SMC成型工艺

SMC成型工艺，复合材料加工工艺与设备，主要包含概述、成型影响因素、 设备分析、原材料分析等。

SMC成型工艺

• 概述
  • 流程示意图
  • SMC的特点
    • 1.SMC能与金属材料相抗衡。
    • 2.SMC与增强热塑性塑料相比， SMC的成型周期短，成型设备投资低， SMC制品不易变形，机械性能与热变形温度较高。耐化学药品性优．且价格较低。
    • 3.SMC与一般热塑性塑料相比，前者物理机械性能是后者无法比拟的。
    • 4.SMC与BMC相比，尽管BMC可注塑，但它只适于短纤维的加工，若需要制造高强度的材料则仍需使用SMC。
    • 5.SMC与手糊／喷射玻璃钢材料相比，无论在成型周期、工作环境、成本及制品外观质量上都比手糊／喷射制品更优。
  • 工艺特点
    • 1.操作方便，易实现自动化，生产效率高，改善了湿法成型的作业环境和劳动条件
    • 2.通过改变组分的种类与配比，可改变成型工艺和制品性能；通过改变填料的种类与加入量，可降低成本或使制品轻量化
    • 3.成型流动性好，可成型结构复杂的制件或大型制件
    • 4.制品尺寸稳定性好，表面平滑，光泽好，纤维浮出少，从而简化了后处理工序
    • 5.增强材料在生产与成型过程中均无损伤，制品强度高，可进行轻型化结构设计
• 成型影响因素
  • SMC模压的预成型
    • 加料：加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。 经验方法：加料量=制品体积×1.8
    • 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，这样有利于缩短成型周期，提高生产效率及制品性能。
  • SMC成型温度
    • 成型温度的高低，取决于树脂糊的固化体系、制品厚度，生产效率和制品结构的复杂程度。 一般来说，厚度大的制品所选择的成型温度应比薄壁制品低，这样可防止过高温度在厚制品内部产生过度的热积聚。 SMC成型温度在120～155℃之间。
  • SMC成型压力
    • 加压的作用是克服物料流动时的内摩擦及物料与模腔内壁之间的摩擦力，使模压料充满模腔；克服模压料挥发物的蒸汽压及压紧制品。成型压力的大小主要取决于模压料品种、制品结构及尺寸，制品结构越复杂或厚度特大，所需成型压力也越大。
    • SMC成型压力随制品结构、形状、尺才及SMC增稠程度而异。一般来说， SMC成型压力在3~7MPa之间。
  • SMC模压固化时间
    • SMC在成型温度下的固化时间(也叫保温时间)。与它的性质及同化体系、成型温度、制品厚度和颜色等因素有关。 固化时间一般按40s/mm计算。对3mm以上厚制品，有人认为每增加4mm，固化时间增加1min。
• 设备分析
  • 制片机组
    • 主要包括增强材料的引入系统和浸渍、脱泡系统两部分；
    • 从浸渍、脱泡系统来看，大致有辊式和带式两类，前者又可引伸出鼓轮式。辊式制片机靠卷绕张力对辊筒产生的压力实现浸渍、脱泡；带式制片机则靠带槽滚筒对输送带上的片材进行滚压来实现浸渍、脱泡。
    • 结构
      • 输送系统
      • PE膜供给系统
      • 刮刀装置
      • 玻纤切割器
      • 浸渍和压实装置
      • 收卷装置
  • 液压机
  • 模具
• 原材料分析
  • 树脂
    • 不饱和聚酯树脂(UP)是SMC的最基本配方材料。根据其化学结构上的差异通常可分为通用型、间苯型、双酚A型三大类。在SMC生产中，最常用的是邻苯型和间苯型不饱和聚酯树脂。
    • 用邻苯二甲酸二烯丙基酯(DAP)、间苯二甲酸二烯丙基酯(DAIP)、三聚氰酸三烯丙基酯(TAC)等烯丙基类单体代替苯乙烯作为交联剂，可以明显地提高制品的耐热性能、耐候性能和尺寸稳定性能。同时，由于这类单体低的挥发性，改善了环境条件，并且还延长了SMC的贮存期。
  • 引发剂
    • 选择引发剂需考虑两个因素：模压料的贮存稳定性和固化温度。
    • 过氧化二苯甲酰(BPO)作为引发剂具有反应温度范围广、模压时对温度控制并不苛求的优点，但是SMC的长期贮存稳定性较差。
    • 用过氧化苯甲酸叔丁酯(TBP)作引发剂，SMC具有较长期的贮存稳定性，但在压制时需要较高的固化温度。
    • 过氧化二异丙苯(DCP)的性能基本上类似于TBP。
  • 填料
    • 在SMC中加入填料，可降低成本，减少收缩率，调节粘度，赋予材料某些特殊性能。
    • 填料的选择，需考虑：①颗粒大小，②油吸附量，③触变现象。
    • 这三种因素都与填料颗粒的表面有关，如油吸附量(指填料被亚麻仁油润湿的质量百分比)。填料的油吸附量是比表面积的函数，填料间空隙的增加，比表面积增大，其油吸附量就大。油吸附量小的填料，在树脂中的用量百分比就可增加。因此，在片状模塑料中，往往要求填料具有较低的油吸附量。
    • 填料按其化学成分可分为四类：氧化硅及硅酸盐类(石棉、滑石粉、瓷土、氧化硅、硅藻土等)；碳酸盐类(碳酸钙)；硫酸盐类(硫酸钡、硫酸钙等)；氢氧化物类(氢氧化铝)。
    • 多数情况下填料用量占SMC配方总量的1／3以上。
    • 碳酸钙：遮盖性好，改善制品表面性能。 水合氧化铝（ATH）：阻燃，改善制品耐水性和电绝缘性能。
  • 低收缩添加剂
    • 控制收缩率是通过在不饱和聚酯树脂中加入一定量的热塑性聚合物来实现，这样的热塑性聚合物称为低收缩添加剂。
    • SMC常用的热塑性添加剂有如下几种：PE粉、PS及其共聚物、PVC及其共聚物、乙酸纤维素和丁酸纤维素、热塑性聚酯、聚己内酯、PVAC、PMMA。
    • 根据其作用机理的不同，大致可以分为2类： 1.与不饱和聚酯树脂不相溶的添加剂，如PE和PVC，其加入量为树脂的5％~10％； 2.在树脂固化前彼此相溶，而固化后添加剂又以小颗粒球状从树脂析出形成第二相，如PVAC、PS等。
  • 增稠剂
    • 片状模塑料及团状模塑料在制备时要求树脂粘度较小，以利于对玻璃纤维及填料的浸渍。浸渍完成后，又要求坯料粘度较高，便于模压操作及降低制品的收缩率，通过加入增稠剂就能满足这种要求。
    • 增稠剂又叫增粘剂，其作用是使不饱和聚酯树脂的粘度迅速增加，粘度达到工艺要求后又相对稳定。
    • 特性
      • 1.在浸渍阶段，为了保证良好的浸润性，增稠过程要缓慢
      • 2.在浸渍后，又要求粘度迅速增高，以适应贮运和模压操作
      • 3.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；
      • 4.增稠后的粘度，在贮存期内必须稳定在可模压的范围内；
      • 5.增稠作用在生产中应该有稳定的重现性。
    • 理想的增稠剂
      • 在浸渍阶段，树脂增稠要足够缓慢，保证玻纤的良好浸渍，浸渍后树脂增稠要足够快，使SMC尽快进入模压阶段和尽量减少存货量；当SMC粘度达到可成型的模压粘度后，增稠过程应立即停止，稳定，以获得尽可能长的贮存寿命。
    • MgO
      • MgO是应用最广泛且最具代表性的化学增稠剂，其特点是增稠速度快。其增稠特性与活性有关。
    • 增稠机理
      • 增稠是一个化学过程，包括成盐和生成配合物两个阶段。
  • 内脱模剂
    • 对于SMC，粘模是一个严重的问题，因此须在配方中加入内脱模剂。它们通常为长链脂肪酸及其盐类，受热熔化并作为第二相流到模具表面、从而阻止了不饱和聚酯树脂与金属模具表面发生亲合作用。
    • 。所选用脱模剂的熔点低于固化温度，以保证其在树脂固化前已熔化。其加入量一般为0.5％～2％。
    • 常用的内脱模剂材料
      • 硬脂酸 硬酯酸锌 硬酯酸钙 硬酯酸镁
  • 增强材料
    • 常用类型：短切原纱毡和无捻粗纱。(25mm, 50mm)
    • 对SMC专用玻纤的一般要求是：切割性好，浸渍性佳，流动性好，制品强度高，外观良好等。
  • 着色剂
    • 内着色剂：在树脂配方中加入。
    • 外着色剂：在制品表面喷涂。