第4章 模压成型工艺-1资料

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1、 第四章 模压成型 模压成型工艺 (compression moulding) SMC/BMC 第四章 模压成型 1.发展及概述 2.模压料 3.SMC成型工艺 4.模压工艺 第四章 模压成型 第四章 模压成型 1955年10月，老红军、时任重工业部副部 长的赖际发同志赴前苏联考察，发现玻璃 钢的优异性能，回国后向中央报告，组织 力量开始研究。 第四章 模压成型 l1958年2月，在北京东郊管庄玻璃陶瓷研究院成立 玻璃钢研究组。同年5月，研究组在文和阳工程师指 导下，压制成功我国第一块玻璃钢板。 l玻璃钢组后成为室，文革前夕与玻璃工业设计院 新材料室及北京251厂合并而为北京玻璃钢研究所， 也

2、就是今天北玻院的前身。 第四章 模压成型 l模压成型工艺始于1909年,伴随实用酚醛树 脂的出现,用木粉、石棉及石英粉为填料制备 酚醛树脂基复合材料制品 l50年代，DMC（dough molding compounds ） l60年代，西德SMC、BMC兴起 l 1967年我国开始研发BMC，1975年开始研 发SMC。 第四章 模压成型 成型工 艺 占有率%产量/万吨 成型工艺 占有率% 产量/万吨 模压42.3139.59离心浇铸3.09.9 手糊22.172.93RTM4.013.2 挤拉11.136.63其它1.23.92 喷射9.130.03总结100330 缠绕7.223.76

3、表1国外各种成型工艺的占有率和产量 我国模压法在复合材料的各种成型工艺中，仅占10%左右 ，预计几年后模压法所占比例可升至25%，FRP产量可达 90100吨。模压法之所以能迅速发展，主要是由于SMC、 BMC/DMC近年来发展较快。 第四章 模压成型 电机冲压模具 模压成型设备 汽车冲压模具 塑料椅模具 第四章 模压成型 第四章 模压成型 第四章 模压成型 第四章 模压成型 第四章 模压成型 VOLVO 第四章 模压成型 伊朗 第四章 模压成型 第四章 模压成型 A320 第四章 模压成型 第四章 模压成型 产品顶出过程 4.1 概述 第四章 模压成型 4、模压成型工艺 (compressi

4、on moulding) 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。不仅树脂流动、增强材料也要随之流动 4.1 概述 第四章 模压成型 4.1 概述 模具 预热 脱模剂 涂刷 装 模 压 制 脱 模 模压料 预热 模压料 预成型 修饰及 辅助加工 后处 理 检 验 包 装 4.1 概述 第四章 模压成型 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

5、， 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。 模压工艺中整个反应是不可逆的! 4.1 概述 第四章 模压成型 4.1 概述 4.1 概述 第四章 模压成型 u有较高的生产效率，适于大批量生产; u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; u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; u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。 4.1 概述 第

6、四章 模压成型 模压产品的应用领域 成为复合材料的重要成型方法、所占比例仅次于 手糊喷射和连续成型，居第三位。 模压制品主要用作结构件、连接件、防护件和电 器绝缘件 广泛应用于工业、农业、交通运输、电气、化工 、建筑、机械等领域。 兵器、飞机、导弹、卫星上也都得到了应用。 第四章 模压成型 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

7、等特 殊性能的制品 第四章 模压成型 （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，

8、然后进行模压成型 。 BMC/DMC 第四章 模压成型 （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 第四章 模压成型 （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 第四章 模压成型 4.2 模压料 （短纤维模压料） 4.2.1

9、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 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。 二硫化钼、碳酸钙、水和氧化铝、卤族元素 流动性、尺寸稳定性、阻燃性、耐化学腐蚀性 第四章 模压成型 4.2 模压料 （短纤维模压料） 4.2.1 原料 树脂基体材料 4.2.1 原料 氨酚醛树脂：氨水做催化剂。碳化有石墨化倾向。 慢速成型，成型时流动性差，不容易充满模腔 镁酚醛树脂：氧化镁催化剂。苯胺和聚乙烯醇缩丁 醛改性。良好流动性。较高机械强度、良好的电绝缘 性及耐热性 聚酰胺改

10、性酚醛树脂：羟甲基聚酰胺。韧性和粘结 性，流动性好 第四章 模压成型 4.2 模压料 （短纤维模压料） 4.2.1 原料 树脂基体材料 4.2.1 原料 硼酚醛树脂：硼酸和苯酚反应。热性能好 惰性气 氛中分解温度625。900时残炭率70%-耐碱性差 新酚树脂：芳基烷基醚和苯酚缩合。良好的耐烧蚀 性。耐化学性、介电性能、力学性能、耐辐射性和粘 结性 有机硅改性酚醛树脂：含烷氧基的有机硅化合物。 耐热性高，热失重小，韧性好 第四章 模压成型 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

11、，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 第四章 模压成型 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。 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。 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 第四章 模

12、压成型 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： 第四章 模压成型 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 第四章 模压成型 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

13、制备及质量控制 (1) 玻璃纤维在180下干燥处理4060min； (2) 将烘干后的纤维切成3050mm长度并使之疏松； (3) 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； (4) 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； (5) 捏合后的预混料，逐渐加入撕松机中撕松； (6) 撕松后的预混料均匀铺放在网格上晾置； (7) 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； (8) 将烘干后的预混料装入塑料袋中封闭待用。 第四章 模压成型 预浸法 4.2.2 模压料的制备及质量控制 粗纱准备 热处理 浸胶 烘干

14、 切割 存放 树脂调配 浸毡法 纱线准备 撕松 烘干 切割 撒毡 树脂调配 复合 浸胶 成品 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。 第四章 模压成型 4.2.2.2 短纤维模压料的

15、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 模压料类型 指标 树脂含量 % 挥发物含量 % 不溶性树脂含量 % 机械法 镁酚醛/玻璃纤维 氨酚醛/玻璃纤维 4050 404 23.5 24 510 15 手工法氨酚醛料 355(玻璃) 404(高硅氧) 4320 第四章 模压成型 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

16、混料树脂胶液密度：1.001.025g/cm3 第四章 模压成型 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 高硅氧纤维 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 第四章 模压成型 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。 4.