SMC模压工艺参数对大型复杂车用产品表面针眼影响的研究

玄武

SMC模压工艺参数对大型复杂车用产品表面针眼影响的研究

宋修宫1，孙巍2，王继辉1

(1.武汉理工大学，武汉   430070；2.北京汽车玻璃钢总公司，北京   102101)

    摘要：本文对大型复杂车用产品，主要研究了改变加料方式、预压时间以及加压压力对该产品表面针眼的影响，考察针眼随上述工艺参数的变化规律，并探讨了针眼的成因。

    关键字：SMC；针眼；铺料方式；预压时间；加压压力

1 前 言

    片状模塑料(SMC)的发展是玻璃钢（FRP）工业40 多年来的突出成就之一[1]，由于它具有原料成本低、生产率高、产品质量稳定可靠、对环境污染小、可机械化自动化生产等优点，因此在汽车交通、建筑、船舶、电气、化工等领域得到了广泛地应用。在欧美发达国家，SMC产品的年增率在FRP工业产品中一直位于前列。

    但SMC工艺制品存在诸如针眼、纤维外露、收缩痕、取向明显等缺陷，对于表面质量要求高的制件（如汽车车身），表面波纹、针眼、流痕线等缺陷是不可接受的。因此，必须考虑通过改进生产工艺，把缺陷降低到最低限度，得到高质量表面的产品，以满足人们的需求。

    在实际产品的压制过程中，针眼是不可避免的，但针眼的大量存在将给产品表面质量带来很多问题，同时给二次加工带来很大麻烦。如何通过改变工艺参数，在保证产品性能的情况下，使产品综合缺陷降到最低限度，仍然是SMC模压工艺值得深入探讨的一个问题。

2  试验部分

    试验中采用的片状模塑料由北京汽车玻璃钢制品总公司提供，生产期为2d；液压机为FSY1500-300-200，太原重型机械有限公司制造。

    试验采用了汽车车身部件，形状如图1（图略）所示，在试验过程中，为了便于数据统计，将产品分为11个区，本试验主要研究4－11区。试验中主要调整的方面有：一是调整加料方式，二是改变预压时间，三是改变加压压力。

    试验产品的长宽分别为2000mm、450mm，因为产品具有一定的倾斜度，因此，片材主要铺放在5、6区，这样会有利于流体的流动。

    调整加料方式：将片材的长、宽及层数分别按以下的尺寸进行裁剪。方案如下：

1、1800mm（长）×320mm（宽）×2P(层)；

2、1600mm×350mm×2P；

3、1700mm×320mm×2P+800mm×320mm×1P；

4、1140mm×280mm×4P，以中部对接的方式置于模具上；

5、1750mm×280mm×2P+1140mm×280mm×1P；

6、1750mm×280mm×2P+1140mm×280mm×1P，但在片材中部切开一条约600mm的缝。

    改变预压时间：

7、按照方案6的方式进行铺料，预压时间分别调整为5s(秒)、10s、15s、20s。

    调整加压压力：

8、按照方案6的方式进行铺料，加压压力分别调至600T（吨）、800T、1000T、1200T、1400T。

3  结果与讨论

3.1 铺料方式对针眼的影响[2]

    SMC在模具内的流动行为较为复杂，是决定模压件质量的最重要因素之一。它不仅决定了坯料在模腔内的填充程度，而且还影响着模压件的纤维取向、纤维分布、空隙率及表面缺陷[3]。既然铺料方式是影响流动行为的直接原因之一，有必要对其进行研究。

    试验统计结果如图2、3（图略）所示，可以看到，随着铺料方式的优化，针眼的数量呈明显减少的趋势。

    由图2可知：方案1和2采用了两层料，流程过短导致形成回流，导致5、6区针眼的数量明显高于其他的方案。这是因为当坯料和模具表面接触时，模具温度较高，SMC表面层的粘度快速下降，较热的表面层快速移到边缘，固化反应是从边缘开始并向坯料中心移动，而不是在整个样品内同时发生。通过增加局部铺层，针眼呈现减少趋势。在方案6中增加了一道缝，这将有助于排除层间的空气，与原来相比，针眼明显减少。由此可见，采用塔式结构的铺层可明显减少针眼，但是过分追求塔式结构的铺层将导致力学性能下降。因此，在开发产品时应该选择合适的铺料方式及铺层面积，在减少针眼的同时，还应考虑产品的力学性能。对于力学性能要求不高的制品，采用塔式结构可以明显地减少针眼，提高产品表面质量。

3.2预压时间对针眼的影响

    由表1可看出预压时间对针眼的影响。如果加压过早，树脂流动过快，会截留挥发物质，针眼较多，并降低工件强度；预压时间过长会使SMC预固化，导致流动性较差，时间太长可能导致树脂流动缓慢，不利于排气，针眼又会增多。

表1  预压时间对4-11区针眼的影响

预压时间/s
5
10
15
20

4~11区的针眼数/个
27
21
30
36


    由于热固性树脂的交联机理非常复杂，化学动力学与物理性质变化之间存在着相互作用，SMC在型腔内要发生复杂的化学反应。SMC的固化机理是苯乙烯单体和不饱和聚酯分子间的自由基共聚反应，达到一定温度后，即开始发生反应，但并不是在整个制件中同时发生，因为表面层的温度高，先从表面开始，这样将导致预固化，影响了SMC的流动性。预压时间越长，预固化越明显，针眼的数量也就越多。因此，选择的预压时间应在预固化前。

    温度对树脂的粘度主要有两方面的影响：一方面由于温度升高，分子运动活性增大，粘度下降；另一方面由于固化反应形成交联网络，限制分子的运动而使粘度升高[4]。在固化交联反应发生前的最高温度时刻，粘度降至最低，温度再升高，固化交联反应使粘度迅速上升，最终成为固态。选择预压时间应该选择在粘度最低的时刻，这样有利于树脂的充分流动，很快填满整个型腔，不会导致预固化。

3.3 加压压力对针眼的影响

    加压压力对针眼的影响如表2所示，可以看出，压力的改变对针眼没有特别明显的影响。如果压力过低，SMC不能够填满整个型腔，将导致制品成型困难，缺陷十分明显；达到了成型压力后，针眼的数量随压力的增大无明显变化，但随着压力的逐步增大，产品的力学性能将得到进一步提高，可满足实际应用的要求。

表2  加压压力对4-11区针眼的影响

加压压力/t
600
800
1000
1200
1400

4-11区的针眼数/个
13
10
11
9
10


4  结 论

    从试验中可以得到：

（1）优化铺料方式，选择增加局部铺层的塔式结构，选择适当的流程，愈有利于排气，针眼越少。

（2）尽管加压时间越长越利于排气，但SMC会预固化，导致流动性较差，针眼也越多。因此，预压时间应该选择为预固化前粘度最低的时刻。

（3）在SMC片材工艺性能稳定并达到一定的成型压力后，针眼随压力的增大无明显的变化，但增加压力有利于提高产品的性能。


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    参考文献

[1] 谢怀勤．SMC模压工艺参数对固化收缩率影响的试验研究[J]．哈尔滨建筑大学学报，2001，34(3) ，1-3．

[2] 黄家康．聚酯模塑料生产与成型技术[M]．北京：化学工业出版社，2002，76-91．

[3] 陈祥宝，包建文，娄葵阳．树脂基复合材料制造技术[M]．北京：化学工业出版社，2000，50．

[4] R S.戴夫，A．C．卢斯编著．方征平，沈烈译．高分子复合材料加工工程[M]．北京：化学工业出版社，2004，37-45．

  gqgmzhang 发表于 2009-01-03 17:00