【模压】模压成型工艺理论与实例

发布时间：2017-12-28 15:23 认证作者：小博点击数：58次

模压工艺主要特点

①半干法或干法成型－采用模压预浸料，工作环境好；

②金属对模成型，能精确保证模压制品的形状和尺寸要求，且内外表面光滑；

③加热加压成型，制品结构致密，固化程度高；

④需要具备高加热、高加压设备－电热板、液压机等；

⑤机械化程度中等；

⑥为获得高性能模压制品，工艺控制条件较为复杂；

⑦适宜成型制品尺寸较小，但形状相对复杂的制品－受设备尺寸所限；

模压成型工艺的分类（按增强材料物态分）

（1）纤维料模压－短纤维预浸料

（2）织物模压－两向、三向或多向织物预浸料（提高制品层间剪切强度，成本高）；

（3）层压模压－预浸织物或毡，叠层铺放（薄壁制品）；

（4）碎布料模压－预浸织物剪成碎布块（具有一定深度或厚度，形状相对复杂的制品）；

（5）SMC模压－SMC模压料片材；

（6）预成型坯模压－将短纤维制成与制品形状和尺寸相似的预成型坯，在放入金属模具时加入树脂；

模压成型工艺过程

模压工艺流程

①模压料预热目的

提高物料流动性，可预压成型，便于装模；

去除物料中大部分的水分和挥发物，提高制品性能；

降低模压压力，减少对型腔的磨损，延长模具的使用寿命；

②模具预热目的

模具温度与物料预热温度基本相同，因此两者之间不会产生温度差；

降低模压压力，减少对型腔的磨损，延长模具的使用寿命；

缩短固化周期，提高生产效率。

③模压料的计量

物料量直接影响制品的尺寸精度，量过多，模具无法闭合，制品增厚；量过少，可能无法压制出所要求的形状或制品不致密。

目前对模压料的计量普遍的做法是预先对模具尺寸进行粗略的估算，然后通过试压，通过性能试验考核，找出相对合适的装料量。

装料量等于模压料制品的密度×制品的体积，再加上3－5％的挥发物、毛刺等损耗。

制品的体积粗略估算法：

ⅰ、形状、尺寸简化法：将复杂形状的制品凭经验简化成一系列的标准几何形状，同时将尺寸也作相应变更后再进行计算。

ⅱ、密度比较法：当模压料制品有相对应的金属或其它材料零件时。

ⅲ 、铸型比较法

先在成型制品的金属模具中，用树脂、石蜡等铸型材料，铸成制品形状并称其质量，再按铸型材料的质量及密度与模压料密度比较，求出模压料制品质量。

④ 排气

在模具闭合后，再将模具开启一段时间，以排除模内的空气、水气及挥发物。排气一定要在物料尚未塑化时完成。排气可以缩短固化时间，提高制品的力学性能和电性能。

⑤ 保压时间

树脂在模内固化的过程始终处于高温高压之下，从开始升温、加压到固化至降温、降压所需要的时间或称为保持温度和压力的时间。

根据树脂性能制定适当的保压时间，过长过短均不适宜。过长，延长生产周期，使树脂交联过大，导致物料收缩过大，密度增加，树脂与填料间产生内应力，严重时会使制品破裂；过短，导致树脂固化不完全，降低制品性能，同时制品在脱模后会继续收缩而出现翘曲现象。

⑥后处理目的

保证制品固化完全；

消除制品的热应力；

液压机（模压设备）

模压工艺参数确定

模压工艺参数：将模压料压制成合格制品所需要的适宜外部条件（温度、压力、时间），在生产上称为压制制度，包含温度制度和压力制度。

（1）温度制度：包括装模温度、升温速度、最高模压温度和恒温、降温及后固化温度等。

装模温度：模压料的挥发物含量高，不溶性树脂含量低时，装模温度低，反之则高；

升温速度：由装模温度到最高压制温度的升温速率。对快速模压，装模温度＝压制温度，无升温速度；慢速模压，应选择适宜的升温速度。

最高模压温度：主要依树脂放热曲线确定。

（2）压力制度：包括成型压力、加压时机、放气等

成型压力：其作用是克服模压料的内摩擦及物料与模腔间的外摩擦，使物料充满模腔；克服物料挥发物的抵抗力及压紧制品以保证精确的形状和尺寸。

成型压力决定因素：模压料的种类及质量指标；制品结构形状尺寸；

薄壁制品大于厚壁制品；圆柱形制品大于圆锥形制品；制品结构复杂度。成型压力高，有利于制品质量提高。但过大的成型压力，容易损伤纤维降低制品强度。

加压时机：其作用是克服模压料的内摩擦及物料与模腔间的外摩擦，使物料充满模腔；克服物料挥发物的抵抗力及压紧制品以保证精确的形状和尺寸。

实例1 高速公路防眩板模压成型（SMC）

1、高速公路防眩板主要功能

防止夜间行驶的车辆因车灯眩目而引起意外事故。

2、防眩板的生产工艺原理

将一定量的模压料装入模具后，在一定的温度和压力下模压料塑化、流动并充满模腔。同时，模压料发生交联团化反应，形成三维体型结构而得到预期的制品。在整个压制过程中，加压、赋形、保温等过程都依靠被加热的模具的闭合而实现。

3、防眩板的工艺制度

（1）模压成型工艺有3个主要参数，即成型压力、压制温度和保温时间。

成型压力的作用是克服物料中挥发物所产生的蒸汽压，避免制品产生气泡、结构疏散等缺陷，同时增加物料的流动性，便于物料充满模腔的各个部位，使制品的结构密实，机械强度得到提高。

压制温度的作用是促进模压料塑化和固化。

保温时间的作用是使制品充分固化并消除内应力。

这3个参数的选择与模压料、制品性能、制品结构和形状以及生产效率有很大的关系。

（2）模压工艺参数的主要影响因素

模压料的流动性对工艺参数的选定有很大的影响。如果模压料的流动性好，则可采用较低的成型压力和温度，也易成型结构较为复杂的制品；相反，若模压料的流动性差，则应相应地提高成型压力和温度，也不易成型结构复杂的制品。因此，应根据模压料的流动性能来选定合适的工艺参数。

（3）防眩板模压工艺参数的确定

防眩板各部位的厚度不一。根部厚度最大，为10mm。两边厚度次之，为6mm。中间厚度最薄，仅为3mm。制品属薄壁结构，形状较为复杂。当防眩板用铁架、螺栓固定竖立后，作为一种悬臂梁受力构件，要求制品具有较好的抗折强度和弹性，以满足使用要求。从制品性能、结构和形状要求来看，采用较大的成型压力和较高的成型温度是较理想的。压力大，温度高，有利于提高制品的强度，且容易成型薄壁制品。模温高，与固化放热峰的温差就大，制品的表面质量较好。考虑到模压料的性能与生产效率，合适的保温时间是非常重要的。保温时间太短，制品有可能固化不完全；保温时间过长，生产效率低。

①成型压力，20±2MPa；

②压制温度，上下模均为150±5°C；

③保温时间，4min。

4、防眩板的工艺流程

备料工序分3个步骤，即切料、称料、叠料。

切料：注意模压料中是否有分层、白纱、干料等问题，如严重时应剔除。

称料：要准确，过多则会造成原材料的浪费，过少则会引起缺料。

叠料：应将料叠成长条形，薄膜要撕尽，料块之间应尽量压紧，以防夹带大量气体。叠好的料放在切料台上，用薄膜覆盖好待用，防止苯乙烯大量挥发，并防止对料造成污染。

压制包括4个步骤：加料，加压，卸压、排气，保温。

加料：形式保持一致，加料位置要合理。

加压：时机要适当，迅速加压至成型压力。

卸压、排气：重复4次，排除模压料中的挥发份所产生的蒸汽以及夹带的空气，以避免缺料。砂眼等缺陷的产生。

保温：时间4min，以提高制品的固化程度和表面质量，消除内应力。

保温后开模取出产品，检查制品有无异常现象，如需加以调整，清理模具并涂抹脱模剂。待产品冷却后，用铁锉除去制品四周的飞边、毛刺。检查制品是否有缺料、砂眼、裂纹、翘曲变形等缺陷，检查制品的外观、形状是否符合要求。其方式是逐块检查。产品经检验合格后即可包装入库。包装时以10块板为一单位，板与板之间应头尾错开，用包装带紧好，整齐堆放。

实例2 火箭发动机喷管耐热内衬模压成型

1、耐热内衬的结构特点

（1）内衬高宽比相差不大，结构外形较复杂；

（2）内衬中空，有一定的深度和厚度；

（3）耐热性强，不能存在缺陷；

2、选用模压成型的优势

（1）内衬结构外形适合；

（2）制造量较多；

（3）对制品的密度和内形有严格要求；

3、耐热内衬材料选择

火箭发动机喷管的典型使用环境是工作温度高、使用时间短、气流冲刷强。为防止喷管内的热量迅速传递到火箭外壳而致使其失效，需选用隔热效果好、耐瞬时烧蚀性强的材料。

增强材料：高硅氧玻璃纤维布、3k碳纤维布－预浸后剪裁成碎布片