7　模塑料的制造工艺

　　模塑料有连续生产和分批生产两种制造工艺。SMC仅适用于连续生产，BMC则主要是分批生产。为了对BMC工艺进行改进，使之避免混料中的纤维碎裂，美国钢铁公司开发了一种新工艺称厚型模塑料(TMC)。表16-14所示为TMC与BMC制品性能对比。由表16-14可见，TMC制品力学性能优于BMC，与SMC制品性能相当，在工艺上适应性较宽，可使玻璃纤维含量变化于15％～28％之间。以下分别介绍BMC、SMC、TMC的制造工艺。

　　7.1　BMC制造工艺

　　BMC的制造工艺分两步进行。步是用高剪切型搅拌机制取树脂、引发剂、颜料、脱模剂及填料等组分的树脂浆料。以上各组分中应先加其他组分搅拌均匀，然后徐徐加填料，使之分散均匀。为了掌握填料的分散均匀度，可采用造漆工业所用的细度仪，以60m／min的搅拌速度可将粒料分散为10μm。第二步，将搅拌好的浆料倒入Z形铰刀式混料机或行星式混料机，并加入玻璃纤维短丝，进行搅拌。经10～15min混合后即可卸料，料团常进一步用挤出机挤成绳索式或小圆柱状。常用的挤出机见图16-36。挤出料长度为12～100mm，挤出速度为50～1135kg／h。

　　除以上常用方法外，也可采用连续性生产工艺，如采用双螺杆型混料机，一端加树脂浆料，中间加玻璃纤维；另一端即得产品，产量为5kg／h。
　　BMC制造中的一个突出问题是搅拌时玻璃纤维被分成单根纤维并被挤碎，可溶性浸润剂被覆的玻璃纤维比不可溶浸润剂被覆的玻璃纤维长度下降大得多。另外在加工过程中操作不严，则制品性能不稳定。采用电流计可以记录混料机运转中的耗电量变化，由此可以指示纤维降等的情况。实际上搅拌速度加快、搅拌时间延长都会造成纤维的严重破坏。图16-37为不同搅拌时间后过短纤维所占比例。混合时间与制品冲击强度的关系见图16-38。

　　拉伸强度随着搅拌时间的延长同样明显下降。由此可见，在开始混合搅拌的10min内大部分纤维的降级已发生，而这恰好是常用的搅拌时间，而搅拌时间若过短时又难于搅拌均匀。

　　7.2　SMC制造工艺

　　SMC的制造一般采用连续生产，整个生产过程分两步。
　　(1)树脂浆料制备　在生产量不大时，分批制备浆料。先将颜料、填料、引发剂等分散于树脂中，所用的搅拌机(见图16-39)有三根搅拌立柱，具有强大的搅拌能力。在搅拌时混合料温度自然升高，要求温度升到30℃。在30℃下浆料黏度与稠化速度比较理想，对于该搅拌温度必须控制。当填料与颜料难于分散而要延长搅拌时间时，可用冷却盘管控制温度不使过于升高。通常将混合浆料分成几部分，在必要时再加增稠剂，这样可改善浆料黏度的稳定性。

　　行星式搅拌机也可用于SMC浆料制备，在分散时发生热量较少。有时还要求更高的分散性，可用三辊涂料研磨机来制备浆料。
　　在较大规模的生产中需要建立连续浆料生产线，树脂由泵从贮罐中输出并进行计量。填料及其他粉料按程序用空气送入加料斗。在全部粉料已彻底分散后加入经精确计量的引发剂。后在浆料投入SMC成型机使用之前，才将增稠剂注入浆料中使之分散。
　　为了达到上述彻底分散的目的，需要用剪切速率很高的搅拌机。搅拌质量直接决定后产品的质量。对热塑性添加剂的分散要求也很严格，有些添加剂如分散不良会造成絮聚现象。对于SMC浆料的分散性可用造漆工业中的细度仪进行检测。增稠剂要先分散于惰性介质中，然后在树脂浆料冷却后再用低剪切的混料机进行混合。惰性介质可采用封端的树脂或溶解于苯乙烯中的热塑性材料。硬脂酸盐也需要先分散于封端树脂等惰性介质中。可用三辊研磨机
等进行分散。
　　(2)SMC制备　SMC连续成型过程分4步，即玻璃纤维短切铺毡、浆料被覆、压实、熟化。其所用设备形式多样，但基本原理都是完成以上4个步骤。图16-40为SMC成型过程示意图。

　　①玻璃纤维短切铺毡　玻璃纤维无捻粗纱由纱架上引出，经过张力控制辊，然后经金属管导向防止缠结，纱被进到螺旋辊刀切割机，切割机有压辊、聚氨酯托辊和螺旋刀辊．可以把一排无捻粗纱切割成12～50mm长度。如需要同时切出不同长度的丝束时可以调节刀辊上的刀片距离。如果聚氨酯被覆的硬度合适，切割机的运行是顺利的，切刀辊和压辊的寿命可以很长。在切割机运行中纤维束上会产生静电，托辊上会缠上玻璃纤维使切割无法进行，为此
可在切刀机出口处装除静电器以排除静电。
　　有的SMC成型机不带切割机，而是以短切纤维毡为原料喂入SMC成型机，此时只要装一个短切毡喂料装置即可。这种方法的优点是使SMC设备简化，也不需在SMC成型机上严格检查铺毡质量。其缺点是限制了SMC产品规格：SMC的产品宽度、纤维长度等都不能改变；很难采用长、短混合的纤维；浸润剂类型不易变换；不能做由高集束性纤维短切所得的制品。
　　在SMC的制造工艺中，短切纤维铺毡的均匀性是一个重要环节。可以横向测定15cm×15cm的毡样品，其质量波动应小于±5％。切割刀辊的高度对玻璃纤维铺毡的均匀性是一个影响因素，离传送带高度至少要有0.8m。
　　②浆料被覆　SMC成型机有上、下两套浆料被覆装置，原理和结构相同。聚乙烯薄膜由薄膜释放装置放出经刮刀上胶台，树脂浆料即倾注在薄膜上，在上胶台边有刮刀，刮刀与台面的间隙由微米调节器精密调节，刮刀与台面之间的间隙高度即为刮胶厚度。两片薄膜分别由机器上、下方被覆浆料后输送到传送带上。短切纤维即铺在下层薄膜的浆料上面，然后两层薄膜合拢，形成浆料-玻璃纤维毡-浆料的夹芯层。
　　③压实　由两层薄膜及浆料夹层组成的夹芯层需要压实，使浆料和玻璃纤维毡浸透并混合均匀。这一过程是由一系列捏压辊实现的，其中有些辊子表面有凸纹或沟槽，对夹芯材料做一种捏揉动作，使装料穿透纤维毡，一般经过6对捏压辊可以使夹芯层混合成一体。捏压辊内部可以通热水并控制水温，以保持夹芯层的温度恒定。
　　SMC成型机的压实区对产品质量有很大影响。因为在捏压过程中可能会混入空气或使纤维分布发生变化，从而影响终制品表面和内在质量。为此，国外一些制造厂设计了各种不同型式的辊压区机构，较著名的有：德国的s形辊压路线。夹芯材料通过大捏压辊走s形路线，使层材料交替地受压和开放，可以达到良好的捏压效果；美国欧文思慷宁(Owens-Corning)公司设计了双层网带加夹紧辊的捏压方法，可以避免纤维在捏压时被拉伸移位，并达到更好的浸渍效果；英国帝国化学公司(ICI)发表了，用平滑的密压辊代替沟纹辊，减少了纤维的取向性．使SMC具有更好的各向同性。
　　④熟化    经过压实的夹芯材料即卷取起来成为成品，玻璃纤维含量可达40％，实体质量900g／m2，机器速度一般不超过6m／min。
　　卷取后的产品一般可放在50℃环境中进行熟化与硬凝化。该阶段也必须小心，特别对不同的着色材料，要防止升温加速熟化可能造成颜色的迁移。
　　卷材贮存时应悬空架放，不可平放在地面或平台上，防止过压部分影响使用。
　　⑤SMC制造中要求严格的参数  SMC生产工艺的原则是要在稠化开始前使浆料充分浸透于玻璃纤维毡之间，为此要掌握好以下一些参数。
　　a.浆料黏度浆料黏度在一定温度下受填料含量及树脂黏度的影响，填料含量增多虽然可以降低成本，但机组产量按指数关系下降，结果总成本上升。一般浆料黏度为30～40Pa・s。填料含量应适中，使浆料得以顺利浸透玻璃纤维毡，同时又要避免在未稠化时卷取而将浆料由玻璃纤维毡中挤出。产品质量应保持低于4.5kg／m2。
　　b.浆料温度浆料黏度受温度影响很大(见图16-24)，一般在25～35℃之间黏度改变很大，温度上升，增稠反应也同时出现并加速，因此要选定适当的温度，使浆料黏度尽量低而增稠反应也不太快。一般浆料温度为30～32℃时，采用氧化镁作增稠剂即可适应。
　　c.玻璃纤维类型  不同玻璃纤维能显著影响浆料的渗透性。高集束型纤维被覆硬质浸润剂时浆料穿透性好；低集束型纤维被覆软质浸润剂时浆料穿透困难，此时必须注意调节浆料黏度来适应需要。
　　d.每平方米玻璃纤维毡的质量每平方米玻璃纤维毡质量决定了SMC产品中玻璃纤维含量，必须进行检测与控制。玻璃纤维含量不足时，可以再增设一套短切机及沉降铺毡系统，使浆料与玻璃纤维比例达到规定要求。

　　7.3　TMC制造工艺

　　BMC在制造工艺中由z形饺刀式混料机制成的纤维碎裂降等严重影响了制品性能，为了克服这一缺点，美国钢铁公司开发了TMC工艺。TMC即厚型模塑料，是介于BMC与SMC之间的一种模塑料，在成型工艺上吸取了两者的长处，综合成一种新工艺，其工艺过程见图16-41。玻璃纤维无捻粗纱经短切机切割落入一对捏合辊中，树脂浆料也同时喂入该对捏合辊的表面上，使之在捏合过程中浸渍纤维。捏合辊下出来的纤维与浆料即落于下层聚乙烯薄膜上，捏合辊上粘着的料团即被刮浆辊刮下。上、下层薄膜合拢后进人压实区，由传送带传送到卷取辊，传送带速度即决定了TMC的厚度。

　　这种工艺的主要优点：一是制品强度远高于BMC，而与SMC相当(见表16-14)；二是玻璃纤维浸透效率高，可以提高玻璃纤维含量(可达到50％)；三是不需要化学固化使玻璃纤维湿透，化学增稠所需的固化期也可免除，产品可立即送往模压成型；四是产量很高，喂料辊高转速达50r／min，每米辊宽生产率为4470kg／h。