第四章模压成型工艺

4）模内涂覆树脂 作用:覆盖模压件的表面缺陷，例如表面波纹、孔隙、表面 挂痕等。 方法:在模压过程内，将模具打开一道缝(0.2～0.5mm),注入 一些树脂覆盖整个制件表面，然后再闭模、固化；当模压 料最大固化收缩时，高压补注一些树脂。
4）真空辅助模压 在模具闭模后，利用真空系统排除模压料中的空 气及固化生成的小分子物质，能够减少产品表面孔隙， 提高产品强度。
分子量分布对粘度影响： 剪切速率小，分布宽高于分布窄。 剪切速率大，分布宽低于分布窄。 温度敏感性：分布宽，温敏低；分布窄， 温敏高。
logη
1 图4-5：分子质量分布 不同对流动曲线的影响 1－分子质量分布宽 2－分子质量分布窄
2 logγ
3 流 动 速 度 1 图4-6：流动试验曲线 1－纸浆填充脲醛 2－纸浆填充三聚氰胺甲醛 3－木粉填充酚醛
(2)模压料的收缩性 定义：脱模后尺寸会减小是模压料的固有特性。 Q：收缩率 A、实际收缩率：模具空腔或制品在压制温度下 的尺寸与制品在室温下的尺寸之间的差值。 Q实=(a-b)/b×100% a：模具空腔或制品在压制温度下的尺寸mm b：制品在室温下的尺寸mm
B、计算收缩率：在室温下模具空腔尺寸与制品尺 寸之间的差值。Q计=(c-b)/b×100% c：模具空腔在室温下的尺寸mm，设计模具时的重 要数据。 C、收缩的主要原因：热收缩和结构（化学）收缩。 热收缩：模压制品的线膨胀系数比模具材料大（塑 料线膨胀系数25~120×10-6℃-1，钢材线膨胀系数 11×10-6℃-1）因此制品脱模冷却后收缩率大于模具 收缩率。 制品小，模具大（与墙地砖热压后膨胀正好相反） 见表4-3
定向铺设：单向预浸料（纤维或无维布） 沿制品主应力方向铺设，然后模压成型。
2. 特点
①产品尺寸准确，表面光洁，产品不需二次加工；生产效 率较高，易于实现机械化、自动化；
②模具设计制造复杂，压机及模具投资高，产品尺寸受设 备限制，只适于大批量中小型制品。
3. 工艺过程
模具预热 模压料称量
模内涂覆树脂
不溶性树脂含量
5~10
<15
3~20
(2)指标控制方法 取模压料1~1.5g，称重G1（精确至0.001g），放入 105±2℃的烘箱内烘30min，取出后在干燥器内冷 却至室温，称重G2。 挥发物含量：V%=(G1-G2)/G1×100% 取模压料1~1.5g，称重G1 （精确至0.001g），将 其浸入丙酮溶液中浸泡15min，取出放入105±2℃ 的烘箱内烘30min，在干燥器内冷却至室温，称重 G3。称重后将料放入550~600℃炉中灼烧10~20min， 将树脂全部烧尽，取出后在干燥器内冷却至室温， 再称重G4。
树脂含量：R= [G1 (1-V) - G4]/ G1 (1-V)×100% 不溶性树脂含量： C= (G3- G4)/ [G1 (1-V) - G4] ×100% 测量时要三份平行实验，如模压料中含有无机填 料，上述公式需加以修正。 (3)影响模压料质量的几个主要因素 a、树脂溶液粘度 降低粘度：有利于树脂对纤维的浸透和减少纤维 强度损失。过低：导致纤维离析，影响树脂对纤 维的粘附。用加入溶剂调整密度来实现，用密度 控制粘度。酚醛预混料树脂胶液粘度控制在 1.00~1.025g/cm3。
结构收缩：固化过程中缩聚反应产生交联。 一般高强度短纤维模压制品收缩率在0~0.3%。 D、影响收缩的因素 ※原材料的影响 树脂与添加物的种类与含量 ※模具结构和制品形状的影响 不溢式与溢式模具，模具刚度，薄壁制品 ※成型工艺条件 温度制度，压力制度
b、纤维长度 过长易结团，机混法：长度20~40mm，手混法： 长度30~50mm。 c、烘干条件 一般快速固化酚醛型预混料（镁酚醛）烘干温度 为80℃，烘干20~30min。 慢速固化酚醛型预混料（氨酚醛）烘干温度为80℃ 烘干50~70min。 环氧酚醛型预混料的烘干温度为80℃，烘干20~40 min。 d、浸渍时间 在确保纤维均匀浸透情况下，应尽可能缩短时间。
f、撕松的预混料在网格屏上晾臵。 g、80℃烘房中烘20~30min，进一步除去水分和 挥发物。 h、装入塑料袋中备用。 (2)预浸法 a、纤维从导架导出，经集束环经入胶槽浸渍。 b、浸渍后，过割胶辊进入第一、二级烘箱烘干。 第一级温度110~120℃，第二级温度150~160℃。 c、牵引辊牵出、切割。
三个主要工艺参数： 树脂溶液比重，环氧酚醛 (6：4)，d=1.00~1.025 烘箱温度 牵引速度 2、模压料质量控制 模压料呈散乱状态，纤维无一定方向，模压时流 动性好，适合制造形状复杂的小型制品。因此， 控制好质量，对模压特性及制品性能有很大影响。 (1)三项质量控制指标 树脂含量，挥发物含量及不溶性树脂含量。
外部影响因素：
流动度与时间、温度、压力的相互关系。
固化 加热 固化 温度 温度 期及 初期 前期 升高 续升 后
流动 流动 度相 度增 对稳 大 定 流动 度速 降— 交联 流动 度增 大— 塑化 流动 度快 降— 交联
压力 升高
压力 综合 续升 评估 流动 度增 温度 缓— 最重 功耗 要 速增
第四章 模压成型工艺
适合于生产量大、 尺寸要求精确的制品。 的模具由阴、阳模两部 分组成，增强材料一般 为短切纤维毡、连续纤 维毡和织物。
§ 4-1 综 述
1. 定义 将复合材料片材或模 塑料放入金属对模中，在温度 和压力作用下，材料充满模腔， 固化成型，脱模制得产品的方 法。 工艺过程：加热和加压（高压） 物料角度：塑化，流动，固化 三阶段。 模具要求：高强度，高精度， 耐高温。
流动度 增大— 提高剪 切变形， 剪切速 率
Arrhenius方程： η=A • e Hη/RT
解决方法：模压温度Tk，塑化，交联的交 界温度。
内部影响因素：
a、高聚物分子量，链结构，分子量分布 相同温度下：分子量大、链段多，分子链重心难 移——粘度大。 η0=AMw3.4 η0：剪切速率较低时的表观粘度 A：经验常数 Mw：重均分子量 解决方法：低分子量溶剂或增塑剂降低粘度。
辅助真空模压
涂刷脱模剂 预热
装模 制品
模压 检验
脱模 后处理
1）模压料估算
W V (1 )
：制品密度 V：体积 :物料损失系数(3%~5%)
2）工艺参数 A. 温度 装模模具温度：挥发溶剂，模压料不发生明显化学变化; 取决于模压料品种，制品结构和生产效率 （一般为室温~90 ℃） 升温速率：10 ℃/h~ 30 ℃/h 最高模压温度 保温时间 树脂固化温度（温度过低，固化不完全; 温度过高，局部固化，中间固化不良） 固化反应时间，模压料传热时间
2
g/s
加热时间min
b、模压料质量指标与组分 挥发份对流动性影响： 挥发份增加，流动性增加 挥发份过高，成型时树脂大量流失 挥发份过低，流动性下降，成型难
c、增强材料形态、含量 线性好于平面性，短比长好，短长混用。 d、合理的压制制度，模具的结构、形状及光洁 度都会有影响流动性过大的，合模时产生溢料， 局部聚胶、贫胶和纤维分布不均。
方法：制品中尽量不预设孔， 制品固化后在低应力区钻孔。
6)翘曲 原因:制品厚度不均匀或制品形状复杂引起不均匀收缩。
方法:制品尽可能等厚度设计；优化模具设计，降低 模压料流动阻力，使模压料固化均匀。
§ 4-2. 模压料
树脂、增强材料、辅助剂构成模压料的三 大块。 § 4-2-1. 原 料 1、树脂： 酚醛型（镁、氨酚醛，改性聚乙烯醇缩丁 醛），环氧型（634，648，F-46），环氧 酚醛型（也可列为酚醛型），聚酯型。
4)收缩痕 原因: 模压料在筋条或凸台 附近形成树脂富集区，树 脂固化收缩时，在制品表 面产生轻微凹陷。
方法: 模压料添加填料或低收缩剂；在筋条或凸台附 近铺设短纤维模压料；优化模具设计
5)流缝线 原因：两个或两个以上的不 同流动前缘汇集形成单一流动 前缘时，形成流缝线（纤维倾
向于平行于流缝线取向，在垂直于 流缝线方向，制品的强度减弱）。
2、增强材料： 纤维型（玻纤，碳纤，尼龙纤），（形状 有纤维状，短切毡，布或绳） 3、辅助材料： 稀释剂，玻纤表面处理剂，填料，脱模剂 及颜料等。 目的：使模压料具有良好的工艺性和制品 的特殊要求。
(1)稀释剂：丙酮、乙醇（非活性） 用途：降低树脂粘度，改进树脂浸渍性能，有活 性与非活性之分。 (2)表面处理剂：改进树脂与增强材料的粘结及树 脂——纤维界面状态。 种类：对环氧及酚醛模压料，常用的玻纤表面处 理剂有KH-550，用量为纯树脂重量的1%，不宜 过多或过少。 (3)粉状填料：提高模压料的流动性，降低制品收 缩率，提高制品表面的光泽度、质量和均匀性及 赋予制品以某种特殊性能。MoS2可提高制品的 耐磨性。
SMC模压：SMC片材按制品尺寸、形状、 厚度等要求剪裁下料，多层片材叠合加压 而成型。（大面积，多层平面） 预成型坯模压：短切纤维制成与制品形状 和尺寸相似的预成型坯，放入模中，倒入 树脂混合物，压力成型。（大型、深型、 高强、异型、体形、均厚度制品）
按模压成型方式分类：
层压：预浸胶布或毡剪成所需形状，层叠 后放入金属模内，压制成型。 缠绕：预浸的玻纤或布带，缠绕在一定模 型上，加热、加压。（管材）
§ 4-2-2. 模压料的制备
分为预混法和预浸法两种。 1、短切纤维模压料制备 (1)预混法（手混和机混） 工艺流程： 树脂调配 玻璃纤维→热处理→切割→混合→撕松→烘干 →模压料
机混法步骤： a 180℃处理40~60min（350℃处理10~15min）， 除去玻纤表面石蜡浸润剂，残油量<0.3%。 b、切割成30~50mm长度，疏松。 c、按树脂配方配成胶液，用工业酒精调配胶液 密度在1.0g/cm3 d、按纤维：树脂=55：45（质量比）在捏合机内 充分混合 e、捏合的预混料，逐渐加入撕松机撕松。
4.制品缺陷及产生原因 1)空隙 原因: 模压料中的气泡 模压料在装模过程中混入空气 在闭模过程中混入空气 方法: 真空辅助模压、放气充模、预热预成型