1、SMC片狀模塑料的研究工藝性及基本問題的分析對策前言片狀模塑料(簡稱SMC)是由不飽和聚酯樹脂、低收縮添加劑、填料、固化劑、增稠劑、脫模劑和玻璃纖維等組成的一種干片狀的預(yù)浸料，它具有收縮率低、強(qiáng)度高、成型方便等特點，特別適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。隨著國內(nèi)SMC生產(chǎn)制造技術(shù)、模壓成型技術(shù)的不斷提高，模具成本的降低、政府對工作環(huán)境等要求的提高，原來許多由手糊、噴射等工藝進(jìn)行成型的產(chǎn)品，固化時間長、生產(chǎn)效率低、勞動力大、對環(huán)境有污染， 開始逐步使用SMC模壓成型工藝。國內(nèi)SMC已廣泛應(yīng)用于電器工業(yè)，如開關(guān)柜外殼、滅弧片、隔護(hù)板等；用于汽車、拖拉機(jī)駕駛室外殼，火車車廂窗框、坐禱；建筑用設(shè)施，如浴盆、凈化槽

2、等。目前國內(nèi)SMC模塑料的生產(chǎn)廠家很多，但是大部分廠家生產(chǎn)的SMC片材寬度僅為0.6米,生產(chǎn)SMC片材3KG/米,生產(chǎn)能力6噸/8小時,（1米寬SMC片材為5KG/米，生產(chǎn)能力10噸/8H）。并且當(dāng)模壓大面積制品時,由于片材鋪層面積不夠,使片材流程加長,產(chǎn)生纖維取向收縮,造成表面波紋;嚴(yán)重時會進(jìn)入空氣,使制品截面出現(xiàn)氣孔和對結(jié)線。這就需要生產(chǎn)大寬幅的SMC片材。SMC片材由0.6米寬增加到1米，每米的玻纖含量由0.6公斤就增加到了1公斤。如何浸潤好這些增加近一倍的玻璃纖維，做到增稠控制一致性，就成為了該課題的技術(shù)關(guān)鍵。如果片材很硬，常常導(dǎo)致壓制時的流動性不好；太軟，工人在操作時粘手，外表面的薄

3、膜上也粘滿了樹脂，不僅增加了操作上的不便，而且壓制的成型品易出現(xiàn)氣泡等缺陷，局部位置強(qiáng)度差，制品容易開裂。理想的增稠曲線如下：圖1 理想的增稠曲線1)初期浸漬階段，樹脂增稠要足夠緩慢，保證玻纖良好的浸漬。一般要求半小時內(nèi)粘度不超過6萬厘泊。2)增稠階段速度要足夠快，能夠盡快進(jìn)入模壓操作。即樹脂糊粘度大于1500萬厘泊。3)模壓料達(dá)到模壓粘度時，粘度保持平穩(wěn)，有較長的貯存壽命。做好增稠粘度的控制，可以帶來以下優(yōu)點：1)SMC片材表面不粘手，易于操作；2)SMC成型時，玻璃纖維能夠流向成型品的所有部分，保證成型品各部分物理、化學(xué)性能的穩(wěn)定；3)使成型品具有好的外觀。當(dāng)前，國家非常重視民用電器產(chǎn)品的

4、防火安全問題 所以，研究SMC配方及工藝，制定和控制增稠曲線，生產(chǎn)合格的1.0米寬阻燃SMC片材，是當(dāng)前比較熱門的課題。2.實驗部分2.1 主要原材料 SMC的組成比較復(fù)雜，使用的原材料多達(dá)十多種，每種原材料的種類、性能、質(zhì)量及其相互配比對SMC的生產(chǎn)工藝，成型工藝及最終制品的性能、價格都有很大影響。常用原材料見表1。表1 SMC生產(chǎn)用原材料2.2 主要實驗設(shè)備SMC生產(chǎn)機(jī)組、高速分散機(jī)、BROOKFEILD粘度計、電子萬能力學(xué)實驗機(jī)、沖擊實驗機(jī)、200T模壓壓機(jī)及樣條模具、樹脂生產(chǎn)用制氮機(jī)和空壓機(jī)。2.3 SMC生產(chǎn)工藝 1)生產(chǎn)阻燃SMC配方表2 SMC生產(chǎn)用原材料2) SMC生產(chǎn)設(shè)備SM

5、C 生產(chǎn)設(shè)備分二部分：一是配制樹脂糊設(shè)備， 一般使用立式高速分散機(jī)；二是SMC復(fù)臺機(jī)，工藝流程如下圖所示。圖2 SMC生產(chǎn)工藝流程圖3 SMC成型過程示意圖2.4 料脂糊制備1)樹脂、低收縮劑和引發(fā)劑，在低剪切力下混合攪拌均勻。2)脫模劑和填料混合到溫度達(dá)到32-37時為止。3)加入增稠劑MgO混合一分鐘后，將樹脂糊送到SMC機(jī)組刮料槽內(nèi)。2.5 SMC復(fù)合將制好的樹脂糊加入上下兩個樹脂糊槽中，開動復(fù)合機(jī)，下薄膜放卷，經(jīng)下樹脂刮刀后，薄膜被均勻地涂敷上一定厚度的樹脂糊。當(dāng)其經(jīng)過纖維沉降區(qū)時，粗紗經(jīng)切割后均勻地沉降其上。短切無捻粗紗長度為25mm，玻纖含量23%。承按了短玻璃纖維的薄膜， 在復(fù)合

6、輥處與以同樣方式涂敷樹脂糊的上薄膜復(fù)合，將玻纖夾在中間，形成夾層結(jié)構(gòu)。夾層在浸漬區(qū)受到一系列壓輥的滾壓作用，使樹脂糊浸透纖維。最后由收卷裝置收集成卷。2.6 SMC 增稠送往熟化間增稠，直至不粘手，可剪裁、稱量及模塑為止。通常采用加速增稠。加速增稠一般可在帶有鼓風(fēng)設(shè)備的熟化室內(nèi)進(jìn)行。加速增稠， 溫度為3540 ，時間約10小時。但最后還應(yīng)以增稠曲線判定增稠的程度和結(jié)果。2.7樣條模壓用60T壓機(jī)，模溫為155，保壓壓力為15Mpa，保壓時間為120s的條件下壓制：100X3的圓形試片15塊，用于顏色、外觀、收縮率、電氣強(qiáng)度的測試；120X(100.2)X（40.2）試片用于沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的

7、測試。樣條冷卻24H后，方可進(jìn)行檢測。3.SMC技術(shù)指標(biāo)阻燃SMC技術(shù)指標(biāo)如下：表3 SMC生產(chǎn)用原材料4.實驗與討論1)前期增稠速度的控制：初始粘度控制采用丙烯酸丁酯-丙烯酸共聚物作為潤濕分散劑增稠速度選用合適酸值的樹脂控制最終模壓粘度選用以色列進(jìn)口MgO控制2)采用做正交表L9(34) ,對SMC配方進(jìn)行優(yōu)化3)研究水含量對SMC增稠的不良影響按基本配方，配制SMC樹脂糊，根據(jù)具體要求進(jìn)行相關(guān)測試。1)粘度采用BROOKFIELD粘度計測定2)水分含量用卡爾一費休爾法測定儀4.1 起始樹脂糊粘度的控制填料選用阻燃特性的Al(OH)3，在火焰下吸收熱量釋放結(jié)合水而產(chǎn)生自熄作用。并能改善制品耐

8、水性，電絕緣性和防止聚合物裂解。 但是，Al(OH)3比重大，吸油量多，加入到UP樹脂中，如果不能被樹脂很好的潤濕分散，即會給體系帶來如下問題：1)體系產(chǎn)生高粘度，直接影響玻纖的浸潤2)無法潤濕，出現(xiàn)干點3)幾分鐘后會絮凝甚至沉降分層根據(jù)DLVO理論，填料相互接近絮凝，是因為填料分子相互吸引的范德華力。如果能將一種帶相同電荷和側(cè)長鏈的分散劑分子吸附包裹在填料分子表面，就能使填料分子間產(chǎn)生靜電排斥作用及空間位阻作用，抵消范德華力拉大分子間距離，有效起到解團(tuán)聚作用。為此，我們特別選擇了丙烯酸丁酯-丙烯酸共聚物作為潤濕分散劑。聚丙烯酸已被證明在粉體表面吸附并產(chǎn)生較強(qiáng)的靜電排斥，而丙烯酸丁酯的柔性非常

9、好，其分子鏈在顆粒間產(chǎn)生空間位阻。表4 不同潤濕分散劑添加量對樹脂糊初期粘度的影響圖4 不同潤濕分散劑添加量對樹脂糊初期粘度的影響從上表可知，當(dāng)填料全部選用有阻燃效果的Al(OH)3時，樹脂糊的初始粘度比較高（26000厘泊），不利于玻璃纖維的浸漬。通過加入偶聯(lián)劑，可有效降低樹脂糊粘度。但當(dāng)添加量超過0.15%時，效果不明顯，說明碳酸鈣粒子表面對分散劑吸附已趨于飽和。4.2 不飽和聚酯樹脂酸值對增稠過程的影響不飽和聚酯樹脂是關(guān)鍵，最根本的因素包括酸值、水分等。其中水分的影響我們將在下面進(jìn)行討論，這里我們選擇酸值不同的幾種不飽和聚酯樹脂進(jìn)行比較。表5 不同酸值的不飽和聚酯樹脂(同一類型)對增稠的

10、影響圖5 不同酸值的不飽和聚酯樹脂(同一類型)對增稠的影響從增稠速度上來看，基本上是按酸值越大，增稠越快，即PS-520 P701 P801的順序進(jìn)行的。為了保證初期玻璃纖維的充分浸漬（初期粘度8800），以及熟化后最終能達(dá)到模壓的粘度（終點粘度164e5），選用酸值適中的P801為SMC專用樹脂。4.3終點模壓粘度的控制以往的SMC增稠選用氫氧化物增稠，增稠時間需要1星期。根據(jù)增稠機(jī)理，我們選用高活性以色列進(jìn)口MgO，增稠只需10H，大大縮短熟化時間，同時用量也比前者少。增稠機(jī)理：兩個階段 先成鹽反應(yīng)，然后配位絡(luò)合反應(yīng)第一階段 金屬氧化物與聚酯端基COOH進(jìn)行酸堿反應(yīng)，生成堿式鹽。第二階段

11、堿式鹽與聚酯分子中的酯基(氧原子)以配位鍵形成絡(luò)合物表6不同氧化鎂含量對增稠穩(wěn)定的影響表6不同氧化鎂含量對增稠穩(wěn)定的影響0.5%的Ca(OH)2 在10天左右粘度可以到達(dá)1500萬厘泊，但后期仍處于粘度上升階段，增稠不穩(wěn)定，不利于此時進(jìn)行模壓。選用MgO進(jìn)行增稠，前期增稠速度快，后期因為反應(yīng)完全粘度容易趨于穩(wěn)定，并且當(dāng)MgO用量為0.3%時，可以做到熟化10H粘度達(dá)到1500萬，實現(xiàn)1天內(nèi)生產(chǎn)，1天內(nèi)成型。不過，MgO用量的稍微變化，對粘度的影響很大。當(dāng)用量為0.2%時，片材熟化達(dá)不到模壓要求。當(dāng)用量為0.4%時，樹脂糊增稠太快，不利于玻璃纖維的浸漬，甚至最終太硬不能模壓。因此生產(chǎn)時因嚴(yán)格控制

12、稱量MgO,這點比Ca(OH)2麻煩。4.4SMC 配方的優(yōu)化以SMC模壓樣條的收縮率（間接表示光澤度）和沖擊強(qiáng)度為參考值優(yōu)化配方，做正交表L9(34)，如下： 表7 不同用量MgO對增稠影響以上數(shù)據(jù)均為質(zhì)量百分比，玻璃纖維含量為23%由正交表可以看到，以收縮率（光澤度）為參考值優(yōu)化配方為：表8 以收縮率為參考的配方由表可知，影響SMC收縮率的最主要因素是LSA 。圖7 LSA對收縮率的影響隨著LSA值的增大，SMC收縮率總和的值也隨之減少，且趨勢明顯。這是由于片狀模塑料在模壓溫度升高后熱塑性LSA在UP樹脂中熱膨脹，部分彌補(bǔ)了由于樹脂固化收縮的原因。另外，模壓溫度越高，LSA膨脹越大，也對收

13、縮率有影響。以沖擊強(qiáng)度為參考值優(yōu)化配方為：表9 以沖擊強(qiáng)度為參考的配方圖8 模壓溫度對沖擊強(qiáng)度的影響140-150階段，沖擊強(qiáng)度模壓溫度的升高而增大。說明固化約完全，強(qiáng)度越大。但從150-160，沖擊強(qiáng)度開始下降，可能是因為過多熱量集中在制品內(nèi)部，冷卻后UP與LSA界面間形成空的微孔，造成收縮內(nèi)應(yīng)力的緣故。綜合兩組配方，得到優(yōu)化配方表10 優(yōu)化后配方根據(jù)以上配方，在155模壓溫度，保溫時間3min，壓力15 MPa下壓制樣條，測得其收縮率0.14%，沖擊強(qiáng)度為100MPa.45 水分對增稠的影響按配方配制樹脂混合物，通過卡爾-費休水含量測定儀、添加適量的水來調(diào)整混合物的水分含量。表11 優(yōu)化后

14、配方圖9 水含量對初期增稠影響圖10 水含量對增稠后期的影響當(dāng)水分含量增加到0.2%，初期增稠的速度快，不利于玻璃纖維的浸潤；并且最終增稠粘度卻下降，導(dǎo)致模壓時樹脂混合物與玻璃纖維的離析而影響產(chǎn)品的最終質(zhì)量。所以，含水量要控制在0.15以內(nèi)。5 結(jié)論（1）生產(chǎn)SMC片材，對樹脂糊的粘度控制很重要。（2）采用正交實驗法對配方進(jìn)行優(yōu)化，制得合格的阻燃SMC片材。（3）模壓溫度建議在155，制品的表面光澤度和沖擊強(qiáng)度最佳。（4）含水量的控制必須在0.15%。 SMC/BMC模壓成型過程中要重點注意控制好“3個點”，即3個主要工藝參數(shù)：模壓溫度、模壓壓力和模壓時間。一、 模壓溫度 模壓溫度是模壓成型時

15、所規(guī)定的模具溫度，這一工藝參數(shù)確定了模具向模腔內(nèi)物料的傳熱條件，對物料的熔融、流動和固化進(jìn)程有決定性的影響。SMC/BMC模塑料在模壓過程中的溫度變化情況較復(fù)雜，由于塑料是熱的不良導(dǎo)體，物料中心和邊緣在成型的開始階段溫差較大，這將導(dǎo)致固化交聯(lián)反應(yīng)在物料的內(nèi)外層不是同時開始。表層料由于受熱早先固化而形成硬的殼層，而內(nèi)層料在稍后的固化收縮因受到外部硬殼層的限制，致使模壓制品的表層內(nèi)常存有殘余壓應(yīng)力，而內(nèi)層則帶有殘余拉應(yīng)力，殘余應(yīng)力的存在會引起制品翹曲、開裂和強(qiáng)度下降。因此采取措施盡力減小模腔內(nèi)物料的內(nèi)外溫差，消除不均勻固化是獲得高質(zhì)量制品的重要條件之一。SMC/BMC模塑料的模壓溫度取決于固化體系

16、的放熱峰溫度和固化速率，通常取固化峰溫度稍低一點的溫度范圍為其固化溫度范圍，一般約為135170并通過試驗來確定；固化速率快的體系取偏低點的溫度，固化速率慢的體系取偏高些的溫度。成型薄壁制品時取溫度范圍的上限，成型厚壁制品可取溫度范圍的下限，但成型深度很大的薄壁制品時，由于流程長為防止流動過程中物料固化，也應(yīng)取溫度范圍的下限。在不損害制品強(qiáng)度和其他性能指標(biāo)的前提下，適當(dāng)提高模壓溫度，對縮短成型周期和提高制品質(zhì)量都有利。模壓溫度過低不僅熔融后的物料黏度高、流動性差，而且由于交聯(lián)反應(yīng)難于充分進(jìn)行，從而使制品強(qiáng)度不高，外觀無光澤，脫模時出現(xiàn)粘模和頂出變形。 二、模壓壓力 模壓壓力通常用模壓壓強(qiáng)(MP

17、a)來表示，即玻璃鋼液壓機(jī)施加在模具上的總力與模具型腔在施壓方向上的投影面積之比。模壓壓力在模壓成型過程中的作用，是使模具緊密閉合并使物料增密，以及促進(jìn)熔料流動和平衡模腔內(nèi)低分子物揮發(fā)所產(chǎn)生的壓力。壓縮率大的模壓料，由于使其增密時要消耗較多的能量，因而成型時需用較高的模壓壓強(qiáng)，故模壓散狀料比模壓料坯的壓力高，而SMC/BMC模壓料又比模壓粉狀料的壓力高。模壓熔融粘度高、交聯(lián)速率快的物料，以及加工形狀復(fù)雜、壁薄、深度或面積大的制品時，由于需要克服較大的流動阻力才能使模腔填滿，因而需要采用較高的模壓壓力。高的模壓溫度因會使交聯(lián)反應(yīng)加速，從而導(dǎo)致熔料黏度迅速增高，故需用高的模壓壓力與之配合。高的模壓

18、壓力雖有使制品密度增大，成型收縮率降低，促使快速流動充模，克服腫脹和防止氣孔出現(xiàn)等一系列優(yōu)點。但模壓壓力過大會降低模具使用壽命、增加液壓機(jī)功率消耗、增大制品內(nèi)殘余應(yīng)力。因此加工熱固性塑料模壓制品時，多采用預(yù)壓、預(yù)熱、適當(dāng)提高模壓溫度等，以避免采用高的模壓壓力。若不適當(dāng)?shù)奶岣哳A(yù)熱溫度或延長預(yù)熱時間則致使在預(yù)熱過程中已部分固化流動性降低，不僅不能降低模壓壓力反而要用更高的模壓壓力來保證物料填滿模腔。三、模壓時間 模壓時間也稱壓縮模塑保溫保壓時間。是指模具完全閉合后或最后一次放氣閉模后，到模具開啟之間，物料在模內(nèi)受熱固化的時間。模壓時間在成型過程中的作用主要是使獲得模腔形狀的成型物有足夠的時間完成固

19、化。固化是指熱固性塑料成型時體型結(jié)構(gòu)的形成過程，從化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)來看固化過程就是交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行的過程。但工藝上的“固化完全”并不意味著交聯(lián)反應(yīng)已進(jìn)行到底，即所有可參加交聯(lián)的活性基團(tuán)已全部參加反應(yīng)。這一術(shù)語在工藝上是指交聯(lián)反應(yīng)已進(jìn)行到合適的程度，制品的綜合物理力學(xué)性能或其他特別指定的性能已達(dá)到預(yù)期的指標(biāo)。顯然，制品的交聯(lián)度不可能達(dá)到100，而固化程度卻可以超過100，通常將交聯(lián)超過完全固化所要求程度的現(xiàn)象稱為“過熟”，反之稱為“欠熟”。模壓時間的確定與SMC/BMC模塑料的固化速率，制品的形狀和壁厚、模具的結(jié)構(gòu)、模壓溫度和模壓壓力的高低，以及預(yù)壓、預(yù)熱和成型時是否排氣等多方面的因素有關(guān)，在所有這些

20、因素中以模壓溫度、制品壁厚和預(yù)熱條件對模壓時間的影響最為顯著。合適的預(yù)熱條件由于可加快物料在模腔內(nèi)的升溫過程和填滿模腔的過程，因而有利于縮短模壓時間，提高模壓溫度時模壓時間隨之縮短而增大制品壁的厚度則要相應(yīng)延長模壓時間。在模壓溫度和模壓壓力一定時模壓時間就成為決定制品性能的關(guān)鍵因素，模壓時間過短樹脂無法固化完全、制品欠熟因而力學(xué)性能差，外觀缺乏光澤，脫模后易出現(xiàn)翹曲和變形等。適當(dāng)延長模壓時間不僅可克服以上的缺點，還可使制品的成型收縮率減小并使其耐熱性、強(qiáng)度性能和電絕緣性能等均有所提高。但過分地延長模壓時間又會使制品過熟，不僅生產(chǎn)效率降低、能耗增大而且會因過度交聯(lián)使收縮率增加，導(dǎo)致樹脂與填料間產(chǎn)

21、生較大的內(nèi)應(yīng)力；也常常使制品表面發(fā)暗起泡，嚴(yán)重時會出現(xiàn)制品破裂。SMC模壓工藝中常見質(zhì)量問題分析及對策SMC材料模壓工藝是玻璃鋼/復(fù)合材料成型工藝中生產(chǎn)效率最高的一種。SMC模壓工藝有很多優(yōu)點，例如：制品尺寸準(zhǔn)確、表面光潔、制品外觀及尺寸重復(fù)性好、復(fù)雜結(jié)構(gòu)也可一次成型、二次加工無需損傷制品等。但在SMC模壓生產(chǎn)過程中也會出現(xiàn)不良缺陷現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 問題一：缺料 缺料是指SMC模壓成型件沒完全充滿，其產(chǎn)生部位多集中在SMC制品的邊緣，尤其是邊角的根部和頂部。 原因分析： 1、放料量少；2、SMC材料流動性差；3、設(shè)備壓力不充足；4、固化太快。 產(chǎn)生機(jī)理及對策： 1、SMC材料受熱塑化后，熔融粘度大，在交聯(lián)固化反應(yīng)完成前，沒有足夠的時間、壓力、和體積使融體充滿模腔。 2、SMC模壓料存放時間過長，苯乙烯揮發(fā)過多，造成SMC模壓料的流動性能明顯降低。 3、樹脂糊未浸透纖維。成型時樹脂糊不能帶動纖維流動而造成缺料。由上述原因所引起的缺料，最直接的解決方法是切料時剔除這些模壓料。 4、加料量不足引起缺料。解決方法是適當(dāng)增大加料量。 5、模壓料中裹有過多