4.3 SMC成型工艺

4.3 SMC成型工艺 SMC的特点与种类 SMC的组分及其性能 SMC生产工艺

SMC简介 SMC 是Sheet molding compound的缩写，即片状模塑料。主要原料由SMC专用纱、不饱和树脂、低收缩添加剂，填料及各种助剂组成。它在二十世纪六十年代初首先出现在欧洲，在1965年左右，美、日相继发展了这种工艺。我国于80年代末，引进了国外先进的SMC生产线和生产工艺。广泛应用于运输车辆、建筑、电子/电气等行业中。 SMC具有优越的电气性能，耐腐蚀性能，质轻及工程设计容易、灵活等优点，其机械性能可以与部分金属材料相媲美，因而

SMC的特点 片状模压料（Sheet Molding Compound, SMC）是用不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩添加剂、填料、内脱模剂和着色剂等混合成树脂糊浸渍短切纤维粗纱或玻璃纤维毡，并在两面用聚乙烯或聚丙烯薄膜包覆起来形成的片状模压料。

SMC生产过程

SMC

SMC片材

SMC作为一种发展迅猛的新型模压料，具有许多特点： ①重现性好； ②操作处理方便； ③操作环境清洁、卫生，改善了劳动条件； ④所得制品表面光洁度高； ⑤ 生产效率高，成型周期短。 纤维长度40～50mm，质量均匀性好，适宜于压制截面变化不大的大型薄壁制品；

SMC的应用范围广泛，大致有： 一、汽车工业的应用 二、铁路车方面的应用 三、电气及通信工程中的应用 四、在建筑工程中的应用 二、铁路车方面的应用 　 三、电气及通信工程中的应用 四、在建筑工程中的应用 　 1悬架零件，前、后保险杠，仪表板等；　 车身及车身部件，硬壳车顶，防滑地板，阻流板，遮阳罩，发动机罩；　 发动机盖下部件，导风罩，进气管盖，风扇导片圈，发动机隔音板；　 车内装饰部件：车门把手，仪表盘，转向杆部件。座椅、茶几台面；　2 铁路车辆窗框，车厢壁板与顶板，铁路信号应答器。3.电器罩壳：电器开关盒，电器配线盒，电缆分配箱外壳，终端分配器；　 电子工程应用：天线反射罩、雷达罩、印刷电路板；　 电器元件：绝缘子、绝缘操作工具、电机换向器；　 通信设备应用：电话机外壳、电缆分配箱、电话亭。 4.高层屋顶水箱、净化槽；　 淋浴用品：如浴缸、洗池、防水盘、坐便器；　 建筑模板、储存间构件：如壁板、顶蓬、门框。

一、汽车工业的应用 　 悬架零件，前、后保险杠，仪表板等；　 车身及车身部件，硬壳车顶，防滑地板，阻流板，遮阳罩，发动机罩；　 发动机盖下部件，导风罩，进气管盖，风扇导片圈，发动机隔音板；　 车内装饰部件：车门把手，仪表盘，转向杆部件。 二、铁路车方面的应用 　 座椅、茶几台面；　 铁路车辆窗框，车厢壁板与顶板，铁路信号应答器。

三、电气及通信工程中的应用 　 电器罩壳：电器开关盒，电器配线盒，电缆分配箱外壳，终端分配器；　 电子工程应用：天线反射罩、雷达罩、印刷电路板；　 电器元件：绝缘子、绝缘操作工具、电机换向器；　 通信设备应用：电话机外壳、电缆分配箱、电话亭。 四、在建筑工程中的应用 　 高层屋顶水箱、净化槽；　 淋浴用品：如浴缸、洗池、防水盘、坐便器；　 建筑模板、储存间构件：如壁板、顶蓬、门框。 五、其它 　 集装箱、电杆夹套 、工具锤柄和铲柄、餐饮用具、货架托盘。

包装、运输、存放 　 SMC系列模塑料封装在复合薄膜袋中，每包约50公斤，包扎后装入纸箱；　 运输途中谨防重压、受热、受潮和包装破损；　

SMC Forming

SMC产品 SMC 产品

SMC水箱 SMC水箱板是采用食品级树脂生产的SMC片材，经高温、高压、机械压制而成。 片材做成。 SMC井盖

SMC Junction Box

SMC椅子

SMC作为一种发展迅猛的新型模压料，具有许多特点： ①重现性好，不受操作者和外界条件的影响； ②操作处理方便； ③操作环境清洁、卫生，改善了劳动条件； ④流动性好，可成型异形制品；

⑤模压工艺对温度和压力要求不高，可变范围大，可大幅度降低设备和模具费用； ⑥纤维长度40～50mm，质量均匀性好，适宜于压制截面变化不大的大型薄壁制品； ⑦所得制品表面光洁度高，采用低收缩添加剂后，表面质量更为理想； ⑧生产效率高，成型周期短，易于实现全自动机械化操作，生产成本相对较低。

SMC的种类 ①团状模压料（Bulk Molding Compound, BMC） ②厚片状模压料（Thick Molding Compound, TMC） ③高强度模压料（Hight Molding Compound, HMC） 和高强度片状模压料XMC主要用于制造汽车部件。 ④结构SMC ：纤维含量较高，多在50%以上。 ⑤LS-SMC：低收缩SMC。 ⑥ITP-SMC：渗透增稠片状模塑料。

①团状模压料（Bulk Molding Compound, BMC） 是一种改进型的预混团状模压料，可用于模压和挤出成型。 SMC 纤维含量较高，纤维长度40-50mm，适用于生产大型薄壁制品。 SMC 术语辨析 其组成与SMC极为相似，是一种改进型的预混团状模压料，可用于模压和挤出成型。BMC中纤维含量较低，纤维长度较短，约6～18mm，填料含料较大，因而BMC制品的强度比SMC制品的强度低，BMC比较适合于压制小型制品，而SMC适合于大型薄壁制品 。bulk:   [ bʌlk ]   compound:   [ 'kɔmpaund ]  BMC BMC纤维含量较低，纤维长度较短（6-18mm），填料含量较大，强度较SMC低，适用于制造小型制品。

Typical BMC Formulation SMC 和 BMC的成分 resin 28% others 3% fibre glass 29% inorganic filler 45% others 7% fibre glass 20% Typical Class A SMC Formulation resin 25% inorganic filler 48% Typical BMC Formulation

BMC生产工艺

package:   [ ‘pækidʒ ] 包装 BMC 生产工艺

②厚片状模压料（Thick Molding Compound, TMC） 其组成和制作与SMC相似，厚达50mm。由于TMC厚度大，玻璃纤维能随机分布，改善了树脂对玻璃纤维的浸润性。此外，该材料还可以采用注射和传递成型。 生产现场

③高强度模压料（Hight Molding Compound, HMC） 和高强度片状模压料XMC主要用于制造汽车部件。HMC中不加或少加填料，采用短切玻璃纤维，纤维含量为65%左右，玻璃纤维定向分布，具有极好的流动性和成型表面，其制品强度约是SMC制品强度的3倍。XMC用定向连续纤维，纤维含量达70%～80%，不含填料 。 ④结构SMC ：纤维含量较高，多在50%以上。 ⑤ ZMC ZMC是一种模塑成型技术，ZMC三个字母并无实际含义，而是包含模塑料、注射模塑机械和模具三种含义。ZMC制品既保持了较高的强度指标，又具有优良的外观和很高的生产效率，综合了SMC和BMC的优点，获得了较快的发展。

二、 SMC的组分及其性能 SMC的原材料由合成树脂、增强材料和辅助材料三大类组成。 合成树脂 合成树脂为不饱和聚酯树脂 ，SMC对不饱和聚酯树脂有以下要求： ①粘度低，对玻璃纤维浸润性能好； ②同增稠剂具有足够的反应性，满足增稠要求；

③固化迅速，生产周期短，效率高； ④固化物有足够的热强度，便于制品的热脱模； ⑤固化物有足够的韧性，制品发生某些变形时不开裂； ⑥较低的收缩率。

2. 交联剂、引发剂、阻聚剂 （1） 交联剂:常用的交联剂有苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等。 （2）引发剂：在SMC树脂糊系统中，不饱和聚酯树脂需加入引发剂，活化树脂与交联单体（如苯乙烯）中的双键发生共聚反应，从而使SMC在模腔内固化成型。 SMC中引发剂应满足：贮存、操作安全；室温下不分解；制得的SMC贮存期长；达到某一温度时，分解速度快，交联效率高；价格低。

（3）阻聚剂：在SMC配方中加入自由基捕捉剂（即阻聚剂），则可以调节其贮存期，在一定时期内阻止聚合反应的发生。用于不饱和聚酯树脂的阻聚剂通常为苯醌类和多价苯酚类化合物。

是指能使不饱和聚酯树脂糊的粘度迅速升高，直到满足工艺要求以后又相对稳定的物质。 （1）增稠剂的选用原则 （2）增稠剂的品种及使用 3。 增稠剂 是指能使不饱和聚酯树脂糊的粘度迅速升高，直到满足工艺要求以后又相对稳定的物质。 （1）增稠剂的选用原则 （2）增稠剂的品种及使用 （3）影响增稠剂效果的因素 ①聚酯树脂酸值的影响 ②增稠剂活性的影响 粘度/(pa•s) 在SMC生产中，增稠剂是必需的，通过增稠作用使SMC从利于玻纤浸渍的低粘度转化为不粘手的高粘度。 时间/h 树脂酸值对增稠速度的影响

③微量水分的影响 ④温度的影响 树脂糊增稠特性与含水量关系 树脂糊增稠特性与温度的关系

4。低收缩添加剂 作用：降低或消除由不饱和聚酯树脂固化时引起的体积收缩。 低收缩机理 ① 在宏观效果上相当于热塑性高聚物产生的热膨胀抵消了不饱和聚酯树脂固化时的收缩。 ②充当了部分不饱和聚酯树脂和交联单体的贮存器。 ③沸腾从而使热塑性聚合物的膨胀压力增大。

普通不饱和聚酯与低收缩不饱和聚酯固化时的体积变化 低收缩效果如图所示。 普通不饱和聚酯与低收缩不饱和聚酯固化时的体积变化

5. 无机填料 是SMC成型制品中重要的成分，多数情况下其用量占SMC配方总量的1/3以上。常用填料有CaCO3、Al(OH)3等。 （1）填料的类型 ①氧化硅及硅酸盐类 如石棉、滑石粉、瓷土、石英 粉、硅藻土和火山灰等 ②碳酸盐类 碳酸盐的种类很多．最常用的是碳酸 钙，有轻质、重质、活性、晶体等规格；

油吸附量：指填料被亚麻仁油润湿的质量百分比。 填料的油吸附量是比表面积的函数。 （3）触变性 ③硫酸盐类 如硫酸钡、硫酸钙等； ④氧化物类 如氧化铝、氢氧化铝等； ⑤ 纤维状矿物填料 如FSMF复合填料等， （2）填料的性能及选择 包括填料细度、油吸附量、触变性 细度：通常用网筛的细度和粒径表示。 油吸附量：指填料被亚麻仁油润湿的质量百分比。 填料的油吸附量是比表面积的函数。 （3）触变性 粉体颗粒大小称颗粒粒度。由于颗粒形状很复杂，通常有筛分粒度、沉降粒度、等效体积粒度、等效表面积粒度等几种表示方法。筛分粒度就是颗粒可以通过筛网的筛孔尺寸，以1英寸（25.4mm）宽度的筛网内的筛孔数表示，因而称之为“目数”。目前在国内外尚未有统一的粉体粒度技术标准，各个企业都有自己的粒度指标定义和表示方法。在不同国家、不同行业的筛网规格有不同的标准，因此“目”的含义也难以统一 比表面积的定义 每克物质所具有的表面积(m2/g)。

在选择境料时应考虑到以下几点： ①密度低； ②油吸附值低； ③具有防腐性； ④ 价格低廉； ⑤易分散，不易结块； ⑥ 色彩均匀、洁白，易着色； ⑦具有—定的粒径分布，要求在1～l5μm之间．平均5 μm ； ⑧对制品性能无不良影响。

（3）填料对制品的成本的影响 操作成本2K 未填充的PS 体积成本 操作成本K 无操作成本 填料加入量/wt% 20 30 40 50 60 70 80 填料加入量/wt% 操作成本对填充树脂经济性的影响 (滑石粉填充聚酯)

设含有填料的产品单位体积成本Rc为 ： Rc=Km+K-(Km-Kc)Xc 其中， Km、Kc——分别为树脂糊、填料的单位体积成本 K——加填料的操作成本 Xc——填料体积分数 不加填料制品单位体积成本为： Rc=Km

K2>K1 Rc K2 A K1 Km K=0 Xc0 Xc 填料加入量与产品成本关系 填料加入量/wt% 结论：①填料的成本必须低于树脂成本 ②填料的加入量只有满足K-(Km-Kc)Xc<0才能盈利。 注：A为无亏损点，当Xc> Xc0时，制品成本降低。

6. 脱模剂 作用：使制品容易脱模。 内脱模机理：内脱模剂是一些熔点比普通模制温度稍低的化合物，它能与液态树脂相容，当加热成型时，脱模剂从内部逸出到模压料与模具相接触的界面处，熔化并形成障碍，阻止粘着，从而达到脱模的目的。 常用的内脱模剂为硬脂酸锌。 对于SMC，粘模是一个严重的问题，因此需在配方中加入内脱模剂。它们通常为长链脂肪酸及其盐类，受热熔化并作为第二相流到模具表面，从而阻止了不饱和聚酯树脂与金属模具表面发生亲合作用。

对SMC专用玻纤的一般要求是：切割性好、浸渍性佳、流动性好、制品强度高、外观良好等 。 7. 增强材料 其常用类型是短切原纱毡和无捻粗纱两种 。 对SMC专用玻纤的一般要求是：切割性好、浸渍性佳、流动性好、制品强度高、外观良好等 。 纤维中的水分及浸润剂含量 纤维的切割性和分散性 纤维浸润性 短切纤维长度和含量 玻璃纤维是SMC的基本组成之一。它的各种特性对SMC的生产工艺、成型工艺及其制品的各项性能都有明显影响。

生产过程:主要包括树脂糊制备、上糊操作、纤维切割沉降、浸渍、稠化等过程。 三、SMC生产工艺 生产过程:主要包括树脂糊制备、上糊操作、纤维切割沉降、浸渍、稠化等过程。 SMC生产流程示意图 无捻粗纱 原材料 切割机 收卷 成品贮存 稠化 增稠剂及喂入 配料 （树脂糊） 简要步骤： (1)选择持定的树脂、引发剂、填料、增稠剂及增强材料系统等。 (2)将树脂和填料等组分预先混合成树脂糊，并将之输送到传送 带或承载膜上。 (3)连续玻纤粗纱经过切割器短切，沉降于下承载膜上的树脂糊内，同时用涂敷有树脂糊的上薄膜覆盖，形成树脂糊—短切玻纤—树脂糊 糊夹层材料，然后通过各类压辊的揉捏作用，驱除被困集于夹层之内的

SMC成型机

SMC设备

生产现场

树脂糊的制备有两种方法--间歇法(批混合法)和连续计量法： （1）树脂糊的制备及上糊操作 树脂糊的制备有两种方法--间歇法(批混合法)和连续计量法： 间歇法程序如下：此法是把除增稠剂以外的各种材料按配比依次加到混合机中搅拌均匀，成为可流动的液体树脂糊。在上SMC浸渍机前加入增稠剂。 优点：设备造价低，适于小批量生产。 缺点：树脂糊的贮存寿命受增稠时间限制。 ①将不饱和聚酯树脂和苯乙烯倒入配料釜中，搅拌均匀；②将引发剂倒入配料釜中，与树脂和苯乙烯混匀；③在搅拌作用下加入增稠剂和脱模剂；④在低速搅拌下加入填料和低收缩添加剂；⑤在配方所列各组分分散为止，停止搅拌，静置待用。

SMC生产过程

连续计量法 电子秤 粉料 聚酯 其他组分 上刮刀 下刮刀 静态混合器 计量泵 树脂糊连续混料装置示意图

Principle of the SMC manufacturing process

（2）玻璃纤维的切割与沉降 切割器一般采用三辊式结构。短切玻璃纤维依其自重，在沉降室中自然降落。切割器刀辊上的刀片间距要均匀，并且沿芯轴长度交错安置，以便减少在切割器运转过程中的冲击震动，刀片一般采用机械法紧固。 SMC机组用玻璃纤维三辊切割器 1-连续玻璃纤维；2-横动杆；3-支撑辊；4-金属辊；5-压力辊；6-刀片；7-压块；8-切割辊；9-金属辊

Fibre glass chopped SMC生产过程

（3）浸渍和压实 在张力和辊的作用下，下、上承载薄膜将树脂糊和短切玻璃纤维紧紧压在一起，经过多次反复，使短切玻璃纤维浸渍树脂并赶走其中的气泡，形成密实而均匀的连续SMC片料。

弯曲双带式浸渍装置 1-弹簧；2-上压辊；3-下压辊；4-导带 辊筒式浸渍装置

（4） 收卷 当片料通过浸渍压实形成均匀的SMC片料后，通过收集装置收集成卷。收卷过程要求收卷装置保持可控而恒定的张力。 （5）熟化与存放 当SMC片材从制片机组卸下后，一般要经过一定的熟化期。当其粘度达到模压粘度范围（1-6×104Pa·s）并稳定后，才能交付成型使用。

SMC in the maturation room(熟化室)

Testing strength & modulus

SMC模压成型

动画演示

SMC成型录像片断

3. 工艺参数确定 一般参数 参数计算 1）上糊量和纤维输送量 2）切割器转速和纱团数 (3) 刮板间隙

4.4 模压工艺 压制前的准备 模压工艺参数 典型模压工艺与模压制品常见缺陷分析

压制前准备 加料 成型 脱模 修整 成品 校形 模压成型工艺流程

一、压制前的准备 模压料预热和预成型 预热：在压制前对模压料预先进行加热处理。 作用：改善模压料的工艺性，便于装模和降低制品的收缩率，同时还可缩短模压时间，降低成型压力。 方法：加热板预热、红外线预热、电烘箱预热、远红外预热及高频预热等。

2. 装料量的估算 目的：可提高生产效率、确保制品尺寸。 每个制品首次压制时，按制品体积×密度计算加料量。 制品体积的估算方法： ①形状、尺寸简化计算法 ②密度比较法 ③铸型比较法

3. 脱模剂的选用 常用的外脱模剂有石蜡、机油、硬脂酸、硬脂酸盐、硅酯、有机硅等。 内脱模剂的种类随模压料的品种而异，如镁酚醛型模压料多用油酸，酚醛环氧型用单硬脂酸甘油酯脱模效果更好。

二、模压工艺参数 模压工艺参数：就是将模压料转化成合格制品所需的外部条件。实际生产中称为压制制度，包括温度制度和压力制度。 温度制度 温度的作用：主要是促进树脂塑化和固化。 装模温度；升温速度；最高模压温度（成型温度）； 保温时间；后固化处理

(1)装模温度 指将物料放入模腔时模具的温度。它主要取决于模压料的品种和质量指标、制品结构和生产率。 (2)升温速度 指由装模温度到最高压制温度的升温速率。 (3)最高模压温度（成型温度） 模压温度主要由树脂放热曲线来确定。

(4)保温时间 指在成型压力和模压温度下保温的时间。其作用是使制品固化完全和消除内应力。 它主要取决于两个因素：一是模压料固化反应的时间；二是不稳定导热时间。 (5) 后固化处理 目的：提高制品固化反应程度，通过提高温度，使尚未反应的基团间继续交联增加密度，去除残留挥发物且消除残余应力。

2. 压力制度 （1）成型压力 作用：是克服模压料的内摩擦及物料与模腔间的外摩擦，使物料充满模腔；克服物料挥发物的抵抗力及压紧制品以保证精确的形状和尺寸。 两个主要影响因素： 模压料的种类及质量指标；制品结构形状尺寸。

（2）加热时机 指在装模后经多长时间，在什么温度下进行加全压。合理选用加压时机是保证制品质量的关键之一。

三、典型模压工艺与模压制品常见缺陷分析 典型模压工艺 模压制品常见缺陷分析

http://www.chinabmc.com/main_p1_2.htm http://www.menzolit.fr/technology/manufactg__smc/manufactg__smc.html

谢谢大家！

小结 SMC特点与种类 SMC生产工艺 （1）树脂糊的制备及上糊操作 （2）玻璃纤维的切割与沉降 （3）浸渍和压实 （4）收卷 （5）熟化与存放

思考题 1.SMC的特点及种类是什么？ 2.SMC的生产工艺如何？ 3.查阅论文“SMC的现状与发展 ”、“高强度SMC模塑料的研制 ”、“生产SMC的新方法 ”“Study on SMC used in cars ”，写出你对SMC认识。