高溫模壓成型簡介

模壓成型工藝是復合材料生產(chǎn)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(nèi)，經(jīng)加熱、加壓固化成型的方法。

模壓成型工藝是利用樹脂固化反應(yīng)中各階段特性來實現(xiàn)制品成型的，即模壓料塑化、流動并充滿模腔，樹脂固化。在模壓料充滿模腔的流動過程中，不僅樹脂流動，增強材料也要隨之流動，所以模壓成型工藝的成型壓力較其他工藝方法高，屬于高壓成型。因此，它既需要能對壓力進行控制的液壓機，又需要高強度、高精度、耐高溫的金屬模具。

用模壓工藝生產(chǎn)制品時，模具在模壓料充滿模腔之前處于非閉合狀態(tài)。用模壓料壓制制品的過程中，不僅物料的外觀形態(tài)發(fā)生了變化，而且結(jié)構(gòu)和性能也發(fā)生了質(zhì)的變化。但增強材料機恩保持不變，發(fā)生變化的主要是樹脂。因此，可以說模壓工藝是利用樹脂固化反應(yīng)中各階段的特性來實現(xiàn)制品成型的過程。當模壓料在模具內(nèi)被加熱到一定溫度時，其中樹脂受熱熔化成為粘流狀態(tài)，在壓力作用下粘裹纖維一道流動直至填滿模腔，此時稱為樹脂的“粘流階段”。繼續(xù)提高溫度，樹脂發(fā)生化學交聯(lián)，分子量增大。當分子交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時，流動性很快降低直至表現(xiàn)一定彈性。再繼續(xù)受熱，樹脂交聯(lián)反應(yīng)繼續(xù)進行，交聯(lián)密度進一步增加，最后失去流動性，樹脂變?yōu)椴蝗懿蝗鄣捏w型結(jié)構(gòu)，到達了“硬固階段”。模壓工藝中上述各階段是連續(xù)出現(xiàn)的，其間無明顯界限，并且整個反應(yīng)是不可逆的。

模壓成型始于1909年，當時主要用于生產(chǎn)酚醛樹脂復合材料制品。隨著SMC、BMC和新型塑料的出現(xiàn)，模壓成型工藝發(fā)展較快，所占比例僅次于手糊、噴射和連續(xù)成型，居第三位 。

模壓成型工藝的主要優(yōu)點：

①生產(chǎn)效率高，便于實現(xiàn)專業(yè)化和自動化生產(chǎn)；

②產(chǎn)品尺寸精度高，重復性好；

③表面光潔，無需二次修飾；

④能一次成型結(jié)構(gòu)復雜的制品；

⑤因為批量生產(chǎn)，價格相對低廉。

模壓成型的缺點：

模具制造復雜，投資較大，制品尺寸受設(shè)備限制。

最適合于生產(chǎn)批量大的中小型復合材料制品 。

主要用作結(jié)構(gòu)件、連接件、防護件和電氣絕緣件。廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、電氣、化工、建筑、機械等領(lǐng)域。由于模壓制品質(zhì)量可靠，在兵器、飛機、導彈、衛(wèi)星上也都得到了應(yīng)用 。

模壓成型工藝按增強材料物態(tài)和模壓料品種可分為如下幾種：

①纖維料模壓法：是將經(jīng)預混或預浸的纖維狀模壓料，投入到金屬模具內(nèi)，在一定的溫度和壓力下成型復合材料制品的方法。

②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，然后放入金屬模具中加熱加壓成型為復合材料制品。

③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，然后在金屬模具中經(jīng)加溫或加壓成型復合材料制品。

④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，然后在金屬模具中加溫加壓成型復合材料制品。

⑤纏繞模壓法：將預浸過樹脂膠液的連續(xù)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復合材料制品 。

⑥片狀塑料（SMC）模壓法：將SMC片材按制品尺寸、形狀、厚度等要求裁剪下料，然后將多層片材疊合后放入金屬模具中加熱加壓成型制品 。

⑦預成型坯料模壓法：先將短切纖維制成品形狀和尺寸相似的預成型坯料，將其放入金屬模具中，然后向模具中注入配制好的粘結(jié)劑（樹脂混合物），在一定的溫度和壓力下成型。

⑧定向鋪設(shè)模壓：將單向預浸料沿制品主應(yīng)力方向取向鋪設(shè)，然后模壓成型。制品中纖維含量可達70%，適用于成型單向強度要求高的制品 。

模壓料的質(zhì)量指標有三項：樹脂含量、揮發(fā)物含量及不溶性樹脂含量。模壓料質(zhì)量對其模塑特性及模壓制品性能有極大影響，因此，必須在生產(chǎn)過程中對原材料及各工藝的工藝條件嚴格控制，主要控制下列各項：

1.樹脂溶液粘度

降低樹脂膠液粘度有利于樹脂對纖維的浸透和減少纖維強度損失。但若粘度過低，在預混過程中會導致纖維離析，影響樹脂對纖維的粘附。在樹脂中加入適量溶劑（稀釋劑）可調(diào)控粘度。由于粘度與密度有一定關(guān)系，而粘度測定又不如密度測定簡單易行，因此，通常用密度作為粘度控制指標。如酚醛預混料樹脂膠液密度控制在1-1.025g/cm³范圍內(nèi)。

2.纖維短切長度

纖維過長易相互糾纏產(chǎn)生料團。機械預混，纖維長度一般不超過20-40mm；手工預混，纖維長度不超過30-50mm。

3.浸漬時間

在確保纖維均勻浸透情況下應(yīng)盡可能縮短時間。捏合時間過長既損失纖維強度，又會使溶劑揮發(fā)過多增加撕松困難。

4.烘干條件

烘干溫度和時間是控制揮發(fā)物含量與不溶性樹脂含量的主要因素。此外還應(yīng)注意料層的厚度和均勻性。一般快速固化酚醛型預混料（如鎂酚醛）的烘干條件為80℃，烘干50-70min。環(huán)氧酚醛型預混料的烘干條件為80℃，烘干20-40min。

5.其他

合理的設(shè)備設(shè)計如捏合機漿葉型式、漿葉與捏合鍋內(nèi)壁的間隙，以及撕松機的結(jié)構(gòu)、速度等，也都是影響模壓料質(zhì)量的重要因素 。