4　模压成型

　　模压成型是适用于大批量生产高质量、中小型纤维增强制品的方法。以下分别叙述冷压成型和热压成型工艺。

　　4.1　冷压成型

　　冷压成型是接触成型向热压成型过渡的中间型工艺。冷压成型工艺所用模具为玻璃钢模具；液压机也属于轻量等级；成型压力一般不超过0.5MPa。
　　在冷压成型中，模具因树脂固化放热，可达40～50℃，局部可达60～70℃。为了能生产质量恒定的产品．模具在开始生产时常先行加热，温度稳定后即利用固化放热来加热模具，使成型周期缩短。
　　模具常用玻璃钢制造，平均寿命为1000～2000次脱模。为确保模具在使用中不变形，一般将模具装在钢架上，背衬以耐压材料，如混凝土或填充以砂、石粉的树脂混合料。模具设计时应使模边上有挤压伸出纤维的部分，使模具中的气体能够溢出而树脂能得以保留。挤压区的间隙要能挤压两层毡的厚度，不像热压用的模具那样可以将多余的纤维切除。其构造一例见图14-20。

　　冷压成型制品的厚度一般为2～5mm，而且要求制品各部分厚度比较均匀。如果厚度到8mm以上，就可能产生固化放热集聚，造成制品焦化或翘曲。另外，制品中不能有咬边。玻璃纤维可用短切毡或方格布。例如300g／m²，450g／m²，短切毡5～8层，预先切割成形。也可用表面毡，以获得表面富树脂层。纤维放置好后，即将冷固化的树脂料倒进模具，压机即逐渐减速，压到终点。树脂在模腔中挤出空气，浸渍玻璃纤维。所用树脂要求凝胶与固化时间短，故只能在使用前现配。凝腔时的放热加速了树脂的固化，使成型周期缩短至6～30min。制品由模具中脱出后即可修边。玻璃纤维含量可达50％。为了提高树脂的混合效率，可以采用两组引发剂分别配料，再行混合。一组用过氧化苯甲酰和环烷酸钴；另一组用过氧化环己酮和二甲基苯胺，分别与树脂混合好备用。两种组分都能稳定1个月以上。在混合后必须立即使用，其凝胶时间只有3～4min，模具周转时间只10min左右。

　　4.2　热压成型

　　热压成型是大批量生产中型、小型制品经济的方法。制品各面光滑，可达到高度的公差要求。但设备与模具投资费用大，故不适于生产品种规格多变而批量不大的产品。
　　模具为配合的金属对模，安装在液压机上，有自动开启、闭合以及准确的速度控制。模具常由工具钢制成，带有淬火的边缘。其压缩循环过程可由计算机控制。制品边缘的修整也可自动完成。对于液体树脂与预成型纤维的模压件不需要在模具上设顶出装置脱模。但对SMC制品，可设顶出装置。模具表面要高度磨光，可以镀铬。模具寿命可达100万次脱模。为防止制品翘曲，模具表面的大温差不可超过2.5℃。
　　模具设计必须仔细选材，考虑锥度与模边处理等问题，对于湿料冷压、湿料热压以及预浸干料热压等工艺应设计不同的模边，不可混用。图14-21是这种类型模压所用模具模边的不同处理方法。

　　在热压生产中，可达很高的生产效率。生产周期为1～8min，成型时间依成型温度和压力、所用树脂-引发剂系统以及模件壁厚大小而不同。作为一般指导，可考虑压制2mm以下厚度的制品需2min，厚度超过2mm时，每增加1mm需增加1min。压机温度范围100～170℃。对预浸料液态树脂模压，金属模温度110～130℃，压力为0.15～1.5MPa，玻璃纤维古量可达45％～55％；对于SMC模压，模具温度140～160℃，大致成分为玻璃纤维含量30％、树脂35％、填料35％，生产周期1～3min。
　　脱模剂可用有机硅烷类，但模具运转正常以后，对于SMC、BMC即可用内脱模剂。如制品还需上漆时，则必须小心选择脱模剂，不能使用有碍粘结的有机硅脱模剂。
　　热压技术有几种不同的情况，以下分别介绍其操作过程。
　　(1)液体树脂-短切毡热压成型　这种方法只适用于简单、较平整的构形。先将短切纤维毡按要求切割成形，好用不溶于苯乙烯的黏合剂，可以防止纤维在压型时移位。玻璃纤维毡放入模腔。如需用表面毡时，可放在模具表面任一侧。如制品系平板类，也可用粗格子布。如非平板型制品用粗格子布时，可能造成外形翘曲。
　　树脂配合好时，即倒于玻璃纤维材料上，进行合模。合模动作开始快，但模具表面终接触复合材料时要缓慢，使空气得以排出，并使浸渍充分。毡要切割得比制品要求尺寸稍大，多余的毡边就起过滤作用，使空气能排出而树脂能保留。如模具设计及加工精确，合模时就可将多余的毡边切割掉。闭模终点可用定位块控制，以决定制品厚度，并防止树脂被挤出过多。因采用液态树脂，故成型压力较低，一般为0.5～2.5MPa。
　　为降低产品成本、提高制品刚度、减少收缩、改善耐磨性等，在树脂中可加入碳酸钙、瓷土、滑石粉等填料。制品中纤维含量25％～50％。
　　树脂应具有高反应性，在25℃下有中等黏度到高黏度，要防止树脂在合模、流过纤维层前在模具表面聚合。引发剂常用过氧化苯甲酰，不用促进剂，一次可以配大量料，存放期约为1周。
　　(2)液体树脂-预成型件热压成型　对于复杂构形，为保证玻璃纤维分布均匀，好用短切玻璃纤维先做成预成型件，其做法是用短切喷枪将无捻粗纱短切并喷到一个预成型的网模上。网模用铁丝网或带孔的钢板制成，其形状和尺寸与模具相同，装在一个转动台上，由排风系统使网模表面产生负压，吸住短切纤维。无捻纱被喷枪切割成5～50mm长，喷向转动的网模，均匀分布。玻璃纤维被覆到一定厚度时，用少量黏合剂乳液喷到纤维上，将其黏合，使预成型件有足够的牢度，可以从网模上取下。黏合剂乳液可用聚酯树脂、脲醛树脂、聚乙酸乙烯树脂或聚丙烯酸树脂制造。常用不溶于苯乙烯的黏合剂，防止纤维在压型时移位。有时可在制品边缘中引入铁丝，以保护定形。预成型件的制作情况见图14-22。

　　预成型件喷射完成后，连同网模一起放进一个强制通风的热风炉中，在125～140℃下干燥2～3min。冷却后即可取下备用。
　　另一种制造预成型件的方法是配制一种短纤维与乳液黏合剂的混合浆料，将网膜由其中拉过，纤维即沉积其上，达一定厚度时即由浆液中取出，流去水分，经热风干燥后脱模备用。
　　热压时可将预成型件放在涂好脱模剂的模具上，将计量准确的树脂倾倒在上面，然后合模，多余的树脂被挤出。其程序与用短切毡相同。固化温度与时间取决于制品尺寸和树脂配方。对于深度较大的制品，合模时纤维容易被挤到模具底部(见图14-23)，好将模具翻过来进行模压。
　　(3)片状模塑料及预寝料热压　预浸料是将增强用纤维材料预先浸渍过树脂，并经干燥后制成，呈片状。可以是干而硬挺的，也可以是软而粘手的。纤维可以是短切毡、粗格子布或单向纱等。
　　SMC是含有短切纤维和填料的树脂系统，制成薄毡状，毡的两表面有两层薄膜包覆成卷材。
　　将SMC或预展料切割成形，按要求层数叠合起来，放入模腔。新模具启用时要上脱模剂，运转正常后改用内脱模剂。模压温度、压力与固化时间取决于树脂配方及制品厚度。一般估计SMC的固化时间为：1min／mm(以壁厚计)。有时先加一定时间的接触压力，以加热预浸料，使之部分固化，减少树脂的流动性，然后加全压。
　　用SMC生产的制品各面光滑，看不见纤维形态。玻璃纤维含量20％～35％，制品厚度常为1.6～6mm。超过10mm厚度时，可能出现分层。厚度大时好用团状模塑料。
　　用SMC模压时所需压力比用液体树脂高为3～7MPa，模具设计要使修边在模内进行。树脂用高黏度系统．在模压时很少粘模。为改进制品的表面粗糙度，可用低轮廓树脂，对较大平整表面制品可免除表面波纹、褶皱及沉陷痕迹。
　　(4)团状模塑料热压　团状模塑料中含有玻璃纤维或剑麻等增强材料以及碳酸钙等填料。玻璃纤维长度3～12mm，加入量15％～20％。
　　团状模塑料在美国称BMC，在欧洲常分为BMC和DMC。前者用于质量更高的制品，树脂配方不同，制品性能及表面粗糙度更好些。两种类型都制成短条状料粒，供热压使用。
　　团状模塑料成型过程与片状模塑料SMC类似。将称重好的BMC料粒放在被覆好脱模剂的模具中，模具闭合到定位块，压力为4～7MPa，成型温度一般为120～150℃，固化时间45s～8min，一般为2min左右。
　　(5)输料成型　输料成型用于制造小制件，特别适用于多腔模具，所用原料为DMC材料。模具要镀铬，可设计为多腔，模具中除有制品模腔外，还包括料团入口、流道等，因而加工成本高于普通热压模具。
　　操作过程为：将称量好的DMC料放在加热的输送点上，用一个冲头将其压缩流入热的模腔，在其中固化。主要工艺参数为输送压力、模压力、输料时间等。为减少输料时间、提高生产效率，可将DMC料先放在加热炉或高频炉、微波炉中预热。模具成型温度155～170℃，模压力5～10MPa，模内固化时间10～30s／mm(以壁厚计)。