SMC的发展及其成型工艺研究
发表时间：2019-08-08T16:07:02.517Z 来源：《知识-力量》2019年9月36期作者：陈厚锟郑小涛
[导读] 介绍了SMC片材的发展过程以及广泛的应用前景，吸引了大批高技术人才对热固性树脂固化工艺的研究，其中最主要的成型工艺有：手糊成型工艺，模压成型工艺，喷射成型工艺，缠绕成型工艺以及热压罐成型工艺；本文主要对模压成型工艺进行了研究，分别阐述了模压温度，模压时间和保温保压的时间在
（武汉工程大学机电工程学院，湖北 武汉 430200）
摘要：介绍了SMC片材的发展过程以及广泛的应用前景，吸引了大批高技术人才对热固性树脂固化工艺的研究，其中最主要的成型工艺有：手糊成型工艺，模压成型工艺，喷射成型工艺，缠绕成型工艺以及热压罐成型工艺；本文主要对模压成型工艺进行了研究，分别阐述了模压温度，模压时间和保温保压的时间在模压成型过程中的影响以及如何加以优化控制才能得到理想的成型制品。
关键词：SMC片材，模压工艺，模压温度，模压时间，保温保压时间
SMC是片状模塑料的简称，是由加有低收缩剂、填料、添加剂等组分的树脂混合料浸渍增加材料后加工而成的片状或板状热固性模塑材料。通常采用在模具内热压的方法使之固化，很容易加工成FRP制品。
自60年代中期，西德拜耳公司在世界上率先推出不饱和聚酯基SMC，利用树脂中含有羧基与氧化镁反应，树脂会变成无粘附性的固体，且在热压条件下容易流动。而用热塑性树脂降低不饱和聚醋树脂收缩性的技术恰好问世，利用这一技术，SMC成为生产率、强度特性、耐热性、表面性能优良的模压材料，迅速进入运输车辆、建筑、电子/电气各个应用领域，并以每年%20--%25的增长率快速增长。目前世界SMC产量涨到全部玻璃钢总产量的%40--%50。
我国是在七十年代开始研究SMC树脂糊、SMC生产与模压工艺，1976年研制成功了第一条SMC机组。SMC主要产品有水箱板、风扇、座椅、电器配件、防爆型灯罩、冷冻鱼盘、拖拉机顶棚，以及汽车的备轮仓等许多制品。现在，在山东德州市及其周边的地区已形成了一些资产上千万的民营玻璃钢企业，对我国的SMC产业贡献巨大，已名副其实地成为中国FRP之乡。2004年SMC产值达到2亿元左右。但在新技术方面尚未取得很大进展，如汽车配件方面，还以小、散、结构简单为主。国外的复合材料产业开始的比较早，发展的也比较快。这里处于领先优势主要是日本和美国，玻璃钢复合材料的日新月异的发展，降低汽车产业的成本，提高了生产效率，反过来也促使玻璃钢被广泛的运用。
1.复合材料成型方法
由于复合材料的迅猛发展以及广阔的应用前景，使得复合材料的成型工艺也越来越趋于成熟，几种熟知的成型工艺方法包括：手糊成型工艺，模压成型工艺，喷射成型工艺，缠绕成型工艺以及热压罐成型工艺。
手糊（也叫裱糊、层贴）成型是以手工业为主成型复合材料制件的方法，其特点是操作简单，易会；生产成本低；能生产大型及复杂的制品；设计性能好且易改变，材料广；结构能制成夹层。缺点是产品质量与工作人员的技术有关，成型周期长；喷射成型是通过喷枪将短切纤维和雾化树脂同时喷射到开模表面，经辊压、固化制取复合材料制件的方法；喷射成型一般将分装在两个罐中的混有引发剂的树脂和促进剂的树脂，由液压泵或压缩空气按比例输送从喷枪两侧（或在喷枪内混合）雾化喷出，同时将玻璃纤维无捻粗纱用切割机切断并由喷枪中心喷出，与树脂一起均匀沉积到模具上。待沉积到一定厚度，用手辊滚压，使纤维浸透树脂、压实并除去气泡，再继续喷射，直至完成坯件制作，最后固化成型。其特点是成本低；半机械操作，比手糊成型效率高；制品整体效果好；损耗低。缺点是制品强度差；污染大；固化不均匀；有气泡；热压罐成型是借助成型袋与模具之间抽真空形成的负压或袋外施加压力，使复合材料坯料紧贴模具，从而固化成型的方法。其特点是仅用一个模具就可以得到形状复杂，尺寸较大、质量较好的制件，也能制造夹层结构件，缺点是花费大、结构不简单；缠绕成型是将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为增强制品的工艺过程；其特点是生产效率高而成本低，产品准确度高且质量稳定，生产是自动化生产；缺点是投资大且技术要求严，适应性低，表面有凹陷的制品不能缠绕；模压成型是将裁好的片材放在一定温度的模具中，在一定的压力下成型的过程。其特点是效率高；成品美观、尺寸准确重复性好；价格低、易用机械化和自动化；可一次成型；缺点是成本高；只适合中小型制品。
2.模压成型工艺
由上文介绍可知，模压成型的工艺是热固性树脂在一定的温度和压力下固化成型，所以模压制品是否能够很好的成型以及成型制品的质量在很大程度上受到模压温度，模压压力和保温保压时间的影响。
2.1模压温度
模压成型过程中预浸料的流动，充模，固化反应速度都与温度有着密切关系，而且温度在模压成型过程中起着十分重要的作用，它影响着树脂基体的交联程度和复合材料制品的最终性能。温度使复合材料的粘度和流动性都发生了较大的变化，使聚合物松弛，即粘度降低，流动性增加；同样也会使复合材料发生交联反应，即粘度增加，流动性增加。反应刚开始时，温度升高使预浸料逐渐熔融，粘度由大减小，随着反应的继续进行，复合材料发生交联反应，此时，粘度开始增加，流动性降低。随着工装模具温度逐渐传至预浸料，预浸料的温度不断升高，交联反应的速度也会增大。实践表明，升高模温可以加速固化温度，缩短固化时间，但过高温度会使预浸料由于固化速度太快使其流动性迅速降低而引起充模不满，特别是大型薄壁，形状复杂的复合材料制品，温度过高时，制品外层固化比内层固化快的多，致使内层挥发物难以排除，从而使制品物理和力学性能降低，还会使制品产生缺隙和变形。当固化温度过低时，固化温度慢，会出现固化度低等现象。
结论1：模压温度根据成型制品的复杂程度和质量大小，不可设计的过高或者过低。
2.2模压压力
模压压力可以加速预浸料在模腔内的流动，增加密度，克服树脂基体缩聚反应时放出的低分子物产生的压力，避免出现肿胀，脱层等现象，同时模压压力也可使工装模具闭合，制品具有固定尺寸和防止冷却时发生变形等作用。模压压力可用理论公式计算，模压压力的大小取决于预浸料的种类，制品形状及预浸料的状态。假设预浸料的流动性越小，固化速度越快以及压缩率越大，则所需的模压压力也越大。反之，所需的模压压力也就越小。在模压制品成型过程中，温度和压力是相互关联的，提高模具温度，可增加预浸料的流动性。如在模压开始到流动性最大这段时间降低成型压力也可以增加预浸料的流动性。
2.3模压时间
模压时间是固化过程所需要的时间，指预浸料放入工装模具中开始升温，加压至完全固化的这段时间。模压时间与预浸料的类型，挥发物含量，制品形状，厚度，工装模具结构，模压温度，压力等因素有关。模压时间的长短对制品性能影响甚大，模压时间太短，固化不完全，制品物理和力学性能低，表面粗糙度差，制品易出现变形，模压时间增加可降低制品收缩率和变形，但应注意模压时间过长，树脂交联过度，制品内应力会增加，因此应选择适当的模压时间。
3.结论
（1）市场上SMC片材的发展应用仍呈上升趋势，而我国生产高质量片材的能力与发达国家仍有很大的差距；
（2）各种成型工艺优缺点是并存的，选择适当的成型工艺更有利于得到理想的成型制品，实现经济效益的最大化；
（3）在不损害制品强度和性能指标的前提下，应适当提高模压温度和模压压力，过低会使交联反应难以充分进行，从而使制品强度不高，外观无光泽，适当的保温时间有利于制品成型且节约能耗。参考文献
1]陈元芳,李小平,宫敬禹.SMC模压成型工艺参数对成型质量的影响[J].工程塑料应用,2009,37(04):39-41.
2]付恒,陈玉廷.SMC的现状与发展[J].纤维复合材料,2005(03):58-60.