玻璃鋼製品模壓成型工藝技術介紹

玻璃鋼製品模壓成型的工藝技術是將熱固性塑料的模壓料放在已經加熱到指定溫度的模具中加壓,使物料熔融流動並能均勻地充滿模腔,經過一定時間固化成型,然後將模壓製品取出,再進行必要的輔助加工,即得所需產品。

目前模壓的玻璃鋼製品，成型前種類有SMC、BMC、DMC、ZMC、IMC、HMC、GMT等多種形態和形式。雖然它們所需要求的性能、類型、模壓料組成、形態各不相同，但它們的模壓原理和工藝過程是基本相同的。下面對玻璃鋼製品模壓成型的總體要求；模壓料的成型工藝特性；模壓成型方法種類；模壓成型工藝過程；模壓成型工藝條件；模壓成型中易出現的問題；及恆力液壓機模壓成型中的主要解決辦法向大家作一簡要介紹。

第一、玻璃鋼製品模壓成型的總體要求：

玻璃鋼製品模壓成型的總體要求：分基本要求和功能性要求兩大塊。

基本要求有四點：１、強度；--為製品的功能。２、密度；--為製品的壽命。３、精度；--為製品要求。４、光潔度：--為製品的美觀。

功能性要求有許多：主要有：１、絕緣性能；２、絕熱性能；３、防火性能；４、抗腐蝕性能；５、抗菌性能；６、防老化性能；７、消磁性能；８、吸波隱形性能；９、防紫外線性能；十超強防彈性能等等。

正因為玻璃鋼高分子複合材料製品有了這麼多的功能和性能，才使得模壓成型的傳統工藝技術一直能夠保持持續快速的發展。特別是近年來隨著科學技術的進步，新工藝、新材料、新技術、新裝備不斷湧現，使模壓成型製品的範圍不斷擴大，應用的領域越來越廣泛，特別是SMC、BMC、GMT材料的壓製成型製品的快速發展更令人取得矚目的成就，他給我們玻璃鋼模壓行業富有了朝氣並具有了廣闊的應用前景。

第二、模壓料的成型工藝特性

熱固性塑料的模壓成型過程是一個兼有物理和化學的變化過程（熱塑性塑料只有物理變化過程），模壓料的成型工藝性能對成型工藝條件的控制和製品質量的提高有很重要的意義。模塑料的成型工藝性能主要指流動性、固化速率、收縮率和壓縮比。

一、流動性

流動性是指模塑料在一定溫度和壓力作用下的流動能力。它反映了模塑料在指定溫度和壓力下能夠充滿模具型腔的能力，並且保證得到均勻緻密的製品。在模壓成型中，模塑料能否模壓成一定形狀的製品，主要取決於物料的流動性。

在模壓成型過程中熱塑性樹脂和熱固性塑料的流動性有較大差異。熱塑性塑料通過熱達到黏流態後開始流動，並在壓力作用下充滿型腔，成型過程中流動性不發生實質性的變化。對於熱固性塑料，通過加熱可以使物料熔融降低黏度，在壓力作用下發生流動，充模成型。但是與此同時會使塑料分子上的活性基因發生交聯反應，導致黏度升高而影響流動性。交聯反應放出的熱量導致物料溫度升高並加速交聯固化，從而引起物料黏度急劇增加，流動性迅速下降。

在確定模壓成型工藝條件和模具設計中必須充分注意模塑料的流動性。不同模壓製品驛流動性有不同的要求，流動性適當的物料可以在較低的成型溫度和壓力下製出複雜的製品。物料流動性不宜過小，否則會導致物料溢出模腔大量流失，不僅浪費原材料，而且制件上會出現凹痕，物料在型腔內填塞不緊等缺陷。而流動性差的物料則必須相應提高成型溫度、增加成型壓力，成型較複雜的製品也比較困難。所以形狀複雜或大型製品要求模塑料應有較好的流動性。

影響物料流動性的因素有很多，主要有以下幾方面。

（1）樹脂的相對分子質量及其分佈在相同溫度下，相對分子質量愈大，大分子鏈重心相對移動愈困難，黏度愈大，流動性差，對加工成型不利，所以生產中常採用加入低分子物質（增塑劑）的方法來降低相對分子質量大的聚合物黏度，改善其加工性能。

剛性高分子由於鏈段很長，甚至整個鏈是一個鏈段，因此流動困難，需要很高溫度。分子鏈剛性越大，其黏度對溫度的變化就越敏感。

支鏈型大分子相對於線型高分子來講，分子間距離增大，相互作用力減小。如果其支鏈愈多、愈短，流動的空間位阻愈小，黏度就低，容易流動。

分子量相同，但分子量分佈不同的高聚物，其黏度隨剪切速率變化的幅度是不同的。當剪切速率變化的幅度是沒的。當剪切速率小時，分子量分佈寬的融體黏度比分子量分佈窄的高。但在剪切速率高時，分子量分佈寬的反而比分子量分佈窄的小。黏度對溫度的敏感性，也隨高聚物分子量分佈不同而變化。

模塑料中的樹脂和纖維應在壓力和溫度作用下一起流動以充滿模腔。模塑料制備初期，希望其中樹脂的結構特點是支化程度最小，分子量也要求盡量小。經過烘乾以後，製成的模塑料便已經開始了固化歷程，分子量已經有所提高，不溶性樹脂含量增加。但是在成型時，樹脂在模塑料中只能是處於固化階段的初期，只有當大部分村脂都處在這一階段才能保證模塑料有很好的流動性。所以控制模塑料中樹脂的固化階段的最好辦法是控制不溶性樹脂含量。

（2）填料 在模塑料中，所加入的填料的種類、形狀和用量都會影響模塑料的流動性。如用木粉做填料時具有最好的流動性，用無機填料時流動性稍差，用纖維和紡織物作填料時流動性最差，顆粒細小且是圓球形的填料，則流動性大。填料的用量越大則流動性越差。

（3）揮發物 揮發物主要是模塑料中稀釋劑、脫模劑和有些樹脂反應過程中產生的水分、氣體等。揮發物在物料中的含量對流動性影響很顯著，揮發物含量增加，物料流動性增加。但揮發物含量不宜過高，否則會使樹脂在成型過程中大量流失，嚴重影響製品質量。當揮發分含量過低時，物料的流動性顯著下降，成型困難。

（4）增強材料 模塑料時增強材料的形態、含量直接影響著物料的流動性。增強材料中纖維流動性較差，而帶、布、氈成型時幾乎不流動。同是纖維模塑料，短纖維比長纖維流動性好，但長纖維製品強度高。對於形態複雜製品，應兼顧製品強度和成型要求，考慮混合使用不同形態的模塑料。纖維的含量少則流動性好。在不影響製品力學性能的前提下應當縮短纖維長度和減少纖維含量。

（5）加熱速度和加壓速度 提高加熱速度將降低模塑料的流動性，這是因為加熱速度太快時，物料不均勻地達到形成黏流態的溫度，因此所顯示的流動性較差；但加熱速度也不能過分地降低，否則不僅會降低生產率，而且也由於靠近熱源的物料受熱時間過長會先形成交聯結構，同樣導致流動性降低。

加壓速度對流動性也有影響。由於加壓速度降低，物料在未過到所需壓力前即有部分形成交聯結構，從而降低了流動性。反之，則會增大流動性。

（6）模具結構 模具結構、形狀及模腔表面光潔度等都會影響模塑料熔體的流動。採用不潔模腔模壓製品會出現流動性降低和粘模等現象，為了保證產品的性能，模壓前應用溶劑擦洗模腔。模腔的結構應盡量縮短物料流動路線和避免銳角現現；而模腔表面光潔度越高則影響流動性的程度越小；流道呈流線形且長度短的能提高流動性；物料在新模具中的流動性不如在舊模具的大。

總之，模塑料的流動性是模壓成型過程中一個重要的工藝特性，影響因素很多，而且有些因素在某種情況下地產生與製品性能要求、工藝操作等方面相矛盾的結果。這就需要根據具體情況和條件妥善處理，以保證模壓製品的質量。

為保證每批模塑料都具有相同流動性，在出廠和或使用前並批來調節，即將同一品種而流動性不一致的物料加以混事，這樣不但能使各批物料流動性相互調節且保證了制件的質量一致。

二、固化速率

固化速率是指塑料從塑化狀態經過化學交聯反應轉變成固化狀態的速度。它是熱固性塑料成型時特有的工藝性能。固化速率高，即在單位時間內物料的交聯程度高。

固化速率主要是熱固性塑料的交聯反應性質決定，並受到成型前的預熱、預壓情況以及成型工藝條件如模壓溫度和壓力等多種因素的影響。固化速率隨模壓成型溫度的升高而增大；預壓料經過高頻預熱後，固化速率顯著加快。

塑料的固化速率應當適中，地慢則成型週期長，生產效率低；過快會使塑料在尚未充滿模具型腔就已固化，導致製品報廢。通常對於形狀複雜的製品，固化速率應適當減慢。

三、收縮率

模壓製品在高溫下模壓成型後，脫模冷卻至室溫，由於溫度發生變化，其各項尺寸都會減小，發生收縮，這種現象稱為成型收縮。收縮率的大小直接影響製品的尺寸精度，其值越大，製品精度越差。

對模壓製品而言，收縮率包括實際收縮率和計算收縮率。實際收縮是指模具或製品相應方向的尺寸在模壓溫度與室溫的差別。計算收縮率是指室溫下模具尺寸與製品尺寸之間的差別。模塑料在模壓過程中產生的收縮率是實際收縮率。而在確定模具尺寸時，則必須考慮計算收縮率。產生製品收縮的原因大致有以下幾方面。

（1）熱脹冷縮 塑料的熱膨脹係數比金屬大很多，故冷卻後塑料的收縮比鋼製模具的大。

（2）內應力 製品受熱不均勻等原因會使塑件在成型過程中殘留內應力，脫模後殘餘的應力使製品繼續收縮和變形，這種收縮成為後收縮。後收縮的比率約為冷卻收縮的1%左右。

（3）結構變化 對於熱固性塑料來說，由於在成型過程中發生了化學交聯，其分子結構由原來的線型或支鏈型結構變為網狀結構，縮合出的水分和小分子揮發性物質逸出，密度增加，體積縮小。

模壓製品的收縮性是材料的屬性，不同的材料模成弄後具有不同的收縮率。收縮率大的製品使用時易發生翹曲變形，甚至開裂。

影響收縮率的因素除與材料的品種有關外，還受到成型工藝條件、製品形狀大小等因素影響。

a)、模壓成型壓力大，收縮率小。因為模塑料所受壓力大，製品結構緻密，從而降低製品的收縮率。

b)、固化時間較長，使固化反應比較完全，可揮發物少，收縮率小。同時因為物料國有化比較完全，脫模後交聯反應的可能性小，製品尺寸變化小。

c)、收縮率大小與填料的種類和含量有關，填料量大，塑料含量相對少，收縮率小。

d)、製品熱脫模產生的收縮大於冷脫模的收縮。因為制件溫度高，樹脂大分子的運動能力強，減小內應力的傾向大，後收縮大。

e)、模壓製品結構複雜，物料內部所受壓力不容易一致，同時模腔內各部分溫度也不會是完全均勻的，因素導致製品各部位的收縮也不一樣。

四、壓縮力

壓縮比是指模塑料的壓制前坯與壓制後製品在壓力方向中尺寸的比值（即模塑料的表現相對密度與製品相對密度的比值），比值越大，壓縮比越大。粉狀或粒狀的模塑料，由於模壓前後的體積變化很大，所以壓縮比。如果直接進行模壓，會使模具的裝料室加大，不僅耗費模具材料，而且裝料進還易混入空氣，不利於傳熱，生產效率低。降低壓縮比的最好方法是模壓成型前對其進行預壓。

纖維模塑料不易產生緊密的堆積，因此，與一般模塑料相比有較大的比容，從而具有較大的壓縮比。在用不同方法制備的纖維增強模塑料中，預混料的壓縮比預浸料的大，因此在模具設計中，採用預混料的模具就需要較大的裝料室。也就是說，預混料在裝模時比預浸料困難。扁平、厚度小的大製品比大厚度的小製品有更小的壓縮比，所需要的模具裝料室也就較小。

在成型工藝過程，若采有物料的預壓或預成型工藝就可以有效地降低壓縮比。在定向鋪設模壓工藝中，由於料坯具有十分緊密的堆積，因而其壓縮比僅為1.3：1左右

第三、模壓成型方法種類

模壓成型工藝是複合材料生產中最古老而又富有無限活力的一種成型方法。它是將一定量的預混料或預浸料加入金屬對模內，經加熱、加壓固化成型的方法。
模壓成型工藝的主要優點：１生產效率高，便於實現專業化和自動化生產；２產品尺寸精度高，重複性好；３表面光潔，無需二次修飾；４能一次成型結構複雜的製品；５因為批量生產，價格相對低廉。
　　模壓成型的不足之處在於模具製造複雜，投資較大，加上受壓機限制，最適合於批量生產中小型複合材料製品。隨著金屬加工技術、壓機製造水平及合成樹脂工藝性能的不斷改進和發展，壓機噸位和檯面尺寸不斷增大，模壓料的成型溫度和壓力也相對降低，使得模壓成型製品的尺寸逐步向大型化發展，目前已能生產大型汽車部件、浴盆、整體衛生間組件等。
　　模壓成型工藝按增強材料物態和模壓料品種可分為如下幾種：１纖維料模壓法是將經預混或預浸的纖維狀模壓料，投入到金屬模具內，在一定的溫度和壓力下成型複合材料製品的方法。該方法簡便易行，用途廣泛。根據具體操作上的不同，有預混料模壓和預浸料模壓法。２碎布料模壓法將浸過樹脂膠液的玻璃纖維布或其它織物，如麻布、有機纖維布、石棉布或棉布等的邊角料切成碎塊，然後在金屬模具中加溫加壓成型複合材料製品。３織物模壓法將預先織成所需形狀的兩維或三維織物浸漬樹脂膠液，然後放入金屬模具中加熱加壓成型為複合材料製品。４層壓模壓法將預浸過樹脂膠液的玻璃纖維布或其它織物，裁剪成所需的形狀，然後在金屬模具中經加溫或加壓成型複合材料製品。５纏繞模壓法將預浸過樹脂膠液的連續纖維或布（帶），通過專用纏繞機提供一定的張力和溫度，纏在芯模上，再放入模具中進行加溫加壓成型複合材料製品。６片狀塑料（SMC）模壓法將SMC片材按製品尺寸、形狀、厚度等要求裁剪下料，然後將多層片材疊合後放入金屬模具中加熱加壓成型製品。７預成型坯料模壓法先將短切纖維製成品形狀和尺寸相似的預成型坯料，將其放入金屬模具中，然後向模具中注入配製好的粘結劑（樹脂混合物），在一定的溫度和壓力下成型。
　　模壓料的品種有很多，可以是預浸物料、預混物料，也可以是坯料。當前所用的模壓料品種主要有：預浸膠布、纖維預混料、BMC、DMC、HMC、SMC、XMC、TMC及ZMC等品種。
　　1、原材料
　　(1)合成樹脂 複合材料模壓製品所用的模壓料要求合成樹脂具有：１對增強材料有良好的浸潤性能，以便在合成樹脂和增強材料界面上形成良好的粘結；２有適當的粘度和良好的流動性，在壓制條件下能夠和增強材料一道均勻地充滿整個模腔；３在壓制條件下具有適宜的固化速度，並且固化過程中不產生副產物或副產物少，體積收縮率小；４能夠滿足模壓製品特定的性能要求。按以上的選材要求，常用的合成樹脂有：不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基樹脂、夫喃樹脂、有機硅樹脂、聚丁二烯樹脂、烯丙基酯、三聚氰胺樹脂、聚酰亞胺樹脂等。為使模壓製品達到特定的性能指標，在選定樹脂品種和牌號後，還應選擇相應的輔助材料、填料和顏料。
　　(2)增強材料 模壓料中常用的增強材料主要有玻璃纖維開刀絲、無捻粗紗、有捻粗紗、連續玻璃纖維束、玻璃纖維布、玻璃纖維氈等，也有少量特種製品選用石棉氈、石棉織物（布）和石棉紙以及高硅氧纖維、碳纖維、有機纖維（如芳綸纖維、尼龍纖維等）和天然纖維（如亞麻布、棉布、煮煉布、不煮煉布等）等品種。有時也採用兩種或兩種以上纖維混雜料作增強材料。
　　(3)輔助材料 一般包括固化劑（引發劑）、促進劑、稀釋劑、表面處理劑、低收縮添加劑、脫模劑、著色劑（顏料）和填料等輔助材料。
　　2、模壓料的制備
　　以玻璃纖維（或玻璃布）浸漬樹脂製成的模壓料為例，其生產工藝可分為預混法和預浸法兩種。
　　(1)預混法 先將玻璃纖維切割成30～50mm的短切纖維，經蓬鬆後在捏合機中與樹脂膠液充分捏合至樹脂完全浸潤玻璃纖維，再經烘乾（晾乾）至適當粘度即可。其特點是纖維鬆散無定向，生產量大，用此法生產的模壓料比容大，流動性好，但在制備過程中纖維強度損失較大。
　　(2)預浸法 纖維預浸法是將整束連續玻璃纖維（或布）經過浸膠、烘乾、切短而成。其特點是纖維成束狀，比較緊密，制備模壓料的過程中纖維強度損失較小，但模壓料的流動性及料束之間的相容性稍差。

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