玻璃鋼模壓成型工藝
模壓成型工藝是復(fù)合材料生產(chǎn)中最古老而又富有無(wú)限活力的一 種成型方法。它是將一定量的預(yù)混料或預(yù)浸料加入金屬對(duì)模內(nèi),經(jīng)加熱、加壓固化成型的方法。
模壓成型工藝的主要優(yōu)點(diǎn):
①生產(chǎn)效率高,便于實(shí)現(xiàn)專業(yè)化和自動(dòng)化生產(chǎn);
②產(chǎn)品尺寸精度高,重復(fù)性好;
③表面光潔,無(wú)需二次修飾;
④能一次成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品;
⑤因?yàn)榕可a(chǎn),價(jià)格相對(duì)低廉。
模壓成型的不足之處在于模具制造復(fù)雜,投資較大,加上受壓機(jī)限制,最適合于批量生產(chǎn)中小型復(fù)合材料制品。隨著金屬加工技術(shù)、壓機(jī)制造水平及合成樹(shù)脂工藝性能的不斷改進(jìn)和發(fā)展,壓機(jī)噸位和臺(tái)面尺寸不斷增大,模壓料的成型溫度和壓力也相對(duì)降低,使得模壓成型制品的尺寸逐步向大型化發(fā)展,目前已能生產(chǎn)大型汽車部件、浴盆、整體衛(wèi)生間組件等。
模壓成型工藝按增強(qiáng)材料物態(tài)和模壓料品種可分為如下幾種:
①纖維料模壓法
是將經(jīng)預(yù)混或預(yù)浸的纖維狀模壓料,投入到金屬模具內(nèi),在一定的溫度和壓力下成型復(fù)合材料制品的方法。該方法簡(jiǎn)便易行,用途廣泛。根據(jù)具體操作上的不同,有預(yù)混料模壓和預(yù)浸料模壓法。
②碎布料模壓法
將浸過(guò)樹(shù)脂膠液的玻璃纖維布或其它織物,如麻布、有機(jī)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(fù)合材料制品。
③織物模壓法
將預(yù)先織成所需形狀的兩維或三維織物浸漬樹(shù)脂膠液,然后放入金屬模具中加熱加壓成型為復(fù)合材料制品。
④層壓模壓法
將預(yù)浸過(guò)樹(shù)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(jīng)加溫或加壓成型復(fù)合材料制品。
⑤纏繞模壓法
將預(yù)浸過(guò)樹(shù)脂膠液的連續(xù)纖維或布(帶),通過(guò)專用纏繞機(jī)提供一定的張力和溫度,纏在芯模上,再放入模具中進(jìn)行加溫加壓成型復(fù)合材料制品。
⑥片狀塑料(SMC)模壓法
將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(yù)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(yù)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(jié)劑(樹(shù)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(yù)浸物料、預(yù)混物料,也可以是坯料。當(dāng)前所用的模壓料品種主要有:預(yù)浸膠布、纖維預(yù)混料、BMC、DMC、HMC、SMC、XMC、TMC及ZMC等品種。
1、原材料
(1)合成樹(shù)脂
復(fù)合材料模壓制品所用的模壓料要求合成樹(shù)脂具有:
①對(duì)增強(qiáng)材料有良好的浸潤(rùn)性能,以便在合成樹(shù)脂和增強(qiáng)材料界面上形成良好的粘結(jié);
②有適當(dāng)?shù)恼扯群土己玫牧鲃?dòng)性,在壓制條件下能夠和增強(qiáng)材料一道均勻地充滿整個(gè)模腔;
③在壓制條件下具有適宜的固化速度,并且固化過(guò)程中不產(chǎn)生副產(chǎn)物或副產(chǎn)物少,體積收縮率?。?br />
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(shù)脂有:不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、聚丁二烯樹(shù)脂、烯丙基酯、三聚氰胺樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂等。為使模壓制品達(dá)到特定的性能指標(biāo),在選定樹(shù)脂品種和牌號(hào)后,還應(yīng)選擇相應(yīng)的輔助材料、填料和顏料。
(2)增強(qiáng)材料
模壓料中常用的增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維開(kāi)刀絲、無(wú)捻粗紗、有捻粗紗、連續(xù)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(jī)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(shí)也采用兩種或兩種以上纖維混雜料作增強(qiáng)材料。
(3)輔助材料
一般包括固化劑(引發(fā)劑)、促進(jìn)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(shù)脂制成的模壓料為例,其生產(chǎn)工藝可分為預(yù)混法和預(yù)浸法兩種。
(1)預(yù)混法:先將玻璃纖維切割成30~50mm的短切纖維,經(jīng)蓬松后在捏合機(jī)中與樹(shù)脂膠液充分捏合至樹(shù)脂完全浸潤(rùn)玻璃纖維,再經(jīng)烘干(晾干)至適當(dāng)粘度即可。其特點(diǎn)是纖維松散無(wú)定向,生產(chǎn)量大,用此法生產(chǎn)的模壓料比容大,流動(dòng)性好,但在制備過(guò)程中纖維強(qiáng)度損失較大。
(2)預(yù)浸法:纖維預(yù)浸法是將整束連續(xù)玻璃纖維(或布)經(jīng)過(guò)浸膠、烘干、切短而成。其特點(diǎn)是纖維成束狀,比較緊密,制備模壓料的過(guò)程中纖維強(qiáng)度損失較小,但模壓料的流動(dòng)性及料束之間的相容性稍差。
SMC、BMC、HMC、XMC、TMC及ZMC生產(chǎn)技術(shù)
片狀模壓料(Sheet Molding Compound, SMC)是由樹(shù)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(yù)浸氈料范圍。是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的成型材料之一。
SMC是用不飽和聚酯樹(shù)脂、增稠劑、引發(fā)劑、交聯(lián)劑、低收縮添加劑、填料、內(nèi)脫模劑和著色劑等混合成樹(shù)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(lái)形成的片狀模壓料。SMC作為一種發(fā)展迅猛的新型模壓料,具有許多特點(diǎn):
①重現(xiàn)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(huán)境清潔、衛(wèi)生,改善了勞動(dòng)條件;
④流動(dòng)性好,可成型異形制品;
⑤模壓工藝對(duì)溫度和壓力要求不高,可變范圍大,可大幅度降低設(shè)備和模具費(fèi)用;
⑥纖維長(zhǎng)度40~50mm,質(zhì)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(zhì)量更為理想;
⑧生產(chǎn)效率高,成型周期短,易于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)機(jī)械化操作,生產(chǎn)成本相對(duì)較低。
SMC作為一種新型材料,根據(jù)具體用途和要求的不同又發(fā)展出一系列新品種,如BMC、TMC、HMC、XMC等。
①團(tuán)狀模壓料(Bulk Molding Compound, BMC)
其組成與SMC極為相似,是一種改進(jìn)型的預(yù)混團(tuán)狀模壓料,可用于模壓和擠出成型。兩者的區(qū)別僅在于材料形態(tài)和制作工藝上。BMC中纖維含量較低,纖維長(zhǎng)度較短,約6~18mm,填料含料較大,因而B(niǎo)MC制品的強(qiáng)度比SMC制品的強(qiáng)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(dá)50mm。由于TMC厚度大,玻璃纖維能隨機(jī)分布,改善了樹(shù)脂對(duì)玻璃纖維的浸潤(rùn)性。此外,該材料還可以采用注射和傳遞成型。
③高強(qiáng)度模壓料(Hight Molding Compound, HMC)
和高強(qiáng)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(dòng)性和成型表面,其制品強(qiáng)度約是SMC制品強(qiáng)度的3倍。XMC用定向連續(xù)纖維,纖維含量達(dá)70%~80%,不含填料。
④ZMC
ZMC是一種模塑成型技術(shù),ZMC三個(gè)字母并無(wú)實(shí)際含義,而是包含模塑料、注射模塑機(jī)械和模具三種含義。ZMC制品既保持了較高的強(qiáng)度指標(biāo),又具有優(yōu)良的外觀和很高的生產(chǎn)效率,綜合了SMC和BMC的優(yōu)點(diǎn),獲得了較快的發(fā)展。
1、SMC的原材料
SMC的原材料由合成樹(shù)脂、增強(qiáng)材料和輔助材料三大類組成。
? (1)合成樹(shù)脂:合成樹(shù)脂為不飽和聚酯樹(shù)脂,不同的不飽和樹(shù)脂對(duì)樹(shù)脂糊的增稠效果、工藝特性以及制品性能、收縮率、表面狀態(tài)均有直接的影響。SMC對(duì)不飽和聚酯樹(shù)脂有以下要求:
①粘度低,對(duì)玻璃纖維浸潤(rùn)性能好;
②同增稠劑具有足夠的反應(yīng)性,滿足增稠要求;
③固化迅速,生產(chǎn)周期短,效率高;
④固化物有足夠的熱態(tài)強(qiáng)度,便于制品的熱脫模;
⑤固化物有足夠的韌性,制品發(fā)生某些變形時(shí)不開(kāi)裂;
⑥較低的收縮率。
(2)增強(qiáng)材料: 增強(qiáng)材料為短切玻璃纖維粗紗或原絲。在不飽和聚酯樹(shù)脂模塑料中,用于SMC的增強(qiáng)材料目前只有短切玻璃纖維氈,而用于預(yù)混料的增強(qiáng)材料比較多,有短切玻璃纖維,石棉纖維、麻和其它各種有機(jī)纖維。在SMC中,玻璃纖維含量可在5%~50%之間調(diào)節(jié)。
(3)輔助材料:輔助材料包括固化劑(引發(fā)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(lián)劑。
2、SMC的制備工藝
SMC生產(chǎn)的工藝流程主要包括樹(shù)脂糊制備、上糊操作、纖維切割沉降及浸漬、樹(shù)脂稠化等過(guò)程,其工藝流程圖如下:
(1)樹(shù)脂糊的制備及上糊操作:樹(shù)脂糊的制備有兩種方法--間歇法和連續(xù)法。
間歇法程序如下:
①將不飽和聚酯樹(shù)脂和苯乙烯倒入配料釜中,攪拌均勻;
②將引發(fā)劑倒入配料釜中,與樹(shù)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(xù)法是將SMC配方中的樹(shù)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(jì)量、混勻后,送入SMC機(jī)組上設(shè)置的相應(yīng)貯料容器內(nèi),在需要時(shí)由管路計(jì)量泵計(jì)量后進(jìn)入靜態(tài)混合器,混合均勻后輸送到SMC機(jī)組的上糊區(qū),再涂布到聚乙烯薄膜上。
(2)浸漬和壓實(shí):經(jīng)過(guò)涂布樹(shù)脂糊的下承載薄膜在機(jī)組的牽引下進(jìn)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(shù)脂糊上,達(dá)到要求的沉降量后,隨傳動(dòng)裝置離開(kāi)沉降室,并和涂布有樹(shù)脂糊的上承載薄膜相疊合,然后進(jìn)入由一系列錯(cuò)落排列的錕陣中,在張力和輥的作用下,下、上承載薄膜將樹(shù)脂糊和短切玻璃纖維緊緊壓在一起,經(jīng)過(guò)多次反復(fù),使短切玻璃纖維浸漬樹(shù)脂并趕走其中的氣泡,形成密實(shí)而均勻的連續(xù)SMC片料。
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