复合材料知识

SMC/BMC模压成型工艺

（1）压制前准备 SMC/BMC的质量检查 SMC片材的质量对成型工艺过程及制品质量有很大的影响。因此，压制前必须了解料的质量，如树脂糊配方、树脂糊的增稠曲线、玻纤含量、玻纤浸润剂类型。单重、薄膜剥离性，硬度及质量均匀性等。剪裁按制品的结构形状，加料位置，流程决定片材剪裁的形状与尺寸，制作样板，再按样板裁料。剪裁的形状多为方形或圆形，尺寸多按制品表面投影面积的40％一80％。为防止外界杂质的污染，上下薄膜在装料前才揭去。（2）设备的准备（a）熟悉压机的各项操作参数，尤其要调整好工作压力和压机运行速度及台面平行度等。（b）模具安装一定要水平，并确保安装位置在压机台面的中心，压制前要先彻底清理模具，并涂脱模剂。加料前要用干净纱布将脱模剂擦均，以免影响制品外观。对于新模具，用前须去油。（3）加料 (a)加料量的确定每个制品的加料量在首次压制时可按下式计算加料量＝制品体积×1.8g/cm3 (b)加料面积的确定加料面积的大小，直接影响到制品的密实程度，料的流动距离和制品表面质量。它与SMC的流动与固化特性、制品性能要求、模具结构等有关。一般加料面积为40％一80％，过小会因流程过长而导致玻纤取向，降低强度，增加波纹度，甚至不能充满模腔。过大，不利于排气，易产生制品内裂纹。（c）©加料位置与方式加料位置与方式直接影响到制品的外观，强度与方向性。通常情况下，料的加料位置应在模腔中部。对于非对称性复杂制品，加料位置必须确保成型时料流同时到达模具成型内腔各端部。加料方式必须有利于排气。多层片材叠合时，最好将料块按上小下大呈宝塔形叠置。另外，料块尽量不要分开加，否则会产生空气裹集和熔接区，导致制品强度下降。 (d)其他在加料前，为增加片材的流动性，可采用100℃或120℃下预热操作。这一点对成型深拉形制品尤其有利。（4）成型当料块进入模腔后，压机快速下行。当上、下模吻合时，缓慢施加所需成型压力，经过一定的固化制度后，制品成型结束。成型过程中，要合理地选定各种成型工艺参数及压机操作条件。 (a)成型温度成型温度的高低，取决于树脂糊的固化体系、制品厚度，生产效率和制品结构的复杂程度。成型温度必须保证固化体系引发、交联反应的顺利进行，并实现完全的固化。一般来说，厚度大的制品所选择的成型温度应比薄壁制品低，这样可以防止过高温度在厚制品内部产生过度的热积聚。如制品厚度为25～32mm，其成型温度为135—145℃。而更薄制品可在171℃下成型。成型温度的提高，可缩短相应的固化时间；反之，当成型温度降低时，则需延长相应的固化时间。成型温度应在最高固化速度和最佳成型条件之间权衡选定。一般认为，SMC成型温度在120～155℃之间。 (b)成型压力 SMC/BMC成型压力随制品结构、形状、尺寸及SMC增稠程度而异。形状简单的制品仅需25～730MPa的成型压力；形状复杂的制品，成型压力可达7140～15210MPa 。SMC增稠程度越高，所需成型压力也越大。成型压力的大小与模具结构也有关系。垂直分型结构模具所需的成型压力低于水平分型结构模具。配合间隙较小的模具比间隙较大的模具需较高压力。外观性能和平滑度要求高的制品，在成型时需较高的成型压力。总之，成型压力的确定应考虑多方面因素。一般来说，SMC成型压力在3—7MPa之间。 (c)固化时间 SMC/BMC在成型温度下的固化时间(也叫保温时间)与它的性质及固化体系、成型温度、制品厚度和颜色等因素有关。固化时间一般按40s／mm计算。对3mm以上厚制品，有人认为每增加4mm，固化时间增加1min；模压生产过程控制(1)工艺控制在压制时SMC的粘度(稠度)应总保持一致;揭开SMC的载体薄膜后，不能长时间放置，应在揭开薄膜后立即压制，不要暴露在空气中，防止苯乙烯过量挥发;保持SMC片材在模具中的加料形状和加料位置一致;保持模具在不同位置处的温度均匀，恒定，应定时检查。保持成型过程中的成型温度、成型压力恒定，应定时检查。(2)制品测试应进行如下方面的产品的测试：外观检查：如光泽度，平整度，斑点，颜色，流动纹，裂纹等；力学性能测试：弯曲强度，拉伸强度，弹性模量等，整件制品性能测试；其它性能：耐电性，耐介质腐蚀性。SMC/BMC制品的缺陷与防治表43.23SMC制品成型缺陷及其解决措施缺陷说明产生原因解决措施

模腔未充满模具边缘部未充满加料不足成型温度太高压机闭合时间太长成型压力过低加料面积过小增加加料量降低成型温度缩短闭合时间加大压力增加加料面积

模具边缘少数部位未充满加料不足模具闭合前物料损失上下模配合间隙过大或者配合长度过短增加加料量更细心的放料缩小配合间隙，增加配合长度

虽然整个边缘充满但是某些部位未充满加料不足空气未排出盲孔处空气无法排出增加加料量改进加料方式改善模具结构或者增加成型压力

焦化在未完全充满的位置上制品表面呈暗褐色或者黑色被困的空气和苯乙烯蒸汽受压缩使温度上升达到燃点。改进加料方式，使空气随料流出，不发生聚集；若斑点出现在盲孔处，需要修改此处模具结构。

内部开裂

厚壁制品个别层间存在过大的收缩应力所致减小铺料面积；降低成型温度

表面多孔

加料面积过大，表面空气因为流程过短而无法排出减小铺料面积；在大的料块上增加小的料块，使空气容易排出。

鼓泡在已经固化的产品表面的半圆形鼓起片材间聚集空气温度太高导致单体蒸发固化时间太短减小加料面积降低模具温度延长固化时间

厚壁制品的表面半圆形鼓起内应力使个别层间扯开减小加料面积、降低模具温度

强度降低

产生熔接痕在具有较长流程区某方向上强度下降改变料块形状用增加加料面积的方法缩短流程

由于以下原因在脱模过程中引起产品损坏1) 形成切口2) 顶出杆面积太小3) 顶出杆数量过少4) 粘模5) 未完全固化

去除切口增加顶出面积增加顶出杆数量见“粘模”项增加固化时间或者固化温度

粘模制品难以从模具中脱出，在某些部位材料粘在模具上模具温度太低固化时间太短使用新模具或者长期不用的模具模具表面太粗糙提高模具温度延长固化时间模具使用前几模涂脱模剂模具表面抛光

制品某些部位材料粘在模具上，且制品表面有微孔和伤痕加料面积过大，空气未能排出，且空气阻碍固化减小铺料面积，在大料块上面加小料块

模具磨损在已经固化的产品表面有暗黑斑点模具磨损表面镀铬

翘曲制品稍有翘曲在固化和冷却过程中产生翘曲制品在夹具中冷却；在配方中增加低收缩添加剂

制品严重翘曲由于特别长的流程导致纤维取向，产生翘曲增加铺料面积；在配方中增加低收缩添加剂

表面起伏在与流动方向垂直的长度方向，薄壁产品表面产生波纹，或者由于厚度差大而产生的不规则的表面起伏制品的复杂设计妨碍了物料的流动可以用以下方法改善：1) 增加压力2) 改变模具结构3) 改变加料位置4) 在配方中增加低收缩添加剂

在制品表面或者筋，凸起部背面的凹痕成型过程中的不均匀收缩配方中加入低收缩添加剂

表面发暗表面没有足够的光泽压力太低模具温度太低模具表面不理想加大压力提高模具温度模具镀铬

流痕表面上局部波纹模具闭合设计不合适模具温度太低纤维在极长流程或者不利流动处发生取向由于一边缘过度的压力降低，引起模具移动改进模具结构设计提高模具温度加大铺料面积，缩短流程改进模具导向

HRC复材成型工艺-真空导入、模压、热压罐工艺

HRC自有复合材料成型工艺专题系列本期推送中带来三种传统成型工艺的介绍，依次是：真空导入工艺、模压工艺、热压罐工艺。

第三期真空导入工艺

真空导入工艺（英文全称Vacuum infusion process，简称VIP），在模具表面上铺增强材料，然后铺放真空袋等辅助材料，并抽出体系中的空气，在真空袋和模具型腔间形成一个负压，利用抽真空过程产生的压力把树脂通过预铺的管路压入增强材料中，让树脂浸润增强材料最后充满整个模具，待制品固化后，揭去辅助材料，从模具上得到所需的制品。

上述介绍中关键词说明：

增强材料：真空导入用增强材料一般为干玻璃纤维、碳纤维、夹芯材料等；

辅助材料：真空导入用辅助材料包括脱模布、导流网、真空袋、缠绕管、真空管等；

树脂：真空导入用树脂体系粘度一般为0.15~0.8Pa.S，仅在真空压力作用下能够完全浸渍增强材料。

真空导入工艺简易流程图：

真空导入工艺示意图：

一个引擎盖为例的真空导入工艺实物图示

真空导入工艺优点：更高质量制品：在真空环境下树脂浸润增强材料，与传统手糊工艺相比，制品中的气泡较少；

更少树脂损耗：用真空导入工艺，树脂的用量可以精确计算；

树脂分布均匀：对于一个制品来说，不同部分的真空产生的压力是一致的，因此树脂对增强材料的浸润速度和含量趋于一致；

环境友善：真空导入工艺是一种闭模工艺，VOC和有毒空气污染物均被局限于真空袋中，大大改善了工作环境也扩大了可用材料的范围；

产品整体性好：可同时成型加强筋、夹芯结构，管路及其他预埋件，提高了产品的整体性。

真空导入工艺缺点：准备工序时间过长而且较为复杂：需要正确的铺设脱模布、导流网、有效的真空密封等；

产生较多的工艺废料：脱模布、导流网、真空袋等辅助材料都是一次性使用；

产品制造有一定的风险：尤其是大型复杂结构产品，一旦树脂灌注失败，产品易报废。

真空导入工艺的应用领域：汽车工业：各类车顶、挡风板、车厢；体育休闲：头盔、帆板；风电能源：叶片、机舱罩；船艇工业：船体、船体纵梁和框架、甲板、方向舱、雷达屏蔽罩；建筑领域：建筑物顶部件、建筑模板；农业和园艺：粮仓圆盖、农机保护盖。

下面是一些实际生产制品案例：

HRC制造某新能源汽车前机盖

HRC制造的某新能源汽车车门外板、内板

HRC制造某新能源汽车翼子板

碳纤维汽车座椅

大型游艇船体

第三期模压工艺

HRC制造某新能源汽车翼子板

模压工艺（英文名称Molding Process）是复合材料生产中最古老而又富有无限活力的一种成型方法。它是将一定量的模压料放入压机中的金属对模中，在一定温度、压力作用下，固化成型制品的方法。（我们在专题系列第一期介绍的SMC模压工艺是由传统模压工艺发展而来）

上述介绍中关键词说明：模压料：预混树脂、裁切后的预浸纤维

金属对模：模压成型工艺模具是闭合模具，包括上模和下模；

压机：是模压成型工艺的主要设备，用来实现模具的开启或闭合以及提供模压所需的压力，有时还可以用来提供压缩过程中所需的热量及顶出产品。

HRC压机设备

模压工艺的简易工艺流程图：

模压成型工艺的优点:

生产效率高，便于实现专业化和自动化生产；

产品尺寸精度高，重复性好；

表面光洁，无需二次修饰；

能一次成型结构复杂的制品；

能够批量生产，价格相对低廉。

模压成型工艺的缺点：

前期投入成本高（金属模具、热压机）；

模具的设计与制造较复杂；

制品尺寸受设备限制，一般只适用于制备中小型制品。

模压工艺主要应用包括：

汽车领域：车门上段、车门下段、水切加强板、格栅、尾翼等；

工业领域：机械杆等。

其它有中小型复材制品需求的行业及使用场景均可应用

模压工艺制造的产品案例：

HRC制造的机械杆

HRC制造的汽车发动机空气过滤盒

第三期热压罐工艺

热压罐（英文名称Autoclave）工艺是指将预浸料按铺层要求铺放于模具上，并密封在真空袋中后放入热压罐中，经过热压罐设备加温、加压，完成材料固化反应，使预浸料坯件成为所需形状，并满足质量要求构件的工艺方法。

上述介绍中关键词说明：

预浸料：是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维或织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是制造复合材料的中间材料；

热压罐：热压罐是一种针对聚合物基复合材料成型工艺特点的工艺设备。

HRC热压罐设备

热压罐工艺简易流程图：

热压罐工艺封装图示：

热压罐工艺优点：罐内压力均匀：用压缩空气或惰性气体（N2、CO2）或混合气体向热压罐内充气加压，作用在真空袋表面各点法线上的压力相同，使构件在均匀压力下成型、固化；

罐内空气温度均匀：加热（或冷却）气体在罐内高速循环，罐内各点气体温度基本一致，在模具结构合理的前提下，可以保证密封在模具上的构件升降温过程中各点温差不大；

适用范围广：模具相对比较简单，效率高，适合大面积复杂型面的蒙皮、壁板和壳体的成型，可成型各种复杂的结构及不同尺寸的零件。热压罐的温度和压力条件几乎能满足所有聚合物基复合材料的成型工艺要求；

成型工艺稳定可靠：热压罐内的压力和温度均匀，可以保证成型零件的质量稳定。热压罐工艺制造的构件孔隙率较低、树脂含量均匀，相对其他成型工艺热压罐工艺制备零件的力学性能稳定可靠，迄今为止，航空航天领域要求高承载的绝大多数复合材料零件都采用热压罐工艺。

热压罐工艺缺点：投资大，成本高：与其他工艺相比，热压罐系统庞大，结构复杂，属于压力容器，投资建造一套大型的热压罐费用很高；每次固化都需要耗费大量价格昂贵的真空袋、密封胶条、隔离膜、透气毡、脱模布等辅助材料，同时成型中要耗费大量的水、电、气等能源。热压罐工艺主要应用包括：航空航天领域：蒙皮件、肋、框、整流罩等；汽车领域：车身覆盖件和车身结构件，比如机盖内外板、车门内外板、顶盖、翼子板、门槛梁、B柱等；轨道交通：枕梁、边梁等；船艇工业、高端消费品等。

热压罐工艺是制造连续纤维增强复合材料制件的主要方法。广泛应用于航空航天、轨道交通、体育休闲和新能源等高新技术领域，热压罐工艺生产的复合材料制品占整个复合材料制品产量的50%以上，在航空航天领域的比重更是高达80%以上。

热压罐工艺制造的产品案例：

HRC制造的新能源汽车碳纤维顶盖

HRC制造的新能源汽车碳纤维行李箱

HRC制造的新能源汽车碳纤维侧围

赛艇船体

船体的内部模块（黄色是注入的复合材料）

船体模块中，上图黑色部分是碳纤维，黄色部分是闭孔泡沫

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