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第四章 模压成型

课件. 第四章 模压成型. 4.3.1 SMC 的特点与种类. 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。. 课件. 第四章 模压成型.

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第四章 模压成型

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  1. 课件 第四章 模压成型 4.3.1 SMC的特点与种类 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。

  2. 课件 第四章 模压成型 4.3.1 SMC的特点与种类 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

  3. 课件 第四章 模压成型 4.3.1 SMC的特点与种类 4.3.1.2 SMC的种类 BMC—BulkMolding Compound，块状模塑料 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

  4. 课件 第四章 模压成型 4.3.1 SMC的特点与种类 TMC—厚片状模塑料(5.08cm厚，2英寸) 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。

  5. 课件 SMC—R (纤维不规则分布) SMC—C (连续纤维单向分布) SMC—D (不连续纤维定向分布) SMC—C/R SMC—D/R 第四章 模压成型 4.3.1 SMC的特点与种类 结构SMC 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。

  6. 课件 第四章 模压成型 4.3.1 SMC的特点与种类 高强SMC 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。 ① HMC(几乎没有填料，纤维含量60～80%、定向分布、短切，树脂含量35%以下) ② XMC(几乎没有填料，纤维含量70～80%， 定向连续纤维，20~30%聚酯树脂) 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。

  7. 课件 第四章 模压成型 4.3.1 SMC的特点与种类 低收缩SMC —LS—SMC (Lom Shrinkage-SMC) 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。 渗透增稠SMC—ITP－SMC (Interpeneterating Thicking Process-SMC) 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。

  8. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 4.3.2 SMC的组分及其性能 4.3.2.1 不饱和聚酯树脂 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

  9. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 4.3.2.2 交联剂、引发剂、阻聚剂 （1）交联剂 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。 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。

  10. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 （2）引发剂 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。 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。

  11. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 （3）阻聚剂 防止不饱和聚酯树脂在室温下交联聚合 目的： 延长贮存期 随阻聚剂加入量增多凝胶时间增长

  12. 课件 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

  13. 课件 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。

  14. 课件 粘度 3 2 1 时间 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 理想增稠曲线 1－浸渍阶段；2－增稠阶段；3－贮存阶段

  15. 课件 MgO 103 102 10 1.0 10份 5份 粘度（Pa.S） 2份 1份 60 120 180 时间（min） 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 （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 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增稠的效果，与MgO活性和加入量有很大的关系。 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

  16. 课件 105 104 103 102 10 1.0 1 粘度（Pa.S） 2 3 4 0.1 1 10 100 时间（d） 第四章 模压成型 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 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%; 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。 CaO/Ca(OH)2增稠剂系统对树脂的增稠特性(含6％Ca)

  17. 课件 105 104 103 102 10 1.0 0 酸值：29 6 粘度（Pa.S） 0 10 20 30 40 50 60 时间（h） 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 （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。 树脂酸值对增稠速度的影响

  18. 课件 104 5 2 103 5 2 102 5 2 0.3 0.5 0.75 1% 1.5 0.1 粘度（Pa.S） 0 0 2 4 6 8 时间（h） 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 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(0.1～0.8％)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。 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％)

  19. 课件 2 1 0 25℃ 55 45 35 粘度 x10（Pa.S） 0 1 2 3 4 5 时间（h） 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 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。 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。 树脂增稠与温度的关系

  20. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 （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。

  21. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 碱式盐之间或与聚酯之间进一步脱水使分子量成倍增加 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。

  22. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 碱式盐与聚酯分子中的酯基(氧原子)以配位键形成络合物 第二阶段 镁盐的络合反应

  23. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 Ca盐的络合反应 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。

  24. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 4.3.2.4 低收缩添加剂 一般聚酯树脂的固化收缩率为7％～10％，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 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。

  25. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 （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。 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。

  26. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 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。

  27. 课件 固化结束（141℃) 热收缩 热膨胀 固化收缩和热收缩（141℃) 最终体积 树脂膨胀2.8％ 初期体积 冷却 树脂收缩7.1％ 最终体积 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 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

  28. 课件 0.25 0.20 0.16 0.01 线收缩率 1 2 3 15 20 25 30 添加量（重量份） 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 （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

  29. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 4.3.2.5 无机填料 属惰性物质 1、降低材料成本； 作用： 2、改善制品性能。 缺点： 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。

  30. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 （1）填料的类型 石棉、滑石粉、瓷土、氧化硅、硅藻土、火山灰、粉煤灰、玻璃微球等。 硅酸盐类： 轻质碳酸钙、重质碳酸钙。 碳酸盐类： 硫酸盐类： 硫酸钡、硫酸钙。 氧化物类： 氧化铝粉、钛白粉等。

  31. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 （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120μm（120目）。 88μm（170目，水泥细度） 60μm（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 3μ 油吸附量 55～58％ 重钙 60μ 12％ 重钙 44μ 15％

  32. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 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。

  33. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 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。

  34. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 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。 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1～3％

  35. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 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： 40～50mm 含量： 25～35％ 一般要求： 易切割、易分散、浸渍性好、强度高等。

  36. 课件 第四章 模压成型 4.3.2 SMC的组分及其性能 作业： 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？

  37. 课件 第四章 模压成型 4.3.3 SMC的生产工艺 4.3.3 SMC生产工艺 4.3.3.1 生产过程 树脂 固化剂 增稠剂 填料 低收缩添加剂 其它 树脂糊制备 薄膜 SMC成型机 收卷 粗纱 切割 沉降 浸渍 稠化 包装 SMC生产工艺流程

  38. 课件 第四章 模压成型 4.3.3 SMC的生产工艺 （1）树脂糊的制备及上糊操作 树脂糊的制备：批混合法和连续计量混合法 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。 批混合法 优点 设备造价低，适合于小批量生产

  39. 课件 第四章 模压成型 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。 连续混合法 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。 树脂糊连续混料装置示意图

  40. 课件 第四章 模压成型 4.3.3 SMC的生产工艺 （2）玻纤切割与沉降 切割—— 用三辊切割机切割 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 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。

  41. 课件 第四章 模压成型 4.3.3 SMC的生产工艺 （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。 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。

  42. 课件 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：7～14天； 40℃熟化：24～36h。 存放期限： 室温(15℃)：3个月 2～3℃：6个月

  43. 课件 第四章 模压成型 4.3.3 SMC的生产工艺 4.3.3.2 SMC配方 考虑因素： 制品性能 可模压性 模压时应具有良好的均匀性和流动性 三种SMC配方： 一般型；耐腐蚀型；低收缩型。

  44. 课件 第四章 模压成型 4.3.3 SMC的生产工艺 4.3.3.3 工艺参数的确定 一般参数 幅宽：0.45～1.5m，由设备确定 厚度: 1.3～6.4mm 纤维：含量25～35％，长度12～50mm 聚乙烯薄膜厚度：0.05mm SMC单重： 3～4kg/m2 树脂糊粘度： 10～50Pa.S 涂敷量： 3～12kg/min

  45. 课件 第四章 模压成型 4.4 模压工艺 4.4 模压工艺 模具预热 脱模剂涂刷 压制 装模 脱模 料预热 成预成型 料的称量 打底及辅助加工 后处理 检验 压制前准备 压制 成品 模压成型工艺流程

  46. 课件 第四章 模压成型 4.4.1 压制前的准备 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。 (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40~80%来确定。

  47. 课件 第四章 模压成型 4.4.1 压制前的准备 (3) 模压料预热和预成型 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。 预热的目的： 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。 热效率高，物料受热均匀。温度60~80℃。 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80~100℃。

  48. 课件 第四章 模压成型 4.4.1 压制前的准备 模压料预成型 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。

  49. 课件 第四章 模压成型 4.4.1 压制前的准备 (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3～5%的挥发物、毛刺等损耗。 所以，装料量等于制品的重量加上3～5％。 (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。

  50. 课件 第四章 模压成型 4.4.2 模压工艺参数 4.4.2 模压工艺参数 温度制度、压力制度。 压制制度： 4.4.2.1 温度制度 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。 加温的作用： 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

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