第四章模压成型1.ppt

1,第四章 模压成型,4.1 概述4.2 模压料（短纤维模压料）4.2.1 原料4.2.2 模压料的制备及质量控制 4.2.3 模压料的工艺性及其影响因素4.3 SMC成型工艺4.3.1 SMC的特点与种类4.3.2 SMC的组分及其性能4.3.3 SMC生产工艺4.4 模压工艺4.4.1 压制前的准备4.4.2 模压工艺参数,目录,2,4.1 概述,第四章 模压成型,4、模压成型工艺,4.1 概述,定义,将一定量的模压料放入金属对模中，在一定温度、压力作用下，固化成型制品的方法。,加热加压的作用,使模压料塑化、流动，充满空腔，并使树脂发生固化反应。,3,第四章 模压成型,4.1 概述,电机冲压模具,模压成型设备,汽车冲压模具,塑料椅模具,4,4.1 概述,数控模式水泥彩瓦成型机,5,4.1 概述,模压工艺利用树脂固化反应中各阶段的特性实现制品成型,“粘流阶段”：当模压料在模具内被加热到一定的温度时，树脂受热熔化成为粘流状态，在压力作用下粘裹着纤维一道流动，直至充满模腔。“硬固阶段”：继续提高温度，树脂发生交联，分子量增大，流动性很快降低，表现为一定的弹性，最后失去流动性，树脂成为不溶不熔的体型结构。,6,4.1 概述,优点,缺点,有较高的生产效率，适于大批量生产，制品尺寸精确，表面光洁，可以有两个精制表面，价格低廉，容易实现机械化和自动化，多数结构复杂的制品可一次成型，无需有损于制品性能的辅助加工，制品外观及尺寸的重复性好。,压模的设计与制造较复杂，初次投资较高，制品尺寸受设备限制，一般只适于制备中、小型玻璃钢制品。,7,模压成型工艺按增强材料物态和模压料品种分类：,（1）纤维料模压法,树脂预混或预浸纤维模压料，然后模压成型制品。,（2）织物模压,将预先织成所需形状的两向、三向或多向织物经树脂浸渍后进行模压。质量稳定，但成本高，适用于有特殊性能要求的制品。,4.1 概述,主要用于制备高强度异形制品或具有耐腐蚀、耐热等特殊性能的制品,8,（3）层压模压,将预先浸渍好树脂的玻纤布或毡，剪成所需形状，经叠层放入模具进行模压。适于成型薄壁制品，或形状简单而有特殊要求的制品。,（4）SMC模压,将SMC片材(Sheet Molding Compound,片状模塑料)，经剪裁，铺层，然后进行模压。适合于大型制品的加工(例汽车外壳，浴缸等)，此工艺方法先进，发展迅速。,4.1 概述,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。,9,（5）碎布料模压,将预浸胶布剪成碎块放入模具，压成制品。适用于形状简单、性能一般的玻璃钢制品。,（6）缠绕模压,将浸胶的玻璃纤维或布带缠绕在模型上，进行模压。适于有特殊要求的制品及管材。,4.1 概述,10,（7）预成型坯模压,先将短切纤维制成制品形状的预成型坯，置入模具，加入树脂后进行模压。适于制造大型、高强、异形、深度较大、壁厚均一的制品,（8）定向铺设模压,将单向预浸渍布或纤维，定向铺设，进行模压。适于成型单向强度要求高的制品。,4.1 概述,4.1 概述,目录,11,4.2.1 原料,短纤维增强材料,应用最多的是玻璃纤维纤维长度3050mm含量5060%(质量比),树脂基体材料,应用最多的是酚醛树脂、环氧树脂,辅助材料,改善模压料的工艺性，满足制品的特殊性能要求。,4.2 模压料(短纤维模压料)4.2.1 原料,目录,12,树脂基体材料,有良好的流动特性，在室温常压下处于固体或半固体状态(不沾手)，在压制条件下具有一定的流动性，使模压料能均匀地充满压模模腔；适宜的固化速度，在固化时副产物少，体积收缩率小，工艺性好(如粘度易调，与各种溶剂互溶性好，易脱模等)；满足模压制品特定的性能要求。,4.2.1 原料,要求：,13,辅助材料,4.2.1 原料,改善模压料的工艺性，满足制品的特殊性能要求。,稀释剂、玻璃纤维表面处理剂、致粘剂、脱模剂及颜料等。,稀释剂用于降低树脂原始粘度，改进树脂备料工艺性能。玻璃纤维表面处理剂用于改进树脂与增强材料的粘结及其界面状态。脱模剂分两类，一类是外脱模剂如机油、硬脂酸(盐)、硅脂等，在压制前预先涂覆在模具上。另一类是内脱模剂，加入树脂内，如镁酚醛树脂中加入3%3.5%重量的油酸(以苯酚为基准)等。,目录,14,纤维强度损失较大；比容大，模压时装模困难，模具需设计较大的装料室并需采用多次预压程序合模，劳动条件欠佳。,4.2.2 模压料的制备及质量控制,4.2.2 模压料的制备及质量控制,优点：,短纤维模压料呈混乱状态，纤维无一定方向。模压时流动性好，适宜制造形状复杂的小型制品。,缺点：,15,工艺流程：,树脂调配 玻璃纤维热处理切割 蓬松混合撕松烘干模压料,4.2.2 模压料的制备及质量控制,4.2.2.1 短纤维模压料的制备,可采用手工预混法或机械预混法。,预混法,16,生产步骤：,以镁酚醛为例,设 备：,主要有纤维切割机、捏合机、撕松机,4.2.2 模压料的制备及质量控制,玻璃纤维在180下干燥处理4060min；将烘干后的纤维切成3050mm长度并使之疏松；按树脂配方配成胶液，用工业酒精调配胶液密度1.0g/cm3左右；按纤维:树脂=55:45(质量比)的比例将树脂溶液和短切纤维充分混合；捏合后的预混料，逐渐加入撕松机中撕松；撕松后的预混料均匀铺放在网格上晾置；预混料经自然晾置后，在80烘房中烘2030min，进一步驱除水分和挥发物；将烘干后的预混料装入塑料袋中封闭待用。,17,预浸法,4.2.2 模压料的制备及质量控制,浸毡法,将短切玻璃纤维均匀撒在玻璃底布上，然后用玻璃面布覆盖再使夹层通过浸胶、烘干、剪裁而制得。特点：短切纤维呈硬毡状，使用方便，纤维强度损失稍小，模压料中纤维的伸展性较好，适用于形状简单、厚度变化不大的薄壁大型模压制品。但由于有两层玻璃布的阻碍，树脂对纤维的均匀快速渗透较困难，且需消耗大量玻璃布，成本增加。,将玻璃纤维束整束通过浸胶、烘干、短切而制得。特点：纤维成束状比较紧密，在备料过程中纤维强度损失较小，模压料的流动性及料束之间的互溶性稍差。,18,4.2.2.2 短纤维模压料的质量控制,指标：,树脂含量；挥发物含量；不溶性树脂含量。,几种典型模压料的质量指标,4.2.2 模压料的制备及质量控制,19,影响模压料质量的主要因素,1）树脂溶液粘度,降低胶液粘度有利于树脂对纤维浸渍，并可减少捏合过程的纤维强度损失。,粘度过低，在预混过程中会导致纤维离析，影响树脂对纤维的粘结。,4.2.2 模压料的制备及质量控制,密度作为粘度控制指标酚醛预混料树脂胶液密度：1.001.025g/cm3,20,2）纤维长度,过长,结团、不利于捏合,过短,影响强度,机械预混,2040 mm,手工预混,3050 mm,3）浸渍时间（捏合时间）,确保纤维均匀浸透前提下，尽可能缩短浸渍时间，因为捏合时间长，纤维强度损失大，且溶剂挥发过多增加撕松困难。,4.2.2 模压料的制备及质量控制,21,4）烘干条件,烘干温度与时间是控制挥发物含量与不溶性树脂含量的主要因素。,快速固化酚醛预混料：,80，2030min,慢速固化酚醛预混料：,80，5070min,环氧酚醛预混料：,80，2040min,5）其它,捏合机结构形式、撕松机结构形式、转速等对质量控制也有影响。,作业：1、简述短纤维模压料制备工艺流程。2、简述树脂溶液粘度对短纤维模压料质量的影响。,4.2.2 模压料的制备及质量控制,22,4.2.3 模压料的工艺性及其影响因素,模压料的工艺性：流动性、收缩率、压缩性。,4.2.3.1 模压料的流动性,在一定温度和压力下模压料充满模腔的能力。,流动性好，可选用较低成型温度、压力，较容易成型复杂制品。,流动性过大，会导致树脂流失或纤维局部聚集，制品性能下降。,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,目录,23,流动性差，需选用较高成型温度、压力，不易成型复杂制品。,流动性过小，物料不能充满模腔或局部缺料，无法成型。,热塑性聚合物，其流动性控制较简单，温度升高即可达到粘流状态，使物料充满模具，冷却后即失去流动性，制品定型。,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,24,热固性聚合物,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,温度：加热一方面使物料熔融粘度降低，在压力作用下产生流动；另一方面活性基团发生交联反应，粘度升高达到无限大。,压力：加压一方面使物料流动产生剪切变形，大分子链发生局部取向及触变效应等导致聚合物粘度降低；另一方面，剪切作用增加了活性分子间的碰撞机会，降低了反应活化能使交联反应速度增快，熔体粘度随之增大。大多数交联反应是放热反应，系统温度的升高加速了交联固化过程，导致粘度更迅速增大。,25,流动性f（，T，t）（热固性树脂）,剪切速率;T温度;t时间,成型压力 剪切速率，流动性,原因：,压力增加时，可提高聚合物剪切变形和剪切速率，使大分子链局部取向，以及部分分子链断裂，分子量减小等因素导致流动性增加。,（1）压力的影响,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,26,（2）温度的影响,在较低温度范围内T 流动性,温度继续升高 流动性,原因：,温度对流动性的影响有极值点,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,温度升高时，分子链活动能力增加，体积膨胀，分子间作用力减小，流动性增加。温度继续升高，聚合物交联反应加快，占居主导地位，流动性下降。,27,温度对热固性聚合物流动性的综合影响,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,在Tk以前，温度对粘度的影响起主导作用，T流动性，在Tk以后，聚合交联反应起主导作用，T交联速度流动性。,A总的流动曲线；B粘度对流动性影响曲线；C固化速度对流动性影响曲线,模压工艺中物料充满模腔的适宜温度，应该在粘度最低点附近区域而又不引起迅速交联反应的温度。,28,原因：,在固化前的一段时间内，粘度对温度敏感，随时间增加，聚合物内部温度提高，粘度下降，流动性提高。过此之后聚合交联反应进一步进行，并且占据了主要地位，分子量迅速增加，流动性下降。,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,（3）加热时间的影响,当温度、压力一定时，加热时间的影响十分显著。在开始一段时间内t流动性 继续延长时间 流动性,29,（4）高聚物分子结构的影响,a、分子量愈大，粘度愈大,粘度与分子量间的关系：,0剪切速度较低时的表观粘度 A 经验常数 Mw重均分子量,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,高聚物分子质量大小分子链结构(支化度)分子质量分布,分子量愈大，一般链段愈多，不同链段向四面八方热运动，相互抵消的机会愈多，分子链重心的相对移动愈难，即粘度愈大，流动性愈差。,30,(i)刚性高分子流动性差，由于刚性高分子的链段长，因此流动困难。,(ii)分子量相同，支链愈多、愈短，粘度愈低，流动愈好。,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,b、分子链结构,31,c.高聚物分子量分布的影响,剪切速率小，分子量分布宽的比分子量分布窄的粘度高,剪切速率大，分子量分布宽的比分子量分布窄的粘度小,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,图45 分子量分布不同对流动曲线的影响1分子量分布宽；2分子量分布窄,图46 流动试验曲线1纸浆填充脲醛；2纸浆填充三聚腈胺甲醛3木浆填充酚醛,32,（5）其他,树脂含量高,流动性大。过高影响产品质量，增加产品成本。,挥发份含量高,流动性大。含量过高，成型时树脂大量流失，且产品收缩率大，易生产翘曲变形。含量过低，流动性显著下降，成型困难。,纤维长度短,流动性大。但增强效果差。,模具光洁,流动性大。,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,33,应该指出：,模压料熔体只要求有合适的流动性，并不是流动性愈大愈好。流动性过大会产生一系列不良现象。,如：,合模时溢料过多,浪费材料,纤维与树脂离析,产品不同部位聚胶、贫胶和纤维分布不均，质量不好,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,34,4.2.3.2 模压料的收缩性,模压制品从模具脱出后尺寸减小的特性称模压料的收缩性。由制品的热收缩(可逆收缩)和结构收缩(化学收缩，不可逆收缩)组成。,实际收缩率,计算收缩率,a模具空腔或制品在压制温度下的尺寸，mm b制品在室温下的尺寸，mm c模具空腔在室温下的尺寸，mm,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,模具空腔或制品在压制温度下的尺寸与制品在室温下尺寸之间的差值。,室温下模具空腔尺寸与制品尺寸之间的差值。,35,制品收缩的原因：,热收缩与结构(化学)收缩,一般模压料的线膨胀系数比模具材料大，制品脱模冷却后的收缩率大于模具收缩率，使得制品尺寸小于模具尺寸。,树脂缩聚(或聚合)反应，分子交联，链段之间更加紧密，低分子逸出等引起的不可逆体积收缩。,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,36,模压料收缩的影响因素：,（1）原材料的影响,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,（3）成型工艺条件的影响,模压料中树脂和添加物的种类与含量,温度制度与压力制度的影响,37,（1）原材料的影响,a、环氧树脂比酚醛树脂、聚酯树脂的收缩率小。,原因：,环氧树脂固化前密度比较大，固化过程中无小分子逸出；酚醛树脂固化时有水分子逸出；聚酯树脂固化前密度较小，固化时苯乙烯交联剂单体转化时，分子距离变化很大，因此收缩较大，另外部分苯乙烯逸出。,b、模压料中多加入纤维及填料可降低收缩率。,加入热塑性树脂粉(填料)可显著降低制品收缩,原因：,玻纤及填料的收缩率远小于树脂。,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,c、模压料中挥发物含量增高，制品收缩率增大,38,（2）模具结构和制品形状的影响,模具刚度不够，压制时产生弹性变形会使制品比相应模具尺寸增大，特别对较薄的制品。因此，要根据生产经验考虑模具结构的影响。,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,39,（3）成型工艺条件的影响,温度制度与压力制度的影响,1）保温、保压时间延长可减少收缩率,原因：,使树脂交联密度增大，线膨胀系数减小。,3）冷脱模比热脱模收缩率小,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,2）一定范围内提高成型压力可减少收缩率,原因：,制品密实，减小了树脂交联时的收缩空隙,4）充分固化比固化不充分收缩率小。,5）,40,4.2.3.3 模压料的压缩性,压缩比：,模压料和模压制品比容的比值。,即制品密度与模压料密度的比值。,4.2.3 模压料的工艺性及影响因素,压缩比过大，即模压料过于蓬松，给装模带来困难，且压缩比大的模压料需设计大的装料室，不仅增加了模具质量，也增大了热量消耗。对于压缩比太大的模压料，一般需要采取预成型工艺。纤维状的模压料的压缩比一般为610。,作业：什么是模压料的收缩性？由哪几种收缩组成？,41,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,42,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,43,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,44,第四章 模压成型,TMC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。,45,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。,46,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 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。,47,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。,48,第四章 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,49,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。,50,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,51,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,52,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,53,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。,54,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的组分及其性能,55,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,56,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%;,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。,57,第四章 模压成型,第七周开始（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,58,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),59,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,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。,60,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,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。,61,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。,62,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,63,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。,64,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用，降低了树脂体系的强度。,65,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。,66,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,67,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,68,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,69,第四章 模压成型,4.3.2.5 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。,70,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,71,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,72,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 SMC的组分及其性能,73,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,74,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，阻止粘着，达到脱模的目的。,75,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,76,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：,77,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,78,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,79,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。,80,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,81,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。,82,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,83,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。,4.3.3 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,84,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,目录,85,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,86,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。,87,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、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。,88,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。,89,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,90,第四章 模压成型,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,91,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,92,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。,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,93,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),94,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,95,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,96,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,97,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：,98,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,99,SMC,100,101,102,103,104,105,106,107,108,109,110,111,http:/,112,轻质碳酸钙、重质碳酸钙,轻钙是轻质碳酸钙，又称沉淀碳酸钙，简称轻钙，是将石灰石等原料段烧生成石灰和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳（主要成分氢氧化钙），通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀，经脱水、干燥和粉碎制得。或者由碳酸纳和氯化钙进行复分解反应生成碳酸钙沉淀，经脱水、干燥和粉碎制得。重质碳酸钙又称研磨碳酸钙,是用机械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、白垩、贝壳等而制得。由于它的沉降体积(1.1-1.