動性好,可成型異形制品;

    ⑤模壓工藝對溫度和壓力要求不高,可變范圍大,可大幅度降低設備和模具費用;

    ⑥纖維長度40~50mm,質量均勻性好,適宜于壓制截面變化不大的大型薄壁制品;

    ⑦所得制品表面光潔度高,采用低收縮添加劑后,表面質量更為理想;⑧生產效率高,成型周期短,易于實現全自動機械化操作,生產成本相對較低。


    SMC作為一種新型材料,根據具體用途和要求的不同又發展出一系列新品種,如BMC、TMC、HMC、XMC等。


    ①團狀模壓料(Bulk Molding Compound, BMC)

    其組成與SMC極為相似,是一種改進型的預混團狀模壓料,可用于模壓和擠出成型。兩者的區別僅在于材料形態和制作工藝上。BMC中纖維含量較低,纖維長度較短,約6~18mm,填料含料較大,因而BMC制品的強度比SMC制品的強度低,BMC比較適合于壓制小型制品,而SMC適合于大型薄壁制品。


    ②厚片狀模壓料(Thick Molding Compound, TMC)

    其組成和制作與SMC相似,厚達50mm。由于TMC厚度大,玻璃纖維能隨機分布,改善了樹脂對玻璃纖維的浸潤性。此外,該材料還可以采用注射和傳遞成型。


    ③高強度模壓料(Hight Molding Compound, HMC)

    和高強度片狀模壓料XMC主要用于制造汽車部件。HMC中不加或少加填料,采用短切玻璃纖維,纖維含量為65%左右,玻璃纖維定向分布,具有極好的流動性和成型表面,其制品強度約是SMC制品強度的3倍。XMC用定向連續纖維,纖維含量達70%~80%,不含填料。


    ④ZMC

    ZMC是一種模塑成型技術,ZMC三個字母并無實際含義,而是包含模塑料、注射模塑機械和模具三種含義。ZMC制品既保持了較高的強度指標,又具有優良的外觀和很高的生產效率,綜合了SMC和BMC的優點,獲得了較快的發展。


    1、SMC的原材料


    SMC的原材料由合成樹脂、增強材料和輔助材料三大類組成。


    (1)合成樹脂:合成樹脂為不飽和聚酯樹脂,不同的不飽和樹脂對樹脂糊的增稠效果、工藝特性以及制品性能、收縮率、表面狀態均有直接的影響。SMC對不飽和聚酯樹脂有以下要求:

    ①粘度低,對玻璃纖維浸潤性能好;

    ②同增稠劑具有足夠的反應性,滿足增稠要求;

    ③固化迅速,生產周期短,效率高;

    ④固化物有足夠的熱態強度,便于制品的熱脫模;

    ⑤固化物有足夠的韌性,制品發生某些變形時不開裂;

    ⑥較低的收縮率。


    (2)增強材料: 增強材料為短切玻璃纖維粗紗或原絲。在不飽和聚酯樹脂模塑料中,用于SMC的增強材料目前只有短切玻璃纖維氈,而用于預混料的增強材料比較多,有短切玻璃纖維,石棉纖維、麻和其它各種有機纖維。在SMC中,玻璃纖維含量可在5%~50%之間調節。


    (3)輔助材料:輔助材料包括固化劑(引發劑)、表面處理劑、增稠劑、低收縮添加劑、脫模劑、著色劑、填料和交聯劑。


    2、SMC的制備工藝


    SMC生產的工藝流程主要包括樹脂糊制備、上糊操作、纖維切割沉降及浸漬、樹脂稠化等過程,其工藝流程圖如下:


    (1)樹脂糊的制備及上糊操作:樹脂糊的制備有兩種方法--間歇法和連續法。

    間歇法程序如下:①將不飽和聚酯樹脂和苯乙烯倒入配料釜中,攪拌均勻;②將引發劑倒入配料釜中,與樹脂和苯乙烯混勻;③在攪拌作用下加入增稠劑和脫模劑;④在低速攪拌下加入填料和低收縮添加劑;⑤在配方所列各組分分散為止,停止攪拌,靜置待用。

    連續法是將SMC配方中的樹脂糊分為兩部分,即增稠劑、脫模劑、部分填料和苯乙烯為一部分,其余組分為另一部分,分別計量、混勻后,送入SMC機組上設置的相應貯料容器內,在需要時由管路計量泵計量后進入靜態混合器,混合均勻后輸送到SMC機組的上糊區,再涂布到聚乙烯薄膜上。


    (2)浸漬和壓實:經過涂布樹脂糊的下承載薄膜在機組的牽引下進入短切玻璃纖維沉降室,切割好的短切玻璃纖維均勻沉降在樹脂糊上,達到要求的沉降量后,隨傳動裝置離開沉降室,并和涂布有樹脂糊的上承載薄膜相疊合,然后進入由一系列錯落排列的錕陣中,在張力和輥的作用下,下、上承載薄膜將樹脂糊和短切玻璃纖維緊緊壓在一起,經過多次反復,使短切玻璃纖維浸漬樹脂并趕走其中的氣泡,形成密實而均勻的連續SMC片料。


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