模压成型(SMC成型工艺)

首先制备SMC预浸料,它是用基体树脂(不饱和聚酯树脂)、填料及其他助剂混合成树脂糊,浸渍短切玻璃纤维(从合股纱通过在线切割而来,一般长度为25mm),并且在两面用PE薄膜包覆起来形成的片状模压材料。

再将定量的、揭去薄膜并按照一定形状剪裁的SMC模压料放入金属对模中,在一定温度和压力作用下成型规定尺寸和形状的复合材料制品。

片状模压料(Sheet Molding Compound, SMC)是由树脂糊浸渍纤维或短切纤维毡,两边覆盖聚乙烯薄膜而制成的一类片状模压料,属于预浸毡料范围。是目前国际上应用最广泛的成型材料之一。

SMC是用不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩添加剂、填料、内脱模剂和着色剂等混合成树脂糊浸渍短切纤维粗纱或玻璃纤维毡,并在两面用聚乙烯或聚丙烯薄膜包覆起来形成的片状模压料。

SMC作为一种发展迅猛的新型模压料,具有许多特点:

①重现性好,不受操作者和外界条件的影响;

②操作处理方便;

③操作环境清洁、卫生,改善了劳动条件;

④流动性好,可成型异形制品;

⑤模压工艺对温度和压力要求不高,可变范围大,可大幅度降低设备和模具费用;

⑥纤维长度40~50mm,质量均匀性好,适宜于压制截面变化不大的大型薄壁制品;

⑦所得制品表面光洁度高,采用低收缩添加剂后,表面质量更为理想;

⑧生产效率高,成型周期短,易于实现全自动机械化操作,生产成本相对较低。

SMC作为一种新型材料,根据具体用途和要求的不同又发展出一系列新品种,如BMC、TMC、HNC、XMC等。

①团状模压料(Bulk Molding Compound, BMC) 其组成与SMC极为相似,是一种改进型的预混团状模压料,可用于模压和挤出成型。两者的区别仅在于材料形态和制作工艺上。BMC中纤维含量较低,纤维长度较短,约6~18mm,填料含料较大,因而BMC制品的强度比SMC制品的强度低,BMC比较适合于压制小型制品,而SMC适合于大型薄壁制品。

②厚片状模压料(Thick Molding Compound, TMC) 其组成和制作与SMC相似,厚达50mm。由于TMC厚度大,玻璃纤维能随机分布,改善了树脂对玻璃纤维的浸润性。此外,该材料还可以采用注射和传递成型。

③高强度模压料(Hight Molding Compound, HMC) 和高强度片状模压料XMC主要用于制造汽车部件。HMC中不加或少加填料,采用短切玻璃纤维,纤维含量为65%左右,玻璃纤维定向分布,具有极好的流动性和成型表面,其制品强度约是SMC制品强度的3倍。XMC用定向连续纤维,纤维含量达70%~80%,不含填料。

④ZMC ZMC是一种模塑成型技术,ZMC三个字母并无实际含义,而是包含模塑料、注射模塑机械和模具三种含义。ZMC制品既保持了较高的强度指标,又具有优良的外观和很高的生产效率,综合了SMC和BMC的优点,获得了较快的发展。

SMC原材料

合成树脂

合成树脂为不饱和聚酯树脂,不同的不饱和树脂对树脂糊的增稠效果、工艺特性以及制品性能、收缩率、表面状态均有直接的影响。

SMC对不饱和聚酯树脂有以下要求:

①粘度低,对玻璃纤维浸润性能好;

②同增稠剂具有足够的反应性,满足增稠要求;

③固化迅速,生产周期短,效率高;

④固化物有足够的热态强度,便于制品的热脱模;

⑤固化物有足够的韧性,制品发生某些变形时不开裂;

⑥较低的收缩率。

增强材料

增强材料为短切玻璃纤维粗纱或原丝。在不饱和聚酯树脂模塑料中,用于SMC的增强材料只有短切玻璃纤维毡,而用于预混料的增强材料比较多,有短切玻璃纤维,石棉纤维、麻和其它各种有机纤维。在SMC中,玻璃纤维含量可在5%~50%之间调节。

辅助材料

辅助材料包括固化剂(引发剂)、表面处理剂、增稠剂、低收缩添加剂、脱模剂、着色剂、填料和交联剂。

制备工艺

SMC生产的工艺流程主要包括树脂糊制备、上糊操作、纤维切割沉降及浸渍、树脂稠化等过程,其工艺流程图如下:

(1)树脂糊的制备及上糊操作:树脂糊的制备有两种方法–间歇法和连续法。间歇法程序如下:

①将不饱和聚酯树脂和苯乙烯倒入配料釜中,搅拌均匀;

②将引发剂倒入配料釜中,与树脂和苯乙烯混匀;

③在搅拌作用下加入增稠剂和脱模剂;

④在低速搅拌下加入填料和低收缩添加剂;

⑤在配方所列各组分分散为止,停止搅拌,静置待用。连续法是将SMC配方中的树脂糊分为两部分,即增稠剂、脱模剂、部分填料和苯乙烯为一部分,其余组分为另一部分,分别计量、混匀后,送入SMC机组上设置的相应贮料容器内,在需要时由管路计量泵计量后进入静态混合器,混合均匀后输送到SMC机组的上糊区,再涂布到聚乙烯薄膜上。

(2)浸渍和压实:经过涂布树脂糊的下承载薄膜在机组的牵引下进入短切玻璃纤维沉降室,切割好的短切玻璃纤维均匀沉降在树脂糊上,达到要求的沉降量后,随传动装置离开沉降室,并和涂布有树脂糊的上承载薄膜相叠合,然后进入由一系列错落排列的锟阵中,在张力和辊的作用下,下、上承载薄膜将树脂糊和短切玻璃纤维紧紧压在一起,经过多次反复,使短切玻璃纤维浸渍树脂并赶走其中的气泡,形成密实而均匀的连续SMC片料。

模压成型的工艺流程

(1)加料:按照需要往模具内加入规定量的材料,而加料的多少直接影响着制品的密度与尺寸等。加料量多则制品毛边厚,尺寸准确度差,难以脱模,并可能损坏模具;加料量少则制品不紧密,光泽性差,甚至造成缺料而产生废品。

(2)闭模:加料完后即使阳模和阴模相闭合。合模时先用快速,待阴,阳模快接触时改为慢速。先快后慢的操作方法有利于缩短非生产时间,防止模具擦伤,避免模槽中原料因合模过快而被空气带出,甚至使嵌件位移,成型杆遭到破坏。待模具闭合即可增大压力对原料加热加压。

(3排气:模压热固性塑料时,常有水分和低分子物放出,为了排除这些低分子物、挥发物及模内空气等,在塑料模的模腔内塑料反应进行至适当时间后,可卸压松模排气一很短的时间。排气操作能缩短固化时间和提高制品的物理机械性能,避免制品内部出现分层和气泡;但排气过早、迟早都不行,过早达不到排气目的;过迟则因物料表面已固化气体排不出。

(4)固化:热固性塑料的固化是在模压温度下保持一段时间,使树脂的缩聚反应达到要求的交联程度,使制品具有所要求的物理机械性能为准。固化速率不高的塑料也可在制品能够完整地脱模时固化就暂告结束,然后再用后处理来完成全部固化过程;以提高设备的利用率。模压固化时间通常为保压保温时间,一般30秒至数分钟不等,多数不超过30分钟。过长或过短的固化时间对制品的性能都有影响。

(5)脱模:脱模通常是靠顶出杆来完成的。带有成型杆或者某些嵌件的制品应先用专门工具将成型杆等宁脱,然后进行脱模。

(6)模具吹洗:脱模后,通常用压缩空气吹洗模腔和模具的模面,如果模具上的固着物较紧,还可用铜刀或铜刷清理,甚至需要用抛光剂刷等。

(7)后处理:为了进一步提高制品的质量,热固性塑料制品脱模后也常在较高温度下进行后处理。后处理能使塑料固化更加的完全;同时减少或消除制品的内应力,减少制品中的水分及挥发物等,有利于提高制品的电性能及强度。