【讲堂】复合材料工艺详解之SMC成型工艺

模压引申:SMC成型工艺

SMC,即片状模塑料。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玻璃纤维粗纱或玻纤毡,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成型材料。

SMC是干法生产FRP制品的一种中间材料。独具特点是重现性好。

SMC的种类:

①BMC即块状模塑料。可用于压制和挤出成型。与SMC的区别仅在于材料形态和制作方法上。BMC中纤维含量较低,纤维长度较短,填料含量较大,因此BMC适合制造小型制品,SMC则用于生产大型薄壁制品。

②TMC即厚片状模塑料。组成与制作同SMC类似。SMC一般厚0.63cm,TMC一般厚度达5.08cm。

③结构SMC按纤维形态与分布不同可分为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)以及SMC-C/R、SMC-D/R。树脂采用高反应性的间苯二甲酸聚酯树脂。

④高强SMC分为HMC和XMC。HMC是一种少加或不加填料,短切纤维含量达60%-80%,玻纤定向分布,树脂含量在35%以下的片状模塑料。具有极好的流动性和成型表面,其制品强度是普通SMC的3倍。XMC是一种含有70%-80%定向连续玻纤,20%-30%的聚酯树脂,加适量或不加填料的片状模塑料。玻纤以一定角度交叉布置,标准粗纱角度为82°。在普通缠绕机上进行。

⑤LS-SMC即低收缩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。

⑥ITP-SMC即渗透增稠片状模塑料。不需要普通SMC所需的专门熟化室,而且在室温下24h达到不粘手的特点。制品具有高度刚性、耐冲击性、尺寸稳定性的特点。

此外还有高弹SMC、低密度SMC、耐热SMC和耐燃SMC等。

1.压制前的准备

1.1模压料预热和预成型

预热方法有加热板预热、红外线预热、电烘箱预热、远红外预热及高频预热等。

预成型是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。

1.2 装料量的估算

装料量等于模压料制品的密度乘以制品的体积,再加上3%-5%的挥发物、毛刺等损耗。模压制品的体积常采用以下三种方法进行估算:形状、尺寸简化计算法,密度比较法,铸型比较法。

1.3 脱模剂的选用

模压中使用的脱模剂有内脱模剂和外脱模剂两类。直接模压中多用外脱模剂或内外脱模剂的结合使用。酚醛型模压料多用机油、油酸、硬脂酸等;环氧及环氧酚醛型模压料多采用硅脂或有机硅。

2.模压工艺参数

2.1温度制度

包括了装模温度、升温速度、最高模压温度和恒温、降温及后固化温度等。

①装模温度物料放入模腔时模具的温度。镁酚醛装模温度在150℃-170℃,氨酚醛、酚醛环氧型模压料一般在80℃-90℃。模压料的挥发物含量高,不溶性树脂含量低时,装模温度较低,反之,要适当提高装模温度。制品结构复杂及大型制品装模温度一般宜在室温-90℃范围内。

②升温速度由装模温度到最高压制温度的升温速率。对快速模压工艺,装模温度就是压制温度,不存在升温速度问题。而在慢速压制工艺中,需慎重选择适宜的升温速度,尤其是在成型较厚制品时更为重要。一般采用10℃/h-30℃/h的升温速度,对氨酚醛的小尺寸制品可采用1℃/min-2℃/min。

③最高模压温度主要依树脂放热曲线来确定。

④保温时间在成型压力和模压温度下保温的时间。作用是使制品固化完全和消除内应力。主要取决于两个因素:一是模压料固化反映的时间(与模压料种类有关);二是不稳定导热时间。

⑤后固化处理一般不包括在压制制度中。目的是提高制品固化反应程度,通过提高温度,使尚未反应的基团间继续交联增加密度,去掉残留挥发物且消除残余应力。

2.2 压制制度

包括了成型压力、加压时机、放气等。

①成型压力作用是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(溶剂、水分及固化副产物)的抵抗力及压紧制品以保证精确的形状和尺寸。主要取决于两个因素:模压料的种类及质量指标;制品结构形状尺寸。成型压力是用单位压力表示的。单位压力定义为:制品在水平投影方向上单位面积所承受的力。

②加压时机在装模后经多长时间、在什么温度下进行加全压。三种方法:一是凭经验,操作者可将树脂拉丝时即为加压时机;二是根据温度指示,当接近树脂凝胶温度是进行加压;三是按树脂固化反应时气体释放量确定加压时机。

③放气充模快速模压不存在加压时机。在快速压制工艺中都要采取放气措施,即在加压初期,压力上升到一定值后,随即卸压抬模放气,再加压充模,反复几次。

3.模压成型工艺流程图:

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