2.1模塑粉模压法模塑粉主要由树脂、填料、固化剂、着色剂和脱模剂等构成。其中的树脂主要是热固性树脂(如酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂等),分子量高、流动性差、熔融温度很高的难于注射和挤出成型的热塑性树脂也可制成模塑粉。模塑粉和其他模压料的成型工艺基本相同,两者的主要差别在于前者不含强材料,故其制品强度较低,主要用于次受力件。
2.2吸附预成型坯模压法采用吸附法(空气吸附或湿浆吸附)预先将玻璃纤维制成与模压成型制品结构相似的预成型坯,然后把其置于模具内,并在其上倒入树脂糊,在一定的温度与压力下成型。此法采用的材料成本较低,可采用较长的短切纤维,适于成型形状较复杂的制品,可以实现自动化,但设备费用较高。
2.3团状模塑料模压法团状模塑料(BMC)是一种纤维强的热固性塑料,且通常是一种由不饱和聚酯树脂、短切纤维、填料以及各种添加剂构成的、经充分混合而成的团状预浸料。BMC中加入有低收缩添加剂,从而大大改善了制品的外观性能。BMC具有如下优点:价格低;成型速率高,适合大批量生产;可整体成型形状复杂的制品;能成型嵌件、孔、螺纹、筋和凸台等结构;制品的耐热性、耐燃性、耐腐蚀性、耐冲击性、电绝缘性、耐电弧性、耐漏电性优良;制品的尺寸精度、表观性能和稳定性好。BMC模压成型制品己在电子电气、仪表、化工、军工等领域中得到广泛应用。
2.4片状模塑料模压法片状模塑料(SMC)是一种由树脂、强纤维、填料以及各种添加剂(如固化剂、化学稠剂、低收缩添加剂、脱模剂和着色剂)等组成的夹芯薄片状材料,其芯部由经树脂糊充分浸渍的短切玻璃纤维(或毡片)构成,上下两面被聚乙烯薄膜覆盖。自从1960年德国Bayer公司将SMC工业化生产、压制成玻璃钢制品以来,由于其具有不少优点,因而己广泛应用于电子电气、汽车等各个领域。与BMC相比,SMC所含的短切玻璃纤维较多,而填料则较少,需要化学稠。
SMC综合了BMC的优良成型性以及吸附预成型坯模压成型制品的良好强度,同时克服了后者的缺点。SMC的主要优点有:生产效率高,成本低,操作方便,过程易实现自动化;成型时树脂粘度下降不大,流动性好,使玻璃纤维能随树脂相一起流动,即使成型结构复杂的制品也能实现玻璃纤维的均匀分布,从而制品有高的物理性能;纤维浮出少,制品表面平滑,有光泽;能成型带嵌件、孔、螺纹、筋和凸台等结构以及变厚度的制品,尤其适于成型大面积薄壁制品。SMC模压成型的缺点是设备造价高,设备操作及过程控制较复杂,对制品设计(尤其是筋的设计)有较高的要求。
40年来,SMC得到了迅速的发展,目前仍在不断的发展中。SMC有许多品种,如一般电器、耐腐、自熄、低收缩、不收缩和吸能等。除了普通SMC外,还有多种新型的SMC,分述如下。
强的塑料,不同的是,LPMC中不含金属氧化物类稠剂,而含结晶不饱和聚酯(其约在93C下熔融),这可使LPMC具有普通SMC那样的室温下易于处理的性能,又使得其在模压温度下具有低粘度的特性,从而可在低压(约0.71.7MPa)下模压成型(普通SMC的模压成型压力通常高于5MPa)。LPMC的混合与普通SMC的很类似,但温度要高些(55C以上),模压成型可在与普通SMC相似的设备上进行。LPMC的主要优点:原料可有较长的储存寿命,在室温下储存1年也不会影响其性能和加工性能;可降低模具造价(比普通SMC的低50%以上);模腔中的肋部易于充模,可采用较复杂的嵌件;可缩短成型周期。
HMC和XMC主要用于成型为结构件。其中HMC采用的纤维为短切粗纱,含量高达65%或以上。HMC是一种各向同性的材料,其强度约为普通SMC的2倍。XMC是采用连续粗纱或股纱通过缠绕方法使纤维按“X”型交叉排列而制成的,纤维含量最高可达80%,纤维的斜交夹角为82因而XMC是一种各向异性的材料,沿纤维排列方向的强度达普通SMC的5~8倍。不过,XMC模压成型时,垂直于纤维排列方向的流动程度仅在15%以内,沿纤维方向基本不发生流动。因此,经常将HMC和XMC并用,以综合前者良好的成型性能和后者制品的尚强度特性。一种尚模量的SMC,其含40%的玻璃纤维(长度为25mm;),可使机械性能比普通SMC的提高40%(拉伸强度为160MPa,弯曲模量达15GPa),并具有良好的抗疲劳性和回弹性,可用于成型结构件(如保险杠、底板等汽车配件YSMC在制备过程中不需稠、浸渍和脱泡工序,所用强材料的种类多(如粗纱、玻璃纤维毡和布),纤维变化范围广,制品的机械性能可具有方向性。YSMC的模压成型压力比SMC的低,仅需l~3MPa的压力即可使物料充满模腔。YSMC在某些方面弥补了SMC的缺点。
即按一定的方式加入定长纤维、连续纤维而制备的。在定长纤维SMC中,纤维长度为200mm,含量为8%,与其匹配的短纤维(长度25mm)含量为这是一种由某些热塑性塑料或其他专有的聚合物混合料韧、并含一定量C如30%)玻璃纤维的不饱和聚酯,故有时被称为韧SMC. 6mm.TMC的性能与SMC的相似,两者的主要区别在于前者中树脂糊对玻璃纤维进行了浸渍,故可提高生产效率50%;TMC中的填料含量可达BMC中的填料含量水平(即树脂:填料=1:2),而性能则优于BMC.可见,TMC是介于SMC和BMC之间的一种工艺。
这是采用低收缩树脂或加入热塑性低收缩添加剂制成的SMC,其模压成型制品的收缩率可趋于零,且制品有高的尺寸精度和低的表面粗糙度。
它不需要普通SMC所需的专门熟化室,而且具有在室温下24h达到不粘手的特点,其模压成型制品具有优良的刚度、耐冲击性和尺寸稳定性。
和耐燃SMC等。
在各类SMC中,广泛采用的树脂有不饱和聚酯、乙烯基酯和环氧树脂,其中后者的模压成型时间远大于前两者的模压成型时间。酚醛树脂也可用于SMC的制备,与通用的聚酯基SMC相比,这种SMC具有低的发烟性、可燃性和较高的耐热性。
2.5短纤维料模压法这是一种把经过预混或预浸渍后的短纤维料置于模具内成型的方法。此法采用的树脂一般为酚醛树脂、环氧树脂、改性环氧树脂等,树脂体系多为单组分或双组分;玻璃纤维较长C30~50mm),其含量较高(50°/<60%,质量分数);一般很少加入粉状填料,有时可加入某种着色剂。预混时为了更好地浸渍,常需加入非活性稀释剂。此法应用广泛,主要用于成型高强度、耐热、防腐蚀等特殊性能的制品。为了保证制品具有高的性能,多采用半溢式模具或不溢式模具。
2.6毡料模压法此法采用树脂(多数为酚醛树脂)浸渍玻璃纤维毡,然后烘干为预浸毡,并把其裁剪成所需形状后置于模具内,加热加压成型为制品。此法适于成型形状较简单、厚度变化不大的薄壁大型制品。
2.7碎布料模压法把浸渍过树脂的玻璃布或其他织物的下脚料剪成碎块,然后置于模具内成型。此法适于成型形状简单、性能要求一般的制品。
2.8层压模压法这是介于层压与模压之间的一种成型方法,它把预浸渍的玻璃布或其他织物裁剪成所需形状,置于模具内层叠铺设,并加热加压成型为制品。此法适于成型大型薄壁制品或形状简单而有特殊要求的制品。
2.9缠绕模压法这是介于缠绕与模压之间的一种成型方法,它采用专用缠绕机,在一定的张力与温度下,把预浸渍的玻璃纤维或布、带缠绕在芯模上,然后在模具内进行加热加压成型为制品。此法适于成型有特殊要求的管件或回转体形制品。
2.10织物模压法即把预先织成所需形状的两维或三维织物浸渍树脂后,置于模具内加热加压成型为制品。其中三维织物模压法由于在z方向上引入了强纤维,而且纤维的配置能根据受力情况合理安排,因而明显改善了制品的性能,特别是层间性能。与一般模压成型制品比,织物模压成型的制品的性能有更好的重复性和可靠性,故这是开发具有特殊性能要求模压成型制品的一种有效途径。但此法工艺较复杂,成本较高。
2.11定向铺设模压法按制品使用时的受力情况,将玻璃纤维定向铺设,然后把定向铺设的料坯置于模具内成型为制品。此法能充分发挥强纤维的强度特性;通过纤维的准确排列,可预测制品的各向强度;制品性能的重复性好。此法尤其适于成型单向、双向应力型受力大的大型制品。
3模压成型采用的塑料及其制品的性能与用途模压成型采用的塑料主要由树脂基体、强材料、填料和各种添加剂等构成。树脂基体把强材料和填料粘结在一起,既保护了强材料,又使其在外加载荷作用下能同时均匀受力。强材料是模压料的骨架材料,主要赋予模压成型制品优良的机械性能,防止微裂纹的扩展。强材料的主要品种有玻璃纤维毡片、无捻粗纱、无捻粗纱布、短切纤维、磨碎纤维、玻璃纱线和织物以及其他品种的纤维。模压料中大量使用各种类型的填料(多为粉状),如粘土、碳酸钙、二氧化硅、云母、滑石粉、木粉以及一些具有特殊性能的材料。填料的主要作用是降低制品成本,改善成型性能,提高模压成型制品的某些物理性能和外观性能等。根据成型工艺和制品性能的要求,在树脂基体中加入各种添加剂,如固化剂、交联剂、润滑剂、催化剂、阻聚剂、助聚剂、稳定剂、着色剂和阻燃剂等。
模压成型主要用于热固性塑料(占模压成型制品的85°/<90%),也用于某些热塑性塑料。选择模压料时要综合考虑其流动性、固化时间(对热固性塑料)及制品的机械性能、耐化学性能和电气性能。
3.1热固性塑料多数热固性模压料呈粉状或粒状,有些则呈条状、油灰状或片状。表1列出了各种热固性模压料的压缩率(即模压料的体积与模压成型制品的体积之比),可见,其压缩率有低至1.1,也有高至18的。含有木粉或无机化合物填料的模压料的压缩率通常较低,而含有棉屑、尼龙屑、磨碎纤维、轮胎帘线、剑麻的模压料的压缩率则较高。若要求制品有很高的冲击强度,则加入玻璃纤维无捻粗纱。
模压成型采用的热固性塑料主要有酚醛塑料、不饱和聚酯与氨基塑料,而环氧塑料、邻苯二甲酸二烯丙酯塑料、有机硅塑料以及醇酸塑料等的用量则较少。
酚醛模压成型制品的性能因其所含填料和强材料的种类和用量的不同而不同。若采用无机填料(如云母),则酚醛模压成型制品具有良好的电气性能,但机械性能较低,故常和石棉并用;若添加玻璃纤维(如长度约6mm),则制品具有良好的冲击强度;为模压成型低密度的制品,则采用小的空心玻璃微珠作为填料。酚醛模压成型制品的尺寸稳定性好,蠕变极小。
表1各种热固性模压料的压缩率模压料种类压缩率酚醛普通石棉增强云母填充碎布增强玻璃纤维增强金属粉末填充三聚纤维素增强氰胺石棉增强甲醛碎布增强玻璃纤维增强脲醛纤维素增强聚酯(预混料)无机物填充玻璃纤维增强环氧未填充无机物填充玻璃纤维增强石棉增强聚酯纤维增强玻璃纤维增强有机硅石棉增强无机物填充玻璃纤维增强醇酸粒状油灰状石棉增强(2)不饱和聚酯塑料俗称聚酯,其价格低,且可在较低的温度与压力下成型,因而是模压成型中用量较多的一种热固性塑料。添加有玻璃纤维的聚酯制品具有质量轻、强度高、电绝缘、阻燃、耐化学等性能。
不饱和聚酯树脂主要用于制备BMC和SMC.BMC和SMC有多种级别,它们的机械性能列于表2中。BMC可用于成型线圈封盖、圆筒形线圈、轴承架、滑环、电动工具壳、大型断路器、断路器罩、医用仪器和食品器具等。
主要包括脲醛与三聚氰胺甲醛等。其中脲醛模压成型制品的硬度高,难燃,耐电弧性优良,但冲击强度低,耐候性、耐热性差,主要用作工业制件(如电器照明器具、开关插座、电话机外壳)以及日用品(如各式钮扣、餐具等三聚氰胺甲醛模压成型制品具有良好的表面硬度、光泽性、耐刻划性、耐热性和耐湿性,可用作耐电弧性电器零件(如绝缘防爆电器零件),也可用作各种耐热、耐水的餐具以及工业零件。
其模压成型制品具有良好的电绝缘性与化学稳定性等,可用作电子电气配件(如封装、绝缘层压板、印刷底板、电器件外壳等)以及机械和仪表的零部件(如齿轮、轴承、设备衬里等表2BMC和SMC制品的机械性能品种相对密度成型收缩率/%.拉伸强度/MPa弯曲强度/MPa弯曲模量/GPa吸水率/%高强度自熄低收缩耐化学电绝缘快固化通用阻燃汽车用家具用柔性耐化学/电绝缘用注:玻璃纤维含量均为25%.其模压成型制品具有优良的介电性能、尺寸稳定性以及较高的耐高温性(短期使用温度可达200 C),适于成型既耐高温又有高绝缘性能的复杂零部件,如电子电气产品和飞机等的接线板、开关、转换器、绝缘零件、插座与插头,汽车和火车等的电气装备零件,还可成型为油介质以及高温、高湿和腐蚀介质下工作的电气绝缘零部件。
其模压成型制品具有优异的耐电弧、电绝缘、耐高温(可在250C高温下长期使用)特性以及良好的机械性能,但模压成型性差(模压压力高达40~50MPa),且材料成本较高,故一般只用在特殊场合,如制备航空航天、电子电气等领域的耐高温、耐电弧的绝缘材料零部件,例如灭弧罩、飞机发动机高温油泵和燃油泵中控制电路转换的微动开关、大功率直流电机的接触器和接线板以及各种电器和仪表的插接件等。
3.2热塑性塑料实际上,热塑性塑料绝大多数采用注塑、挤出成型与吹塑等方法成型制品,但对某些热塑性塑料(如聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯),其熔融温度较高、熔体流动性差,采用上述几种方法难以成型时,或为了成型特殊用途或某些尺寸的制品时,则需采用模压成型。例如,可采用聚甲基丙烯酸甲酯模压成型大的光学透镜,与常规的注塑方法相比,这有助于消除流痕、翘曲与缩痕。由热塑性塑料成型厚壁制品时,采用注塑与模压成型的组合方法有时是有利的。
可用于模压成型的热塑性塑料有聚烯烃类塑料、聚氯乙烯类塑料、苯乙烯类塑料、氟塑料以及多种工程塑料(如聚砜类、聚醚酮类、聚甲基丙烯酸甲酯等3.2.1聚烯烃塑料其具有突出的韧性、耐磨性、自润滑性以及极好的电气性能和化学稳定性,主要用于成型耐摩擦和抗冲击的机械零、部件,如机械工业中的传动部件、泵部件、柱塞、轴承衬瓦、轴套和导轨等,在化工、食品、医疗等行业也有应用。
具有高的强度、刚度和硬度,一般通过冲压成型来生产制品,制品可用作汽车的次结构件(如门板、座椅、保险杠、挡泥板、发动机罩等)和建筑用品(如卫生洁具、台面板、门板)等。
有机硅交联聚乙烯其具有突出的电绝缘性、耐磨性以及很高的冲击强度和拉伸强度,主要用于成型电子电气行业和军用器械等所需的耐高压、耐高频和耐热的绝缘零、部件。
主要用于成型地板、墙板、天花板、门板与保3.2.2聚氯乙烯(PVC)类塑料主要用于成型化工设备,如耐腐蚀的容器、管道、风机等。
其具有热固性塑料的性能,包括高的机械强度、耐热性和尺寸稳定性,可用于生产耐热电线电缆、电绝缘零部件和飞机地板等。
其具有难燃、耐酸碱等特性,可成型隔墙板、天花板等。
具有优异的耐热老化和耐气候老化的特性。
3.2.3苯乙烯类塑料一般通过冲压成型来生产制品,制品可用作汽车配件、仪表盘以及微型电机壳体等。
主要用于成型汽车配件、电机配件与仪表外壳等。
主要用作食品、医疗的包装材料。
3.2.4氟塑料具有优异的介电性能和耐化学腐蚀、耐高低温等特性。氟塑料的主要品种有:有“塑料王”之称,广泛应用于化工(如耐腐蚀的化工设备衬里、管子、阀门、泵体等)、机械(轴承、耐腐蚀密封件)、电子电气C高频电缆、各种电器接插件)、航空、医疗、食品等行业。
凡是PTFE可应用的场合,FEP基本都可使用。
除了有与PTFE相似的用途外,PCTFE还易成型为透明视镜、实验器皿与管件等。
四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE,简称F40)耐辐射性好,主要用于成型原子能工业中的密温板等。
(5)四氟乙烯-全氟代烷基乙烯基醚共聚物封件和仪表零部件、化工中的泵阀以及电器零部件PFA俗称可熔性聚四氟乙烯,可用于成型高频及超高频绝缘子、电器绝缘零部件以及化工管道阀门等。
3.2.5聚砜类工程塑料其制品可用于机械工业(如泵体、齿轮)、汽车工业、电子电气行业(线圈骨架、印刷电路底板)和化工行业(耐酸阀门、容器等主要以C级绝缘材料应用于电子电气行业,用作线圈骨架、开关、插接件、印刷线路板等。
和易于观测等方面的零部件,如光学透镜、飞机的透明舱盖、仪表的防护罩以及军工方面的防弹玻璃等。
具有优异的耐高温稳定性和耐化学性以及优良的介电性能,制品可用于电子电气(如绝缘底座、接触开关等)、机械(如齿轮、活塞环)、汽车(汽化器和分配器)和化工(泵、叶片、阀件)等行业。
具有优异的耐热性、耐磨性和耐化学性,主要用于成型各种机械传动部件,如高温无油润滑轴承、轴瓦、齿轮、活塞环、耐溶剂衬垫等。
具有突出的耐高低温性、耐化学性和耐辐射(3)聚醚砜(PES)性,可制成飞机和航天器的雷达天线罩、印刷线路应用于电子电气、机械和汽车等领域。板。3.2.6聚酿酮类工程塑料具有优良的耐高温特性和化学稳定性,可用于成型高温电插头、笼形线圈、热水泵以及接触高温酸、碱的印刷电路板洗涤机架等。
可用于成型电子电气、机械、汽车和化工等行业的零部件。
3.2.7其他热塑性工程塑料主要用于成型透明且有一定强度的防爆、防震由上述可知,模压成型制品可以在许多应用领域显示不同的性能,可以用不同的配方去满足结构强度、耐热性、耐化学性、阻燃性、电气性能等性能要求以及降低生产成本等的要求。模压成型制品主要用作结构件、连接件、电气绝缘件和防护件等,广泛应用于工业、汽车、电子电气、机械、化工、交通运输、农业、建筑、食品、日用等诸多领域,在航空航天、军工、导弹、原子能、防御等高科技领域也都得到了应用。
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