SMC模压工艺设计及典型缺陷分析

模压成型：

    是将物料——树脂和粉末状碎屑或短纤维填充料，放入金属塑模内加热软化，闭合塑模后加压，使物料在一定温度和压力下，发生化学反应并固化成型。

优点

  •工艺简单，容易操作，制品性能容易控制

  •制品分子取向小、内应力低、收缩率小，性能均匀

  •适合于较大平面制品的成型

  •无浇注系统，边角料少，原料的损失小

  •制品中的纤维长度可较长，适于高强轻质结构件的生产

  •成型物料广泛，热塑性和热固性塑料，各种填料

缺点

  •固定投资较大

  •劳动强度大，难于实现高程度的自动化生产

  •不适于生产形状复杂、壁厚不均的制品

  •不适于生产带有凹陷、侧面斜度大或有侧孔的复杂制品

SMC模压工艺过程及主要参数

SMC制品生产工艺流程

SMC模压现场布置示意图

SMC/BMC模压成型过程中要重点注意控制三个主要工艺参数：

  •模压温度

  •模压压力

  •模压时间

模压温度：

   是模压成型时所规定的模具温度，这一工艺参数确定了模具向模腔内物料的传热条件，对物料的熔融、流动和固化进程有决定性的影响。

模压压力：

   通常用模压压强(MPa)来表示，即液压机施加在模具上的总力与模具型腔在施压方向上的投影面积之比。模压压力在模压成型过程中的作用，是使模具紧密闭合并使物料增密，以及促进熔料流动和平衡模腔内低分子物挥发所产生的压力。

模压时间：

    也称压缩模塑保温保压时间。是指模具完全闭合后或最后一次放气闭模后，到模具开启之间，物料在模内受热固化的时间。模压时间在成型过程中的作用主要是使获得模腔形状的成型物有足够的时间完成固化。

模压工艺设计基本原则

  •SMC材料铺层工艺设计

  （1）重量设计：

       每个制品的加料量在首次压制时可按下式计算加料量（g）=制品体积（cm3）X1.8（g）

  （2）剪裁设计

       按制品结构形状、加料位置、流动性能，决定剪裁要求，片料多裁剪成长方形或圆形，按制品表面投影面积的40~80%来确定。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。

  （3）加料位置及方式：

       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。

  （4）其他情况

       一些情况下，为了增加模压材料的流动性，降低温度应力。可以对片材进行预热，一般在100℃~120℃之间。

  •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。一般认为，SMC成型温度在120-170℃之间。

   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170℃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。

  •成型压力

   SMC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5-7MPa的成型压力；形状复杂的制品，成型压力可达7-15MPa。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。

   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5-10MPa之间。

  •固化时间

   SMC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~60s／mm计算。对3mm以上厚制品，每增加4mm，固化时间增加lmin。

  •压机操作

   由于SMC是一种快速固化系统，因此压机的快速闭合十分重要。一般来说，整个合模过程应在50秒内完成。如果压机闭合过缓，那么易在制品表面出现预固化斑，或产生缺料等缺陷。在实现快速闭合的同时，在压机行程终点应调慢模具闭合速度，减缓闭合过程，利于排气。

  •工艺设计说明

   SMC制品模压工艺仅仅是制品生产的一个关键因素，尤其新产品试模时候必须进行考虑的因素。但不是唯一的因素。要想得到高质量、无缺陷的制品还应该注意如下问题：

   1.优化制品和模具设计，尽量避免复杂的结构。

   2.根据制品和模具的要求选用合适的SMC材料。

   3.综合考虑工装设计、脱模后处理、二次加工、油漆、包装运输等。

典型缺陷及分析

   •SMC模压生产过程中也常会出现不良缺陷现象，下面对典型的质量问题进行了针对性的分析，提出了可能的应对措施。

   •问题一：缺料

    缺料是指SMC模压成型件没完全充满，其产生部位多集中在SMC制品的边缘，尤其是边角的根部和顶部。原因可能有如下可能：

   1.放料量少；

   2.SMC材料流动性差；

   3.设备压力不充足；

   4.固化太快。

   产生机理及对策：

    SMC材料受热塑化后，熔融粘度大，在交联固化反应完成前，没有足够的时间、压力、和体积使融体充满模腔。

   产生机理及对策：

   1.SMC材料受热塑化后，熔融粘度大，在交联固化反应完成前，没有足够的时间、压力、和体积使融体充满模腔。

   2.SMC模压料存放时间过长，苯乙烯挥发过多，造成SMC模压料的流动性能明显降低。

   3.树脂糊未浸透纤维。成型时树脂糊不能带动纤维流动而造成缺料。由上述原因所引起的缺料，最直接的解决方法是切料时剔除这些模压料。

   4.加料量不足引起缺料。解决方法是适当增大加料量。

   5.模压料中裹有过多的空气及大量挥发物。解决方法有：适当增加排气次数；适当加大加料面积，隔一定时间清理模具；适当增大成型压力。

   6.加压过迟，模压料在充满模腔前已完成交联固化。

   7.模温过高，交联固化反应提前，应适当降温

   •问题二:针孔

    产品表面上有规则或不规则的小孔，其产生部位多在产品顶端和中间薄壁处。

    产生机理及对策：

    1.SMC模压料中裹有大量空气以及挥发物含量大，排气不畅；SMC料的增稠效果不佳，不能有效赶出气体。对于上述引起原因，可通过增加排气次数以及清理模具相结合的方法而得到有效的控制。

    2.加料面积过大，适当减少加料面积可得到控制。在实际操作过程中，人为因素也有可能造成砂眼。比如加压过早，有可能使模压料裹有的气体不易排出，造成制品表面出现气孔的表面缺陷。

    3.材料放置过久，流动性下降。

    • 问题三：气泡

      在已固化制品表面的半圆形鼓起。可能的原因：

    1.SMC材料中玻纤浸润不良；

    2.SMC原料被湿气、油脂、脱模剂等沾染；

    3.铺料方式不合理；

    4.合模速度过快；

    5.模具剪切边太小。

     改善对策：

    1.改善SMC配方或生产工艺；

    2.避免污染；

    3.减小放料面积及改变加料方式。

    4.优化压机速度

    5.优化模具

   •问题四、未固化

    在模压时SMC材料未完全固化，通常表现为无光泽的表面，有苯乙烯气味，还有引发剂的气味，有气泡、爆裂、分层等缺陷伴随发生。

    可能的原因及纠正的措施：

    1.温度不足或模具表面有冷区，会发生固化不完全。

    2.引发剂的添加量不足、树脂的活性不好或保压时间不足等均能引起聚合不充分。

    3.引发剂活性低或量少导致固化反应慢。

    4.太多的阻聚剂导致聚合反应慢。

    纠正的措施：

   1.升高温度或改善模具温度均匀性。

   2.优化SMC的配方或更换部分有问题的原材料。

   •问题五、熔接痕

    熔接痕又称熔接不良、熔合缝等，是指各SMC熔体前端相遇时在制品表面形成的一条线状痕迹，不仅有碍制品的美观，而且影响制品的力学性能。

    形成的原因:

    纠正的措施：

    1.过长的料流距离与分块的铺料方法将导致玻纤取向和熔接线，将料团直接加到易发生熔接痕的部位是有效的。

    2.快速的闭模速度易引起玻纤取向，过高的模温产生予凝胶，而影响到材料较好地熔接，降低合模速度，降低模温能

使严重的熔接痕趋缓。

    3. 特定的模具设计，如：过长的料流距离、料团分流和型芯等形成孔的料流前沿而导致熔接痕，如果熔接线发生在零件的边缘，则在此设置溢流口是有效的。

    4. 在某种情况下，在易发生熔接痕的部位事先放置特定的玻纤网或编织纱是有利的。

    问题六、烧焦

    由于水份、空气、苯乙烯等低分子挥发物未能逸出，在此温度下被点燃，制品变色，当然这个部位也就填不满而缺肉。

    形成原因分析：

    料流末端的容易相分离並导致气体排不出而发生困气，在高压、高温下燃烧。

    纠正的措施：

    1.铺料的面积过大，往往造成空气或苯乙烯不能被赶出，故增加料流的距离，减缓料流的速度，让空气或苯乙烯沿模具的剪切边或顶出销排出。

    2.剪切边过小、过紧，不利于排气，调整到适当的间隙是有利的。

    3.发生在模具冷热交界处，材料之固化有强烈的差异，而且气体也不易排出。

    4.在这些部份设排气孔,利用顶出的间隙, 排出残留模腔內的气体，也可以减慢模压速度，使气体有足够排空時間。

    问题七、翘曲

    制品由于过度收缩或存有过度的内应力导致的产品形变。

    可能的原因及纠正的措施：

    1.过分长的料流能引起玻纤取向，导致不一致的玻纤分布，也容易引起应力集中。

    2.处在边缘状态固化的制品由于机械强度低，尺寸易变化，要增加模温和保压时间。

    3.固化后的制品后收缩或膨胀过多造成翘曲。

    4.使用冷定型夹具能阻止翘曲变形。

    5.SMC材料收缩率不合理，或产品结构设计不合理。需要进行优化。

    问题八、粘模

    制品与模具表面发生物理粘结，导致脱模困难和裂纹。可能的原因及纠正的措施：

    1.模具污染能引起制品粘在模具上，喷洒外脱模剂有助于补充内脱模剂的不足。

    2.不完全的固化阻止料流完成，固化后收缩容易抱紧十分合身的模芯部份，故增加模温、延长保压时间却是有益的。

    3.模具的轻微的倒稍及表面过于粗糙，易发生零件粘模，需抛光或重镀表面。

    4.太多或太少的收缩，在某些模塑条件下也容易引起机械锁定，要调整低收缩添加剂的种类和数量。

    问题九、预固化斑

    制品表面不良之色斑，通常发暗、粗糙而且伴有针孔，这都是先于料流之前已经开始固化。

    可能的原因及纠正的措施：

    1.料团停留在模具表面的时间过长，引起过早固化即予凝胶。

    2.过慢的合模速度，提供了先于料流结束之前就予凝胶之机会，增加合模速度是有效的。

    3.过高的模温或活性过高的引发剂容易引起予凝胶。

    4.料团暴露在空气中的时间过长，变得干硬，干的料团阻止料流，造成予凝胶、捕捉空气。

    问题十、树脂富集

    制品表面的某个区域纤维含量过低。可能的原因及纠正的措施：

    1.过分长的料流能引起玻纤取向，并在延伸的料流中短缺玻纤。

    2.过分快的合模速度增加了料流速度，导致玻纤取向和玻纤分布不均匀，较慢的闭模速度能使基料带动玻纤有序流动，减少树脂富集。

    3.过低的粘度就无能力带动玻纤一起流动，很容易引起料流范围内的树脂富集。需要提高增稠程度。

    当问题产生后应如何排除故障? 下面的建议仅供参考：

    1.首先应快速反应，因为随着时间的拖延，问题会愈加复杂。

       例如，工艺参数要变、材料配方也会变，模塑零件的供应商说不定会退出。

    2.研究所有的问题，要系统地进行，不可带偏见，决不要跳过某些环节而下结论。

    3.要认真听取他人对问题的描述，决不能自己主观臆测。

    4.要了解问题的第一手资料，首先要听取压机工和检验员的分析，只有生产现场的观察才是首位的。

    5.要对问题作出最后的定论，要对问题的性质、环境、时间一一做出回答。