SMC模壓工藝參數(shù)對(duì)大型復(fù)雜車用產(chǎn)品表面針眼影響的研究

玄武

SMC模壓工藝參數(shù)對(duì)大型復(fù)雜車用產(chǎn)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(xué)，武漢   430070；2.北京汽車玻璃鋼總公司，北京   102101)

    摘要：本文對(duì)大型復(fù)雜車用產(chǎn)品，主要研究了改變加料方式、預(yù)壓時(shí)間以及加壓壓力對(duì)該產(chǎn)品表面針眼的影響，考察針眼隨上述工藝參數(shù)的變化規(guī)律，并探討了針眼的成因。

    關(guān)鍵字：SMC；針眼；鋪料方式；預(yù)壓時(shí)間；加壓壓力

1 前 言

    片狀模塑料(SMC)的發(fā)展是玻璃鋼（FRP）工業(yè)40 多年來的突出成就之一[1]，由于它具有原料成本低、生產(chǎn)率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠、對(duì)環(huán)境污染小、可機(jī)械化自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車交通、建筑、船舶、電氣、化工等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。在歐美發(fā)達(dá)國家，SMC產(chǎn)品的年增率在FRP工業(yè)產(chǎn)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(duì)于表面質(zhì)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(jìn)生產(chǎn)工藝，把缺陷降低到最低限度，得到高質(zhì)量表面的產(chǎn)品，以滿足人們的需求。

    在實(shí)際產(chǎn)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(chǎn)品表面質(zhì)量帶來很多問題，同時(shí)給二次加工帶來很大麻煩。如何通過改變工藝參數(shù)，在保證產(chǎn)品性能的情況下，使產(chǎn)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(gè)問題。

2  試驗(yàn)部分

    試驗(yàn)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(chǎn)期為2d；液壓機(jī)為FSY1500-300-200，太原重型機(jī)械有限公司制造。

    試驗(yàn)采用了汽車車身部件，形狀如圖1（圖略）所示，在試驗(yàn)過程中，為了便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，將產(chǎn)品分為11個(gè)區(qū)，本試驗(yàn)主要研究4－11區(qū)。試驗(yàn)中主要調(diào)整的方面有：一是調(diào)整加料方式，二是改變預(yù)壓時(shí)間，三是改變加壓壓力。

    試驗(yàn)產(chǎn)品的長寬分別為2000mm、450mm，因?yàn)楫a(chǎn)品具有一定的傾斜度，因此，片材主要鋪放在5、6區(qū)，這樣會(huì)有利于流體的流動(dòng)。

    調(diào)整加料方式：將片材的長、寬及層數(shù)分別按以下的尺寸進(jìn)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(duì)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(yù)壓時(shí)間：

7、按照方案6的方式進(jìn)行鋪料，預(yù)壓時(shí)間分別調(diào)整為5s(秒)、10s、15s、20s。

    調(diào)整加壓壓力：

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

3  結(jié)果與討論

3.1 鋪料方式對(duì)針眼的影響[2]

    SMC在模具內(nèi)的流動(dòng)行為較為復(fù)雜，是決定模壓件質(zhì)量的最重要因素之一。它不僅決定了坯料在模腔內(nèi)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(dòng)行為的直接原因之一，有必要對(duì)其進(jìn)行研究。

    試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2、3（圖略）所示，可以看到，隨著鋪料方式的優(yōu)化，針眼的數(shù)量呈明顯減少的趨勢(shì)。

    由圖2可知：方案1和2采用了兩層料，流程過短導(dǎo)致形成回流，導(dǎo)致5、6區(qū)針眼的數(shù)量明顯高于其他的方案。這是因?yàn)楫?dāng)坯料和模具表面接觸時(shí)，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(yīng)是從邊緣開始并向坯料中心移動(dòng)，而不是在整個(gè)樣品內(nèi)同時(shí)發(fā)生。通過增加局部鋪層，針眼呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。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(jié)構(gòu)的鋪層可明顯減少針眼，但是過分追求塔式結(jié)構(gòu)的鋪層將導(dǎo)致力學(xué)性能下降。因此，在開發(fā)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)該選擇合適的鋪料方式及鋪層面積，在減少針眼的同時(shí)，還應(yīng)考慮產(chǎn)品的力學(xué)性能。對(duì)于力學(xué)性能要求不高的制品，采用塔式結(jié)構(gòu)可以明顯地減少針眼，提高產(chǎn)品表面質(zhì)量。

3.2預(yù)壓時(shí)間對(duì)針眼的影響

    由表1可看出預(yù)壓時(shí)間對(duì)針眼的影響。如果加壓過早，樹脂流動(dòng)過快，會(huì)截留揮發(fā)物質(zhì)，針眼較多，并降低工件強(qiáng)度；預(yù)壓時(shí)間過長會(huì)使SMC預(yù)固化，導(dǎo)致流動(dòng)性較差，時(shí)間太長可能導(dǎo)致樹脂流動(dòng)緩慢，不利于排氣，針眼又會(huì)增多。

表1  預(yù)壓時(shí)間對(duì)4-11區(qū)針眼的影響

預(yù)壓時(shí)間/s
5
10
15
20

4~11區(qū)的針眼數(shù)/個(gè)
27
21
30
36


    由于熱固性樹脂的交聯(lián)機(jī)理非常復(fù)雜，化學(xué)動(dòng)力學(xué)與物理性質(zhì)變化之間存在著相互作用，SMC在型腔內(nèi)要發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。SMC的固化機(jī)理是苯乙烯單體和不飽和聚酯分子間的自由基共聚反應(yīng)，達(dá)到一定溫度后，即開始發(fā)生反應(yīng)，但并不是在整個(gè)制件中同時(shí)發(fā)生，因?yàn)楸砻鎸拥臏囟雀撸葟谋砻骈_始，這樣將導(dǎo)致預(yù)固化，影響了SMC的流動(dòng)性。預(yù)壓時(shí)間越長，預(yù)固化越明顯，針眼的數(shù)量也就越多。因此，選擇的預(yù)壓時(shí)間應(yīng)在預(yù)固化前。

    溫度對(duì)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(yùn)動(dòng)活性增大，粘度下降；另一方面由于固化反應(yīng)形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，限制分子的運(yùn)動(dòng)而使粘度升高[4]。在固化交聯(lián)反應(yīng)發(fā)生前的最高溫度時(shí)刻，粘度降至最低，溫度再升高，固化交聯(lián)反應(yīng)使粘度迅速上升，最終成為固態(tài)。選擇預(yù)壓時(shí)間應(yīng)該選擇在粘度最低的時(shí)刻，這樣有利于樹脂的充分流動(dòng)，很快填滿整個(gè)型腔，不會(huì)導(dǎo)致預(yù)固化。

3.3 加壓壓力對(duì)針眼的影響

    加壓壓力對(duì)針眼的影響如表2所示，可以看出，壓力的改變對(duì)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(gè)型腔，將導(dǎo)致制品成型困難，缺陷十分明顯；達(dá)到了成型壓力后，針眼的數(shù)量隨壓力的增大無明顯變化，但隨著壓力的逐步增大，產(chǎn)品的力學(xué)性能將得到進(jìn)一步提高，可滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。

表2  加壓壓力對(duì)4-11區(qū)針眼的影響

加壓壓力/t
600
800
1000
1200
1400

4-11區(qū)的針眼數(shù)/個(gè)
13
10
11
9
10


4  結(jié) 論

    從試驗(yàn)中可以得到：

（1）優(yōu)化鋪料方式，選擇增加局部鋪層的塔式結(jié)構(gòu)，選擇適當(dāng)?shù)牧鞒蹋欣谂艢猓樠墼缴佟?br />
（2）盡管加壓時(shí)間越長越利于排氣，但SMC會(huì)預(yù)固化，導(dǎo)致流動(dòng)性較差，針眼也越多。因此，預(yù)壓時(shí)間應(yīng)該選擇為預(yù)固化前粘度最低的時(shí)刻。

（3）在SMC片材工藝性能穩(wěn)定并達(dá)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(chǎn)品的性能。


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    參考文獻(xiàn)

[1] 謝懷勤．SMC模壓工藝參數(shù)對(duì)固化收縮率影響的試驗(yàn)研究[J]．哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，34(3) ，1-3．

[2] 黃家康．聚酯模塑料生產(chǎn)與成型技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002，76-91．

[3] 陳祥寶，包建文，婁葵陽．樹脂基復(fù)合材料制造技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)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(fù)合材料加工工程[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004，37-45．

  gqgmzhang 發(fā)表于 2009-01-03 17:00