复合材料成型工艺详解!
发布时间:
2025-06-10
复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的拓宽
复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的拓宽,复合材料工业得到迅速发展,一些成型工艺日臻完善,新的成型方法不断涌现,聚合物基复合材料的成型方法已有20多种,并成功地用于工业生产,如:
(1)手糊成型工艺--湿法铺层成型法;
(2)喷射成型工艺;
(3)树脂传递模塑成型技术(RTM技术);
(4)袋压法(压力袋法)成型;
(5)真空袋压成型;
(6)热压罐成型技术;
(7)液压釜法成型技术;
(8)热膨胀模塑法成型技术;
(9)夹层结构成型技术;
(10)模压料生产工艺;
(11)ZMC模压料注射技术;
(12)模压成型工艺;
(13)层合板生产技术;
(14)卷制管成型技术;
(15)纤维缠绕制品成型技术;
(16)连续制板生产工艺;
(17)浇铸成型技术;
(18)拉挤成型工艺;
(19)连续缠绕制管工艺;
(20)编织复合材料制造技术;
(21)热塑性片状模塑料制造技术及冷模冲压成型工艺;
(22)注射成型工艺;
(23)挤出成型工艺;
(24)离心浇铸制管成型工艺;
(25)其它成型技术。
视所选用的树脂基体材料的不同,上述方法分别适用于热固性和热塑性复合材料的生产,有些工艺两者都适用。
复合材料制品成型工艺特点:与其它材料加工工艺相比,复合材料成型工艺具有如下特点:
(1)材料制造与制品成型同时完成 一般情况下,复合材料的生产过程,也就是制品的成型过程。材料的性能要根据制品的使用要求进行设计,因此在选择材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时,都要满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。
(2)制品成型比较简便 一般热固性复合材料的树脂基体,成型前是流动液体,材料是柔软纤维或织物,因此,用这些材料生产复合材料制品,所需工序及设备要比其它 材料简单的多,对于某些制品仅需一套模具便能生产。
一、模压成型工艺
模压成型工艺是复合材料生产中古老而又富有无限活力的一种成型方法。它是将一定量的预混料或预浸料加入金属对模内,经加热、加压固化成型的方法。
模压成型工艺的主要优点:
①生产效率高,便于实现专业化和自动化生产;
②产品尺寸精度高,重复性好;
③表面光洁,无需二次修饰;
④能一次成型结构复杂的制品;
⑤因为批量生产,价格相对低廉。
模压成型的不足之处在于模具制造复杂,投资较大,加上受压机限制,适合于批量生产中小型复合材料制品。随着金属加工技术、压机制造水平及合成树脂工艺性能的不断改进和发展,压机吨位和台面尺寸不断加大,模压料的成型温度和压力也相对降低,使得模压成型制品的尺寸逐步向大型化发展,目前已能生产大型汽车部件、浴盆、整体卫生间组件等。
模压成型工艺按材料物态和模压料品种可分为如下几种:
①纤维料模压法 是将经预混或预浸的纤维状模压料,投入到金属模具内,在一定的温度和压力下成型复合材料制品的方法。该方法简便易行,用途广泛。根据具体操作上的不同,有预混料模压和预浸料模压法。
②碎布料模压法 将浸过树脂胶液的玻璃纤维布或其它织物,如麻布、有机纤维布、石棉布或棉布等的边角料切成碎块,然后在金属模具中加温加压成型复合材料制品。
③织物模压法 将预先织成所需形状的两维或三维织物浸渍树脂胶液,然后放入金属模具中加热加压成型为复合材料制品。
④层压模压法 将预浸过树脂胶液的玻璃纤维布或其它织物,裁剪成所需的形状,然后在金属模具中经加温或加压成型复合材料制品。
⑤缠绕模压法 将预浸过树脂胶液的连续纤维或布(带),通过专用缠绕机提供一定的张力和温度,缠在芯模上,再放入模具中进行加温加压成型复合材料制品。
⑥片状塑料(SMC)模压法 将SMC片材按制品尺寸、形状、厚度等要求裁剪下料,然后将多层片材叠合后放入金属模具中加热加压成型制品。
⑦预成型坯料模压法 先将短切纤维制成品形状和尺寸相似的预成型坯料,将其放入金属模具中,然后向模具中注入配制好的粘结剂(树脂混合物),在一定的温度和压力下成型。
模压料的品种有很多,可以是预浸物料、预混物料,也可以是坯料。当前所用的模压料品种主要有:预浸胶布、纤维预混料、BMC、DMC、HMC、SMC、XMC、TMC及ZMC等品种。
1、原材料
(1)合成树脂
复合材料模压制品所用的模压料要求合成树脂具有:①对材料有良好的浸润性能,以便在合成树脂和材料界面上形成良好的粘结;②有适当的粘度和良好的流动性,在压制条件下能够和材料一道均匀地充满整个模腔;③在压制条件下具有适宜的固化速度,并且固化过程中不产生副产物或副产物少,体积收缩率小;④能够满足模压制品特定的性能要求。按以上的选材要求,常用的合成树脂有:不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、呋喃树脂、有机硅树脂、聚丁二烯树脂、烯丙基酯、三聚氰胺树脂、聚酰亚胺树脂等。为使模压制品达到特定的性能指标,在选定树脂品种和牌号后,还应选择相应的辅助材料、填料和颜料。
(2)材料
模压料中常用的材料主要有玻璃纤维开刀丝、无捻粗纱、有捻粗纱、连续玻璃纤维束、玻璃纤维布、玻璃纤维毡等,也有少量特种制品选用石棉毡、石棉织物(布)和石棉纸以及高硅氧纤维、碳纤维、有机纤维(如芳纶纤维、尼龙纤维等)和天然纤维(如亚麻布、棉布、煮炼布、不煮炼布等)等品种。有时也采用两种或两种以上纤维混杂料作材料。
(3)辅助材料
一般包括固化剂(引发剂)、促进剂、稀释剂、表面处理剂、低收缩添加剂、脱模剂、着色剂(颜料)和填料等辅助材料。
2、模压料的制备
以玻璃纤维(或玻璃布)浸渍树脂制成的模压料为例,其生产工艺可分为预混法和预浸法两种。
(1)预混法 先将玻璃纤维切割成30~50mm的短切纤维,经蓬松后在捏合机中与树脂胶液充分捏合至树脂完全浸润玻璃纤维,再经烘干(晾干)至适当粘度即可。其特点是纤维松散无定向,生产量大,用此法生产的模压料比容大,流动性好,但在制备过程中纤维强度损失较大。
(2)预浸法 纤维预浸法是将整束连续玻璃纤维(或布)经过浸胶、烘干、切短而成。其特点是纤维成束状,比较紧密,制备模压料的过程中纤维强度损失较小,但模压料的流动性及料束之间的相容性稍差。
SMC、BMC、HMC、XMC、TMC及ZMC生产技术
片状模压料(Sheet Molding Compound, SMC)是由树脂糊浸渍纤维或短切纤维毡,两边覆盖聚乙烯薄膜而制成的一类片状模压料,属于预浸毡料范围。是目前国际上应用广泛的成型材料之一。
SMC是用不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩添加剂、填料、内脱模剂和着色剂等混合成树脂糊浸渍短切纤维粗纱或玻璃纤维毡,并在两面用聚乙烯或聚丙烯薄膜包覆起来形成的片状模压料。SMC作为一种发展迅猛的新型模压料,具有许多特点:
①重现性好,不受操作者和外界条件的影响;
②操作处理方便;
③操作环境清洁、卫生,改善了劳动条件;
④流动性好,可成型异形制品;
⑤模压工艺对温度和压力要求不高,可变范围大,可大幅度降低设备和模具费用;
⑥纤维长度40~50mm,质量均匀性好,适宜于压制截面变化不大的大型薄壁制品;
⑦所得制品表面光洁度高,采用低收缩添加剂后,表面质量更为理想;
⑧生产效率高,成型周期短,易于实现全自动机械化操作,生产成本相对较低。
SMC作为一种新型材料,根据具体用途和要求的不同又发展出一系列新品种,如BMC、TMC、HNC、XMC等。
①团状模压料(Bulk Molding Compound, BMC) 其组成与SMC极为相似,是一种改进型的预混团状模压料,可用于模压和挤出成型。两者的区别仅在于材料形态和制作工艺上。BMC中纤维含量较低,纤维长度较短,约6~18mm,填料含料较大,因而BMC制品的强度比SMC制品的强度低,BMC比较适合于压制小型制品,而SMC适合于大型薄壁制品。
②厚片状模压料(Thick Molding Compound, TMC) 其组成和制作与SMC相似,厚达50mm。由于TMC厚度大,玻璃纤维能随机分布,改善了树脂对玻璃纤维的浸润性。此外,该材料还可以采用注射和传递成型。
③高强度模压料(Hight Molding Compound, HMC) 和高强度片状模压料XMC主要用于制造汽车部件。HMC中不加或少加填料,采用短切玻璃纤维,纤维含量为65%左右,玻璃纤维定向分布,具有极好的流动性和成型表面,其制品强度约是SMC制品强度的3倍。XMC用定向连续纤维,纤维含量达70%~80%,不含填料。
④ZMC ZMC是一种模塑成型技术,ZMC三个字母并无实际含义,而是包含模塑料、注射模塑机械和模具三种含义。ZMC制品既保持了较高的强度指标,又具有优良的外观和很高的生产效率,综合了SMC和BMC的优点,获得了较快的发展。
1、 SMC的原材料
SMC的原材料由合成树脂、材料和辅助材料三大类组成。
(1)合成树脂 合成树脂为不饱和聚酯树脂,不同的不饱和树脂对树脂糊的增稠效果、工艺特性以及制品性能、收缩率、表面状态均有直接的影响。SMC对不饱和聚酯树脂有以下要求:
①粘度低,对玻璃纤维浸润性能好;
②同增稠剂具有足够的反应性,满足增稠要求;
③固化迅速,生产周期短,效率高;
④固化物有足够的热态强度,便于制品的热脱模;
⑤固化物有足够的韧性,制品发生某些变形时不开裂;
⑥较低的收缩率。
(2)材料 材料为短切玻璃纤维粗纱或原丝。在不饱和聚酯树脂模塑料中,用于SMC的材料目前只有短切玻璃纤维毡,而用于预混料的材料比较多,有短切玻璃纤维,石棉纤维、麻和其它各种有机纤维。在SMC中,玻璃纤维含量可在5%~50%之间调节。
(3)辅助材料辅助材料包括固化剂(引发剂)、表面处理剂、增稠剂、低收缩添加剂、脱模剂、着色剂、填料和交联剂。
2、SMC的制备工艺
SMC生产的工艺流程主要包括树脂糊制备、上糊操作、纤维切割沉降及浸渍、树脂稠化等过程,其工艺流程图如下:
(1)树脂糊的制备及上糊操作
树脂糊的制备有两种方法--间歇法和连续法。间歇法程序如下:
①将不饱和聚酯树脂和苯乙烯倒入配料釜中,搅拌均匀;
②将引发剂倒入配料釜中,与树脂和苯乙烯混匀;
③在搅拌作用下加入增稠剂和脱模剂;
④在低速搅拌下加入填料和低收缩添加剂;
⑤在配方所列各组分分散为止,停止搅拌,静置待用。连续法是将SMC配方中的树脂糊分为两部分,即增稠剂、脱模剂、部分填料和苯乙烯为一部分,其余组分为另一部分,分别计量、混匀后,送入SMC机组上设置的相应贮料容器内,在需要时由管路计量泵计量后进入静态混合器,混合均匀后输送到SMC机组的上糊区,再涂布到聚乙烯薄膜上。
(2)浸渍和压实 经过涂布树脂糊的下承载薄膜在机组的牵引下进入短切玻璃纤维沉降室,切割好的短切玻璃纤维均匀沉降在树脂糊上,达到要求的沉降量后,随传动装置离开沉降室,并和涂布有树脂糊的上承载薄膜相叠合,然后进入由一系列错落排列的锟阵中,在张力和辊的作用下,下、上承载薄膜将树脂糊和短切玻璃纤维紧紧压在一起,经过多次反复,使短切玻璃纤维浸渍树脂并赶走其中的气泡,形成密实而均匀的连续SMC片料。
复合材料模压料按其成型周期的长短,一般可分为快速成型工艺和慢速成型工艺两种。快速成型工艺适用于压制小型薄壁复合材料制品,慢速成型工艺适用于压制大型厚壁复合材料制品。
三、热塑性复合材料成型工艺
热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等各种热塑性树脂的总称,国外称FRTP(Fiber Rinforced Thermo Plastics)。由于热塑性树脂和材料种类不同,其生产工艺和制成的复合材料性能差别很大。
从生产工艺角度分析,塑性复合材料分为短纤维复合材料和连续纤维复合材料两大类:
短纤维复合材料
①注射成型工艺;②挤出成型工艺;③离心成型工艺。(2)连续纤维及长纤维复合材料 ①预浸料模压成型;②片状模塑料冲压成型;③片状模塑料真空成型;④预浸纱缠绕成型;⑤拉挤成型。
热塑性复合材料的特殊性能如下:
(1)密度小、强度高 热塑性复合材料的密度为1.1~1.6g/cm3,仅为钢材的1/5~1/7,比热固性玻璃钢轻1/3~1/4。它能够以较小的单位质量获得更高的机械强度。一般来讲,不论是通用塑料还是工程塑料,用玻璃纤维后,都会获得较高的效果,提高强度应用档次。
(2)性能可设计性的自由度大 热塑性复合材料的物理性能、化学性能、力学性能,都是通过合理选择原材料种类、配比、加工方法、纤维含量和铺层方式进行设计。由于热塑性复合材料的基体材料种类比热固性复合材料多很多,因此,其选材设计的自由度也就大得多。
(3)热性能 一般塑料的使用温度为50~100℃,用玻璃纤维后,可提高到100℃以上。尼龙6的热变形温度为65℃,用30%玻纤后,热形温度可提高到190℃。聚醚醚酮树脂的耐热性达220℃,用30%玻纤后,使用温度可提高到310℃,这样高的耐热性,热固性复合材料是达不到的。热塑性复合材料的线膨胀系数比未的塑料低1/4~1/2,能够降低制品成型过程中的收缩率,提高制品尺寸精度。其导热系数为0.3~0.36W(㎡·K),与热固性复合材料相似。
(4)耐化学腐蚀性 复合材料的耐化学腐蚀性,主要由基体材料的性能决定,热塑性树脂的种类很多,每种树脂都有自己的防腐特点,因此,可以根据复合材料的使用环境和介质条件,对基体树脂进行优选,一般都能满足使用要求。热塑性复合材料的耐水性优于热固性复合材料。
(5)电性能 一般热塑性复合材料都具有良好的介电性能,不反射无线电电波,透过微波性能良好等。由于热塑性复合材料的吸水率比热固性玻璃钢小,故其电性能优于后者。在热塑性复合材料中加入导电材料后,可改善其导电性能,防止产生静电。
(6)废料能回收利用 热塑性复合材料可重复加工成型,废品和边角余料能回收利用,不会造成环境污染。
由于热塑性复合材料有很多优于热固性玻璃钢的特殊性能,应用领域十分广泛,从国外的应用情况分析,热塑性复合材料主要用于车辆制造工业、机电工业、化工防腐及建筑工程等方面。
1、注射成型工艺
注射成型是热塑性复合材料的主要生产方法,历史悠久,应用广。其优点是:成型周期短,能耗小,产品精度高,一次可成型开关复杂及带有嵌件的制品,一模能生产几个制品,生产效率高。缺点是不能生产纤维复合材料制品和对模具质量要求较高。根据目前的技术发展水平,注射成型的大产品为5kg,小到1g,这种方法主要用来生产各种机械零件,建筑制品,家电壳体,电器材料,车辆配件等。
2、挤出成型工艺
挤出成型是热塑性复合材料制品生产中应用较广的工艺之一。其主要特点是生产过程连续,生产效率高,设备简单,技术容易掌握等。挤出成型工艺主要用于生产管、棒、板及异型断面型等产品。塑料管玻纤门窗异型断面型材,在我国有很大市场。挤出成型复合材料制品的工艺流程如下:
3、缠绕成型工艺
热塑性复合材料的缠绕成型工艺原理和缠绕机设备与热固性玻璃的一样,不同的是热塑性复合材料缠绕制品的材料不是玻纤粗纱,而是经过浸胶(热塑性树脂)的预浸纱。因此,需要在缠绕机上增加预浸纱预热装置和加热加压辊。缠绕成型时,先将预浸纱加热到软化点,再与芯模的接触点加热,并加压辊加压,使其熔接成一个整体。
4、热塑性复合材料拉挤成型
热塑性复合材料的拉挤成型工艺与热固性玻璃钢的基本相似。只要把进入模具前的浸胶方法加以改造,生产热固性玻璃钢的设备便可使用。生产热塑性复合材料拉挤产品的材料有两种:一种是经过浸胶的预浸纱或预浸带,另一种是未浸胶的纤维或纤维带。
5、焊接层合法
此法系利用热塑性复合材料的可焊性,生产复合材料板材。其方法如下:先在工作台上压铺一层预浸料(一般宽500mm),铺第二层浸料时,开动压辊的焊接器,使预浸料进入压辊下,焊接器使上下两层预浸料在几秒钟内同时受热熔化,当机器向前移动时,预浸料在压辊的压力(0.3MPa)作用下粘合成一体。如此重复,可生产任意厚度的板材。
6、热塑性片状模塑料制品冲压成型工艺
热塑性片状模塑制品冲压成型与热固性SMC压制成型不同,它要先将坯料预热,然后再放放模具加压成型。
7、热塑性复合材料的连接技术
热塑性复合材料的连接方法很多,例举如下:
①铆接 用于热塑性复合材料铆接用的铆钉,一般都是用连续纤维热塑性塑料制造,好是用拉挤棒材制造。施工时,铆钉预热到可以加压塑变的温度,铆钉与孔径应能严密配合,不能大,也不能小。也可以用金属螺栓。铆接的优点是耐冲击性好,无电化学腐蚀,价格便宜。
②焊接 热塑性复合材料的焊接处理,是将被连接材料的焊接表面加热到熔化状态,然后搭接加压,使之接成一体。复合材料焊接原理与塑料焊接相似,但要注意焊接处的纤维效果不能降低很多。
③管件对接焊 热塑性复合材料管的对接焊方法有直接对接和补强对接焊两种。这种连接方法的优点是工艺简单,可在现场施工,不需对管子进行机械加工,连接强度高,不易断裂。缺点是成本高,工艺要求严格,要保证尺寸紧密配合。
④缠绕焊接 用预浸带沿焊缝手工或机械缠绕,同是用火焰喷枪对接触点加热熔融,使之与被连接件粘牢。选择预浸带时,要注意纤维的方向和含量。此法较实用,被连接材料能保留较好的性能,但易出现加热不均的现象。
⑤薄板超声波焊接 此法是用超声波对被连接处进行加热焊接,一般能够获得较高的连接强度。
四、其它成型工艺
聚合物基复合材料的其它成型工艺,主要指离心成型工艺、浇铸成型工艺、弹性体贮存树脂成型工艺(ERM)、反应注射成型工艺(RRIM)等。
1、离心成型工艺
离心成型工艺在复合材料制品生产中,主要是用于制造管材(地埋管),它是将树脂、玻璃纤维和填料按一定比例和方法加入到旋转的模腔内,依靠高速旋转产生的离心力,使物料挤压密实,固化成型。
离心玻璃钢管分为压力管非压力管两类,其使用压力为0~18MPa。这种管的管径一般为φ400~φ2500mm,大管径或达5m,以φ1200mm以上管径经济效果佳,离心管的长度2~12m,一般为6 m。
离心玻璃钢管的优点很多,与普通玻璃钢管和混凝土管相比,它强度高、重量轻,防腐、耐磨(是石棉水泥管的5~10倍)、节能、耐久(50年以上)及综合工程造价低,特别是大口径管等;与缠绕加砂玻璃钢管相比,其大特点是刚度大,成本低,管壁可以按其功能设计成多层结构。离心法制管质量稳定,原材料损耗少,其综合成本低于钢管。离心玻璃钢管可埋深15m,能随真空及外压。其缺点是内表面不够光滑,水力学特性比较差。
离心玻璃钢管的应用前景十分广阔,其主要应用范围包括:给水及排水工程干管,油田注水管、污水管、化工防腐管等。
(1)原材料
生产离心管的原材料有树脂、玻璃纤维及填料(粉状和粒状填料)等。
树脂 应用广的是不饱和聚酯树脂,可根据使用条件和工艺要求选择树脂牌号和固化剂。
材料 主工是玻璃纤维及其制品。玻纤制品有连续纤维毡、网格布及单向布等,制造异形断面制品时,可先将玻纤制成预制品,然后放入模内。
填料 填料的作是用增加制品的刚度、厚度、降低成本,填料的种类要根据使用要求选择,一般为石英砂、石英粉、辉绿岩粉等。
(2)工艺流程
离心制管工艺流程如下:
离心制管的加料方法与缠绕成型工艺不同,加料系统是把树脂、纤维和填料的供料装置,统一安装在可往复运动的小车上。
(3)模具
离心法生产玻璃钢管的模具,主要是钢模,模具分整体式和拼装式两种:小于φ800mm管的模具,用整体式,大于φ800mm管的模具,可以用拼装式。
模具设计要保证有足够的强度和刚度,防止旋转、震动过程中变形。模具由管身、封头、托轮箍组成。管身由钢板卷焊而成,小直径管身可用无缝钢管。封头的作用是增加管模端头的强度和防止物料外流。托轮箍的作用是支撑模具,传递旋转力,使模具在离心机上高速度旋转,模具的管身内表面要平整,光滑,一般都要精加工和抛光,保证顺利脱模。
2、浇注成型工艺
浇注成型主要用于生产无纤维的复合材料制品,如人造大理石,钮扣、包埋动、植物标本、工艺品、锚杆固定剂、装饰板等。
浇注成型比较简单,但要生产出优良产品,则需要熟练的操作技术。
(1)钮扣生产工艺
用聚酯树脂浇注的钮扣,具有硬度高,光泽好,耐磨、耐烫、耐干洗、花色品种多及价格低等优点,目前在国内外已基本取代了有机玻璃钮扣,占钮扣市场80%以上。
生产钮扣的原料主要是不饱和聚酯树脂、固化剂(引发剂采用过氧化甲乙酮)和辅助材料(包括色浆、珠光粉、触变剂等)。
聚酯钮扣采用离心浇注式棒材浇注法生产,先制成板材或棒材,然后经切板、切棒制成钮扣,再经热处理、刮面、刮底、铣槽、打眼、抛光等工序制成钮扣。
(2)人造石材生产工艺
人造石材是用不饱和聚酯树脂和填料制成的。由于所选用的填料不同,制成的人造石材分为人造大理石、人造玛瑙、人造花岗石和聚酯混凝土等。
生产人造石材的原材料是不饱和聚酯树脂,填料和颜料:
①树脂 生产人造石材的树脂分面层和结构层两各,表面装饰层树脂要求收缩性小,有韧性、硬度好,耐热、耐磨、耐水等,同时要求易调色。辛戌二醇邻苯型树脂用于人造石材,辛戌二醇间苯型树脂用于生产卫生洁具。固化体系,常用过氧化甲乙酮、萘酸钴溶液。
②填料 生产人造石材的填料有很多,生产人造大理石的填料是大理石粉,石英粉、白云石粉、碳酸钙粉等,生产人造花岗石的填料是用粒料级配,不同品种花岗石用不同色彩的粒料,生产人玛瑙的填料要有一定透明性,一般选用氢氧化铝或三氧化二铝等。
③颜料 生产人造石材需要各色颜料,如制人造大理石或人造玛瑙浴盆,应选择耐热、耐水的色浆,制造装饰板及工艺品时,要选用耐光、耐水及耐久的颜料。
生产人造大理石、花岗石板材用的模具材料有玻璃钢、不锈钢、塑料、玻璃等。生产人造石板材的模板,要求表面平整,光泽、有足够的强度和刚度,能经受生产过程中的热应力、搬运荷载及碰撞等。
3、弹性体贮树脂模塑成型技术
弹性体贮树脂模塑成型(Elastic Reservir Molding, ERM)是80年代在欧美出现的新工艺,它是用柔性材料(开孔聚氨酯泡沫塑料)作为芯材并渗入树脂糊。这种渗有树脂糊的泡沫体留在成型好的ERM材料中间,泡沫体使ERM制成的产品密度降低,冲击强度和刚度提高,故可称为压制成型的夹层结构制品。
ERM与SMC一样,同属于模压成型的片状模塑料,只是由于ERM具有夹层结构的构造,给它带来优于SMC的特点:
重量轻:ERM比用毡和SMC制成的制品轻30%以上;(2)ERM制品的比刚度优于SMC、铝和钢制成的制品;(3)搞冲击强度高:在材料含量相同的条件下,ERM比SMC的抗冲击强度高很多;(4)物理力学性能高:在材料含量相同的条件下,ERM制品的物理力学性能优于SMC制品;(5)投资费用低:ERM成型机组比SMC机组简单,ERM制品成型压力比SMC制品低10倍左右,故生产ERM制品时可以采用低吨位压机和低强度材料模具,从而减少建投资。
ERM制品生产工艺分为ERM制造和ERM制品成型两个过程:
(1)ERM生产工艺 ERM生产原材料为开孔聚氨酯泡沫塑料,各种纤维制品(如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维制成的短切毡、连续纤维毡、针织毡等)和各种热固性树脂。其生产过程如下:先在ERM机组上将调好的树脂糊浸渍开孔聚氨酯泡沫塑料,通过涂刮器将树脂糊涂到泡沫上,用压辊将树脂糊压挤到泡沫体的孔内,然后将两层泡沫复合到一起,后在上下两个面铺放玻纤维毡或其它纤维制品,制成ERM夹层材料,切割成适宜的尺寸,用于压制成型或贮存。
(2)ERM制品生产工艺 ERM制品生产过程与其它热固性模压料(玻纤布或毡预浸料、SMC等)相比,需要在热压条件下固化成型,但成型压力比SMC小很多,大约是SMC成型压力的1/10,为0.5~0.7MPa。
ERM技术目前主要用于汽车工业材料和轻质建筑复合材料工业。由于ERM具有夹层结构材料的特点,是适用于生产大型结构的组合部件,各种轻质板材,活动房屋、雷达罩,房门等。在汽车工业中的制品有行李车拖斗、盖板、仪表盘、保险杠、车门、底板等。
4、反应注射模塑技术
反应注射模塑工艺(Reinforced Reaction Injection Molding, RRIM)是利用高压冲击来混合两种单体物料及短纤维材料,并将其注射到模腔内,经快速固化反应形成制品的一种成型方法。如果不用材料,则称为反应注射模塑(ReactionInjection Moling, RIM)。采用连续纤维时,称为结构反应注射模塑(Structure Reaction Injection Molding, SRIM)。
RRIM的原材料分树脂体系和材料两类
(1)树脂体系 生产RRIM的树脂应滞如下要求:①要由两种以上的单体组成;②单体在室温条件下能保持稳定;③粘度适当,容易用泵输送;④单体混合后,能快速固化;⑤固化反应不产生副产物。应用多的是聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂和环氧树脂。
(2)材料 常用的材料有玻璃纤维粉、玻璃纤维和玻璃微珠。为了增加材料与树脂的粘接强度,上述材料都采用偶联剂进行表面处理。
RRIM的工艺特点:
①产品设计自由度大,可以生产大尺寸部件;
②成型压力低(0.35~0.7MPa),反应成型时,无模压应力,产品在模内发热量小;
③制品收缩率低,尺寸稳定性好,因加有大量填料和材料,减少了树脂固化收缩;
④制品镶嵌件工艺简便;
⑤制品表面质量好,玻璃粉和玻璃微珠能提高制品耐磨性和耐热性;
⑥生产设备简单,模具费用低,成型周期短,制品生产成本低。RRIM制品的大用户是汽车工为,可做汽车保险杠、仪表盘,高强度RRIM制品可以做汽车的结构材料、承载材料。由于其成型周期短,性能可设计,在电绝缘工程、防腐工程、机械仪表工业中代替工程塑料及高分子合金应用。
相关新闻