SMC模壓工藝參數對大型復雜車用產品表面針眼影響的研究

玄武

SMC模壓工藝參數對大型復雜車用產品表面針眼影響的研究

宋修宮1，孫巍2，王繼輝1

(1.武漢理工大學，武漢   430070；2.北京汽車玻璃鋼總公司，北京   102101)

    摘要：本文對大型復雜車用產品，主要研究了改變加料方式、預壓時間以及加壓壓力對該產品表面針眼的影響，考察針眼隨上述工藝參數的變化規律，并探討了針眼的成因。

    關鍵字：SMC；針眼；鋪料方式；預壓時間；加壓壓力

1 前 言

    片狀模塑料(SMC)的發展是玻璃鋼（FRP）工業40 多年來的突出成就之一[1]，由于它具有原料成本低、生產率高、產品質量穩定可靠、對環境污染小、可機械化自動化生產等優點，因此在汽車交通、建筑、船舶、電氣、化工等領域得到了廣泛地應用。在歐美發達國家，SMC產品的年增率在FRP工業產品中一直位于前列。

    但SMC工藝制品存在諸如針眼、纖維外露、收縮痕、取向明顯等缺陷，對于表面質量要求高的制件（如汽車車身），表面波紋、針眼、流痕線等缺陷是不可接受的。因此，必須考慮通過改進生產工藝，把缺陷降低到最低限度，得到高質量表面的產品，以滿足人們的需求。

    在實際產品的壓制過程中，針眼是不可避免的，但針眼的大量存在將給產品表面質量帶來很多問題，同時給二次加工帶來很大麻煩。如何通過改變工藝參數，在保證產品性能的情況下，使產品綜合缺陷降到最低限度，仍然是SMC模壓工藝值得深入探討的一個問題。

2  試驗部分

    試驗中采用的片狀模塑料由北京汽車玻璃鋼制品總公司提供，生產期為2d；液壓機為FSY1500-300-200，太原重型機械有限公司制造。

    試驗采用了汽車車身部件，形狀如圖1（圖略）所示，在試驗過程中，為了便于數據統計，將產品分為11個區，本試驗主要研究4－11區。試驗中主要調整的方面有：一是調整加料方式，二是改變預壓時間，三是改變加壓壓力。

    試驗產品的長寬分別為2000mm、450mm，因為產品具有一定的傾斜度，因此，片材主要鋪放在5、6區，這樣會有利于流體的流動。

    調整加料方式：將片材的長、寬及層數分別按以下的尺寸進行裁剪。方案如下：

1、1800mm（長）×320mm（寬）×2P(層)；

2、1600mm×350mm×2P；

3、1700mm×320mm×2P+800mm×320mm×1P；

4、1140mm×280mm×4P，以中部對接的方式置于模具上；

5、1750mm×280mm×2P+1140mm×280mm×1P；

6、1750mm×280mm×2P+1140mm×280mm×1P，但在片材中部切開一條約600mm的縫。

    改變預壓時間：

7、按照方案6的方式進行鋪料，預壓時間分別調整為5s(秒)、10s、15s、20s。

    調整加壓壓力：

8、按照方案6的方式進行鋪料，加壓壓力分別調至600T（噸）、800T、1000T、1200T、1400T。

3  結果與討論

3.1 鋪料方式對針眼的影響[2]

    SMC在模具內的流動行為較為復雜，是決定模壓件質量的最重要因素之一。它不僅決定了坯料在模腔內的填充程度，而且還影響著模壓件的纖維取向、纖維分布、空隙率及表面缺陷[3]。既然鋪料方式是影響流動行為的直接原因之一，有必要對其進行研究。

    試驗統計結果如圖2、3（圖略）所示，可以看到，隨著鋪料方式的優化，針眼的數量呈明顯減少的趨勢。

    由圖2可知：方案1和2采用了兩層料，流程過短導致形成回流，導致5、6區針眼的數量明顯高于其他的方案。這是因為當坯料和模具表面接觸時，模具溫度較高，SMC表面層的粘度快速下降，較熱的表面層快速移到邊緣，固化反應是從邊緣開始并向坯料中心移動，而不是在整個樣品內同時發生。通過增加局部鋪層，針眼呈現減少趨勢。在方案6中增加了一道縫，這將有助于排除層間的空氣，與原來相比，針眼明顯減少。由此可見，采用塔式結構的鋪層可明顯減少針眼，但是過分追求塔式結構的鋪層將導致力學性能下降。因此，在開發產品時應該選擇合適的鋪料方式及鋪層面積，在減少針眼的同時，還應考慮產品的力學性能。對于力學性能要求不高的制品，采用塔式結構可以明顯地減少針眼，提高產品表面質量。

3.2預壓時間對針眼的影響

    由表1可看出預壓時間對針眼的影響。如果加壓過早，樹脂流動過快，會截留揮發物質，針眼較多，并降低工件強度；預壓時間過長會使SMC預固化，導致流動性較差，時間太長可能導致樹脂流動緩慢，不利于排氣，針眼又會增多。

表1  預壓時間對4-11區針眼的影響

預壓時間/s
5
10
15
20

4~11區的針眼數/個
27
21
30
36


    由于熱固性樹脂的交聯機理非常復雜，化學動力學與物理性質變化之間存在著相互作用，SMC在型腔內要發生復雜的化學反應。SMC的固化機理是苯乙烯單體和不飽和聚酯分子間的自由基共聚反應，達到一定溫度后，即開始發生反應，但并不是在整個制件中同時發生，因為表面層的溫度高，先從表面開始，這樣將導致預固化，影響了SMC的流動性。預壓時間越長，預固化越明顯，針眼的數量也就越多。因此，選擇的預壓時間應在預固化前。

    溫度對樹脂的粘度主要有兩方面的影響：一方面由于溫度升高，分子運動活性增大，粘度下降；另一方面由于固化反應形成交聯網絡，限制分子的運動而使粘度升高[4]。在固化交聯反應發生前的最高溫度時刻，粘度降至最低，溫度再升高，固化交聯反應使粘度迅速上升，最終成為固態。選擇預壓時間應該選擇在粘度最低的時刻，這樣有利于樹脂的充分流動，很快填滿整個型腔，不會導致預固化。

3.3 加壓壓力對針眼的影響

    加壓壓力對針眼的影響如表2所示，可以看出，壓力的改變對針眼沒有特別明顯的影響。如果壓力過低，SMC不能夠填滿整個型腔，將導致制品成型困難，缺陷十分明顯；達到了成型壓力后，針眼的數量隨壓力的增大無明顯變化，但隨著壓力的逐步增大，產品的力學性能將得到進一步提高，可滿足實際應用的要求。

表2  加壓壓力對4-11區針眼的影響

加壓壓力/t
600
800
1000
1200
1400

4-11區的針眼數/個
13
10
11
9
10


4  結 論

    從試驗中可以得到：

（1）優化鋪料方式，選擇增加局部鋪層的塔式結構，選擇適當的流程，愈有利于排氣，針眼越少。

（2）盡管加壓時間越長越利于排氣，但SMC會預固化，導致流動性較差，針眼也越多。因此，預壓時間應該選擇為預固化前粘度最低的時刻。

（3）在SMC片材工藝性能穩定并達到一定的成型壓力后，針眼隨壓力的增大無明顯的變化，但增加壓力有利于提高產品的性能。


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    參考文獻

[1] 謝懷勤．SMC模壓工藝參數對固化收縮率影響的試驗研究[J]．哈爾濱建筑大學學報，2001，34(3) ，1-3．

[2] 黃家康．聚酯模塑料生產與成型技術[M]．北京：化學工業出版社，2002，76-91．

[3] 陳祥寶，包建文，婁葵陽．樹脂基復合材料制造技術[M]．北京：化學工業出版社，2000，50．

[4] R S.戴夫，A．C．盧斯編著．方征平，沈烈譯．高分子復合材料加工工程[M]．北京：化學工業出版社，2004，37-45．

  gqgmzhang 發表于 2009-01-03 17:00