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【模压工艺解读】模压料的组成、制备及影响质量的因素

   日期:2020-04-29     来源:《复合材料件可制造性技术》    浏览:794    
核心提示:​01模压料的组成(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:①对增强材料有良好的浸润性能,以便在合成树脂和增强材

 

01

模压料的组成

 

(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:①对增强材料有良好的浸润性能,以便在合成树脂和增强材料界面形成良好的黏结;②有适当的黏度和良好的流动性,在压制条件下能够和增强材料-道均匀地充满整个模腔;③在压制条件下具有适当的固化速度,并且在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。按照以上的选材要求,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、烯丙基树脂、三聚氰胺树脂、聚酰亚胺树脂等。其中不饱和聚酯树脂主要用于SMC、BMC等。 应用最普遍的是环氧树脂和酚醛树脂。环氧树脂中常用的品种有: 双酚A型环氧树脂、酚醛改性环氧树脂及其他材料改性环氧树脂。常用的酚醛树脂品种有:氨酚醛树脂、镁酚醛树脂、钡酚醛树脂、硼酚醛树脂以及聚乙烯醇缩丁醛改性酚醛树脂等。

 

(2)增强材料

 

模压料中常用的增强材料有玻璃纤维无捻粗纱、有捻粗纱、连续玻璃纤维束、玻璃纤维布、玻璃纤维毡等,也有少量特种品种选用石棉毡、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、煮练布、不煮练布等)等品种。也可以采用两种或两种以上纤维混杂料作增强材料。

 

(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。

 

a.稀释剂也叫溶剂,在配制树脂胶液是将合成树脂稀释至所需要的黏度,以增强树脂对纤维及其织物的浸润能力。同时由于树脂黏度的降低,还增加了树脂胶液对填料的容纳能力,能够在较大的范围内改善树脂固化物的性能。

 

b.表面处理剂即偶联剂,它能显著提高合成树脂与增强材料之间的黏结强度。常用的表面处理剂可分为三大类,即沃兰类、硅烷类和钛酸酯类。它们都具有各自的应用范围和特性。对于以玻璃纤维为增强材料,树脂为不饱和聚酯或环氧树脂、酚醛树脂,表面处理剂常选用硅烷类处理剂,有温度要求或填料用量较大时,可选用钛酸酯类处理剂。

 

c.固化剂和促进剂,辅助材料的主体。固化剂又叫引发剂,即是其自身的分解或与合成树脂分子链上某个官能团的反应而引|发树脂分子与固化剂分子之间以及树脂分子的相互反应,最终使树脂变成不熔不溶的三维空间大分子结构。促进剂则是固化剂的辅助试剂,它能的固化反应能加速进行。固化剂和促进剂应以液态为好,以便能在树脂胶液中获得最大程度的均匀分布。期量随树脂品种、固化剂和促进剂品种的不同而不同。

 

d.脱模剂,是指能使模压制品顺利地与模具相脱离的物质。加入到模压料中的脱模剂也叫内脱模剂,它能在模压料的成形温度下熔化,并自动迁移到模压料与模具的边界上,从而在模具表面形成一层具有不黏性的薄膜。最常用的内脱模剂是硬酯酸盐类。此外还采用卵磷脂、烷基磷酸脂、合成蜡和天然蜡等。选材时要求模压料的成形温度与所选的硬酯酸盐的熔点温度之差不超过20%,内脱模剂的用量不超过2%。

 

e.阻聚剂,是用来阻止模压料中不希望产生的聚合反应的物质。对阻聚剂的要求是:在引发剂和所用树脂的临界温度内不失效,对树脂的固化反应影响不大。它的品种很多,无机物如硫、铜、亚硫酸盐等,有机物质如对苯二酚,叔丁基邻苯二酚、硝基苯、N-苯基萘胺等都是阻聚剂,空气中的氧也是阻聚剂。最常用的阻聚剂为对苯二酚,其用量极少,- 般占树脂用量的0.02% ~ 0.05%。

 

f.着色剂又叫颜料,它是使模压制品的表面呈现出不同色彩的物质。

 

g.填料,为了改善模压制品的某些性能和降低成本而向模压料中加入的粉状固体物质。填料能提高模压料的流动性,降低模压制品的收缩率, 提高制品表面的光洁度。某些填料还能改善制品的耐热性、耐腐蚀性、电绝缘性等。更重要的一点是填料的加入还能大大降低模压制品的生产成本。-般填料的加入量为树脂用量的15% ~ 20%。常用的填料有碳酸钙、滑石粉、石英粉、云母粉、高岭土粉、硅灰粉、瓷土粉等。为确保大量使用填料时填料与树脂分子间牢固黏结,应预先使用表面处理剂处理所选用的填料,即形成所谓的活性填料。

 

02

模压料的制备

 

本节主要介绍的模压料是指以玻璃纤维或玻璃布浸渍树脂而制成的,其生产工艺可分为预混法和预浸法,每种方法也可按照操作的不同而分为手工法和机械法两种。

 

(1)预混法

 

先将玻璃纤维切成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纤维,再经烘干或晾干至适当黏度即可。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。

 

预混法生产模压料的工艺过程是:按照预先设计好的配料比准确称取树脂、玻璃纤维及各种辅助材料,先将树脂稀释至需要的黏度,然后加入辅助材料搅拌均匀,将树脂胶液倒入捏合机中,加入相应重量的玻璃纤维并充分捏合至玻璃纤维被充分浸润,然后在撕松机中撕松、在烘干机中烘干或晾干至要求的黏度或树脂固化度后, 冷却至常温,装入贮存袋中备用。其工艺流程见图3-8。

在生产过程中需要控制捏合时间。时间过短,树脂对玻璃纤维的浸润不完全,树脂与玻璃纤维混合不均匀;时间过长, 玻璃纤维强度损失太大。此外,将树脂黏度控制在合理的范围内也是很重要的,树脂黏度过大或过小,纤维均不易为树脂均匀浸润,对纤维强度也带来较大的损失。

 

(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损失较小,但模压料的流动性及料束之间的相容性稍差。其生产工艺见图3- 9。

在预浸料生产过程中,应严格控制树脂溶液的密度、烘干温度及玻璃纤维束的牵引速度等。

 

03

影响模压料质量的因素

 

模压料质量的好坏对其模压特性及模压制品的性能有极大的影响。一般情况下应控制好树脂含量、挥发物含量和不溶性树脂含这三个指标。

 

(1)稀释剂的用量

 

为了使树脂能浸透纤维并混合均匀,需要预先将树脂配制成一定黏度的溶液,此时稀释剂起到调节树脂黏度的作用。树脂黏度低,对浸透增强材料有利,增强材料的强度损失也就小,同时能容纳的填料就多;但黏度过低将不利于树脂和纤维的均匀混合,也不利于树脂对纤维的黏结,而且还将导致模压料在压制过程中固化收缩率增大,使模压制品产生龟裂、变形。此外,稀释剂用量过多还将导致生产成本增大。

 

(2)纤维长度

 

纤维长度是影响模压料质量的重要因素之一。长度过短,增强效果降低;长度过长,将导致预混模压料生产过程中纤维的严重缠结。实践证明,机械法生产预混模压料时, 纤维长度20~40mm为宜,手工法生产预混模压料时,纤维长度以30~50mm为好。

 

(3)模压料的烘干条件

 

烘干的目的是除去大部分挥发物,降低压制时模压料的流动性、模压制品的收缩率、增加尺寸稳定性等。在烘干过程中,物料的铺放厚度不宜过大,应保证烘干速度及烘干后物料的均质性。

 

(4)模压料的贮存条件

 

模压料是复合材料压制品制造过程中的半成品,即树脂处于半固化状态。为了确保模压料的工艺性,必须使模压料在贮存过程中树脂停止固化反应,故要求贮存室避热、避光、密闭,贮存温度则应根据具体材料和贮存期的要求通过反复实验来确定,防止出现模压料发脆、表面发黏、流胶和导致模压料变质甚至报废等现象。

 

(5)模压料的存放期

 

新制的模压料应存放4~5天后再用。因为经过存放后的模压料挥发物含量降低,质量均匀性提高,在一定程度上改善了模压料的性能。

 

(6)其他因素

 

捏合机和撕松机设计的合理性,如机械构造、转速及与壳体的间隙等都会影响模压料的质量,此外,捏合时间也会影响模压料的强度和树脂的浸透性。

 

 
 
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