樹脂基復合材料成型工藝介紹（1）：模壓成型工藝

知識達人

模壓成型工藝是復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，便于實現專業化和自動化生產；②產品尺寸精度高，重復性好；③表面光潔，無需二次修飾；④能一次成型結構復雜的制品；⑤因為批量生產，價格相對低廉。
　　
模壓成型的不足之處在于模具制造復雜，投資較大，加上受壓機限制，最適合于批量生產中小型復合材料制品。隨著金屬加工技術、壓機制造水平及合成樹脂工藝性能的不斷改進和發展，壓機噸位和臺面尺寸不斷增大，模壓料的成型溫度和壓力也相對降低，使得模壓成型制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復合材料制品的方法。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，然后在金屬模具中加溫加壓成型復合材料制品。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，然后放入金屬模具中加熱加壓成型為復合材料制品。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，然后在金屬模具中經加溫或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 復合材料模壓制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，并且固化過程中不產生副產物或副產物少，體積收縮率小；④能夠滿足模壓制品特定的性能要求。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、呋喃樹脂、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。為使模壓制品達到特定的性能指標，在選定樹脂品種和牌號后，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，也有少量特種制品選用石棉氈、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。有時也采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）浸漬樹脂制成的模壓料為例，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，經蓬松后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，再經烘干（晾干）至適當粘度即可。其特點是纖維松散無定向，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、烘干、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。