7　模塑料的制造工藝

　　模塑料有連續生產和分批生產兩種制造工藝。SMC僅適用于連續生產，BMC則主要是分批生產。為了對BMC工藝進行改進，使之避免混料中的纖維碎裂，美國鋼鐵公司開發了一種新工藝稱厚型模塑料(TMC)。表16-14所示為TMC與BMC制品性能對比。由表16-14可見，TMC制品力學性能優于BMC，與SMC制品性能相當，在工藝上適應性較寬，可使玻璃纖維含量變化于15％～28％之間。以下分別介紹BMC、SMC、TMC的制造工藝。

　　7.1　BMC制造工藝

　　BMC的制造工藝分兩步進行。步是用高剪切型攪拌機制取樹脂、引發劑、顏料、脫模劑及填料等組分的樹脂漿料。以上各組分中應先加其他組分攪拌均勻，然后徐徐加填料，使之分散均勻。為了掌握填料的分散均勻度，可采用造漆工業所用的細度儀，以60m／min的攪拌速度可將粒料分散為10μm。第二步，將攪拌好的漿料倒入Z形鉸刀式混料機或行星式混料機，并加入玻璃纖維短絲，進行攪拌。經10～15min混合后即可卸料，料團常進一步用擠出機擠成繩索式或小圓柱狀。常用的擠出機見圖16-36。擠出料長度為12～100mm，擠出速度為50～1135kg／h。

　　除以上常用方法外，也可采用連續性生產工藝，如采用雙螺桿型混料機，一端加樹脂漿料，中間加玻璃纖維；另一端即得產品，產量為5kg／h。
　　BMC制造中的一個突出問題是攪拌時玻璃纖維被分成單根纖維并被擠碎，可溶性浸潤劑被覆的玻璃纖維比不可溶浸潤劑被覆的玻璃纖維長度下降大得多。另外在加工過程中操作不嚴，則制品性能不穩定。采用電流計可以記錄混料機運轉中的耗電量變化，由此可以指示纖維降等的情況。實際上攪拌速度加快、攪拌時間延長都會造成纖維的嚴重破壞。圖16-37為不同攪拌時間后過短纖維所占比例。混合時間與制品沖擊強度的關系見圖16-38。

　　拉伸強度隨著攪拌時間的延長同樣明顯下降。由此可見，在開始混合攪拌的10min內大部分纖維的降級已發生，而這恰好是常用的攪拌時間，而攪拌時間若過短時又難于攪拌均勻。

　　7.2　SMC制造工藝

　　SMC的制造一般采用連續生產，整個生產過程分兩步。
　　(1)樹脂漿料制備　在生產量不大時，分批制備漿料。先將顏料、填料、引發劑等分散于樹脂中，所用的攪拌機(見圖16-39)有三根攪拌立柱，具有強大的攪拌能力。在攪拌時混合料溫度自然升高，要求溫度升到30℃。在30℃下漿料黏度與稠化速度比較理想，對于該攪拌溫度必須控制。當填料與顏料難于分散而要延長攪拌時間時，可用冷卻盤管控制溫度不使過于升高。通常將混合漿料分成幾部分，在必要時再加增稠劑，這樣可改善漿料黏度的穩定性。

　　行星式攪拌機也可用于SMC漿料制備，在分散時發生熱量較少。有時還要求更高的分散性，可用三輥涂料研磨機來制備漿料。
　　在較大規模的生產中需要建立連續漿料生產線，樹脂由泵從貯罐中輸出并進行計量。填料及其他粉料按程序用空氣送入加料斗。在全部粉料已徹底分散后加入經精確計量的引發劑。后在漿料投入SMC成型機使用之前，才將增稠劑注入漿料中使之分散。
　　為了達到上述徹底分散的目的，需要用剪切速率很高的攪拌機。攪拌質量直接決定后產品的質量。對熱塑性添加劑的分散要求也很嚴格，有些添加劑如分散不良會造成絮聚現象。對于SMC漿料的分散性可用造漆工業中的細度儀進行檢測。增稠劑要先分散于惰性介質中，然后在樹脂漿料冷卻后再用低剪切的混料機進行混合。惰性介質可采用封端的樹脂或溶解于苯乙烯中的熱塑性材料。硬脂酸鹽也需要先分散于封端樹脂等惰性介質中。可用三輥研磨機
等進行分散。
　　(2)SMC制備　SMC連續成型過程分4步，即玻璃纖維短切鋪氈、漿料被覆、壓實、熟化。其所用設備形式多樣，但基本原理都是完成以上4個步驟。圖16-40為SMC成型過程示意圖。

　?、俨ＡЮw維短切鋪氈　玻璃纖維無捻粗紗由紗架上引出，經過張力控制輥，然后經金屬管導向防止纏結，紗被進到螺旋輥刀切割機，切割機有壓輥、聚氨酯托輥和螺旋刀輥．可以把一排無捻粗紗切割成12～50mm長度。如需要同時切出不同長度的絲束時可以調節刀輥上的刀片距離。如果聚氨酯被覆的硬度合適，切割機的運行是順利的，切刀輥和壓輥的壽命可以很長。在切割機運行中纖維束上會產生靜電，托輥上會纏上玻璃纖維使切割無法進行，為此
可在切刀機出口處裝除靜電器以排除靜電。
　　有的SMC成型機不帶切割機，而是以短切纖維氈為原料喂入SMC成型機，此時只要裝一個短切氈喂料裝置即可。這種方法的優點是使SMC設備簡化，也不需在SMC成型機上嚴格檢查鋪氈質量。其缺點是限制了SMC產品規格：SMC的產品寬度、纖維長度等都不能改變；很難采用長、短混合的纖維；浸潤劑類型不易變換；不能做由高集束性纖維短切所得的制品。
　　在SMC的制造工藝中，短切纖維鋪氈的均勻性是一個重要環節?？梢詸M向測定15cm×15cm的氈樣品，其質量波動應小于±5％。切割刀輥的高度對玻璃纖維鋪氈的均勻性是一個影響因素，離傳送帶高度至少要有0.8m。
　?、跐{料被覆　SMC成型機有上、下兩套漿料被覆裝置，原理和結構相同。聚乙烯薄膜由薄膜釋放裝置放出經刮刀上膠臺，樹脂漿料即傾注在薄膜上，在上膠臺邊有刮刀，刮刀與臺面的間隙由微米調節器精密調節，刮刀與臺面之間的間隙高度即為刮膠厚度。兩片薄膜分別由機器上、下方被覆漿料后輸送到傳送帶上。短切纖維即鋪在下層薄膜的漿料上面，然后兩層薄膜合攏，形成漿料-玻璃纖維氈-漿料的夾芯層。
　?、蹓簩崱∮蓛蓪颖∧ぜ皾{料夾層組成的夾芯層需要壓實，使漿料和玻璃纖維氈浸透并混合均勻。這一過程是由一系列捏壓輥實現的，其中有些輥子表面有凸紋或溝槽，對夾芯材料做一種捏揉動作，使裝料穿透纖維氈，一般經過6對捏壓輥可以使夾芯層混合成一體。捏壓輥內部可以通熱水并控制水溫，以保持夾芯層的溫度恒定。
　　SMC成型機的壓實區對產品質量有很大影響。因為在捏壓過程中可能會混入空氣或使纖維分布發生變化，從而影響終制品表面和內在質量。為此，國外一些制造廠設計了各種不同型式的輥壓區機構，較著名的有：德國的s形輥壓路線。夾芯材料通過大捏壓輥走s形路線，使層材料交替地受壓和開放，可以達到良好的捏壓效果；美國歐文思慷寧(Owens-Corning)公司設計了雙層網帶加夾緊輥的捏壓方法，可以避免纖維在捏壓時被拉伸移位，并達到更好的浸漬效果；英國帝國化學公司(ICI)發表了，用平滑的密壓輥代替溝紋輥，減少了纖維的取向性．使SMC具有更好的各向同性。
　　④熟化    經過壓實的夾芯材料即卷取起來成為成品，玻璃纖維含量可達40％，實體質量900g／m2，機器速度一般不超過6m／min。
　　卷取后的產品一般可放在50℃環境中進行熟化與硬凝化。該階段也必須小心，特別對不同的著色材料，要防止升溫加速熟化可能造成顏色的遷移。
　　卷材貯存時應懸空架放，不可平放在地面或平臺上，防止過壓部分影響使用。
　　⑤SMC制造中要求嚴格的參數  SMC生產工藝的原則是要在稠化開始前使漿料充分浸透于玻璃纖維氈之間，為此要掌握好以下一些參數。
　　a.漿料黏度漿料黏度在一定溫度下受填料含量及樹脂黏度的影響，填料含量增多雖然可以降低成本，但機組產量按指數關系下降，結果總成本上升。一般漿料黏度為30～40Pa?s。填料含量應適中，使漿料得以順利浸透玻璃纖維氈，同時又要避免在未稠化時卷取而將漿料由玻璃纖維氈中擠出。產品質量應保持低于4.5kg／m2。
　　b.漿料溫度漿料黏度受溫度影響很大(見圖16-24)，一般在25～35℃之間黏度改變很大，溫度上升，增稠反應也同時出現并加速，因此要選定適當的溫度，使漿料黏度盡量低而增稠反應也不太快。一般漿料溫度為30～32℃時，采用氧化鎂作增稠劑即可適應。
　　c.玻璃纖維類型  不同玻璃纖維能顯著影響漿料的滲透性。高集束型纖維被覆硬質浸潤劑時漿料穿透性好；低集束型纖維被覆軟質浸潤劑時漿料穿透困難，此時必須注意調節漿料黏度來適應需要。
　　d.每平方米玻璃纖維氈的質量每平方米玻璃纖維氈質量決定了SMC產品中玻璃纖維含量，必須進行檢測與控制。玻璃纖維含量不足時，可以再增設一套短切機及沉降鋪氈系統，使漿料與玻璃纖維比例達到規定要求。

　　7.3　TMC制造工藝

　　BMC在制造工藝中由z形餃刀式混料機制成的纖維碎裂降等嚴重影響了制品性能，為了克服這一缺點，美國鋼鐵公司開發了TMC工藝。TMC即厚型模塑料，是介于BMC與SMC之間的一種模塑料，在成型工藝上吸取了兩者的長處，綜合成一種新工藝，其工藝過程見圖16-41。玻璃纖維無捻粗紗經短切機切割落入一對捏合輥中，樹脂漿料也同時喂入該對捏合輥的表面上，使之在捏合過程中浸漬纖維。捏合輥下出來的纖維與漿料即落于下層聚乙烯薄膜上，捏合輥上粘著的料團即被刮漿輥刮下。上、下層薄膜合攏后進人壓實區，由傳送帶傳送到卷取輥，傳送帶速度即決定了TMC的厚度。

　　這種工藝的主要優點：一是制品強度遠高于BMC，而與SMC相當(見表16-14)；二是玻璃纖維浸透效率高，可以提高玻璃纖維含量(可達到50％)；三是不需要化學固化使玻璃纖維濕透，化學增稠所需的固化期也可免除，產品可立即送往模壓成型；四是產量很高，喂料輥高轉速達50r／min，每米輥寬生產率為4470kg／h。