[科普中国]-高温模压成型

高温模压成型（compressing moulding un-der high temperature）是指模压成型和焙烧是在同一台设备上同时进行以制造炭素制品的一种工艺。模压成型工艺是利用树脂固化反应中各阶段特性来实现制品成型的，即模压料塑化、流动并充满模腔，树脂固化。在模压料充满模腔的流动过程中，不仅树脂流动，增强材料也要随之流动，所以模压成型工艺的成型压力较其他工艺方法高，属于高压成型。因此，它既需要能对压力进行控制的液压机，又需要高强度、高精度、耐高温的金属模具。

简介模压成型工艺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。它是将一定量的预混料或预浸料加入金属对模内，经加热、加压固化成型的方法。

模压成型工艺是利用树脂固化反应中各阶段特性来实现制品成型的，即模压料塑化、流动并充满模腔，树脂固化。在模压料充满模腔的流动过程中，不仅树脂流动，增强材料也要随之流动，所以模压成型工艺的成型压力较其他工艺方法高，属于高压成型。因此，它既需要能对压力进行控制的液压机，又需要高强度、高精度、耐高温的金属模具。

用模压工艺生产制品时，模具在模压料充满模腔之前处于非闭合状态。用模压料压制制品的过程中，不仅物料的外观形态发生了变化，而且结构和性能也发生了质的变化。但增强材料机恩保持不变，发生变化的主要是树脂。因此，可以说模压工艺是利用树脂固化反应中各阶段的特性来实现制品成型的过程。当模压料在模具内被加热到一定温度时，其中树脂受热熔化成为粘流状态，在压力作用下粘裹纤维一道流动直至填满模腔，此时称为树脂的“粘流阶段”。继续提高温度，树脂发生化学交联，分子量增大。当分子交联形成网状结构时，流动性很快降低直至表现一定弹性。再继续受热，树脂交联反应继续进行，交联密度进一步增加，最后失去流动性，树脂变为不溶不熔的体型结构，到达了“硬固阶段”。模压工艺中上述各阶段是连续出现的，其间无明显界限，并且整个反应是不可逆的。

模压成型始于1909年，当时主要用于生产酚醛树脂复合材料制品。随着SMC、BMC和新型塑料的出现，模压成型工艺发展较快，所占比例仅次于手糊、喷射和连续成型，居第三位1。

优点模压成型工艺的主要优点：

①生产效率高，便于实现专业化和自动化生产；

②产品尺寸精度高，重复性好；

③表面光洁，无需二次修饰；

④能一次成型结构复杂的制品；

⑤因为批量生产，价格相对低廉。

模压成型的缺点：

模具制造复杂，投资较大，制品尺寸受设备限制。

最适合于生产批量大的中小型复合材料制品2。

应用主要用作结构件、连接件、防护件和电气绝缘件。广泛应用于工业、农业、交通运输、电气、化工、建筑、机械等领域。由于模压制品质量可靠，在兵器、飞机、导弹、卫星上也都得到了应用3。

模压成型工艺分类模压成型工艺按增强材料物态和模压料品种可分为如下几种：

①纤维料模压法：是将经预混或预浸的纤维状模压料，投入到金属模具内，在一定的温度和压力下成型复合材料制品的方法。

②织物模压法：将预先织成所需形状的两维或三维织物浸渍树脂胶液，然后放入金属模具中加热加压成型为复合材料制品。

③层压模压法：将预浸过树脂胶液的玻璃纤维布或其它织物，裁剪成所需的形状，然后在金属模具中经加温或加压成型复合材料制品。

④碎布料模压法：将浸过树脂胶液的玻璃纤维布或其它织物，如麻布、有机纤维布、石棉布或棉布等的边角料切成碎块，然后在金属模具中加温加压成型复合材料制品。

⑤缠绕模压法：将预浸过树脂胶液的连续纤维或布（带），通过专用缠绕机提供一定的张力和温度，缠在芯模上，再放入模具中进行加温加压成型复合材料制品 。

⑥片状塑料（SMC）模压法：将SMC片材按制品尺寸、形状、厚度等要求裁剪下料，然后将多层片材叠合后放入金属模具中加热加压成型制品 。

⑦预成型坯料模压法：先将短切纤维制成品形状和尺寸相似的预成型坯料，将其放入金属模具中，然后向模具中注入配制好的粘结剂（树脂混合物），在一定的温度和压力下成型。

⑧定向铺设模压：将单向预浸料沿制品主应力方向取向铺设，然后模压成型。制品中纤维含量可达70%，适用于成型单向强度要求高的制品1。

模压料的质量控制模压料的质量指标有三项：树脂含量、挥发物含量及不溶性树脂含量。模压料质量对其模塑特性及模压制品性能有极大影响，因此，必须在生产过程中对原材料及各工艺的工艺条件严格控制，主要控制下列各项：

1.树脂溶液粘度

降低树脂胶液粘度有利于树脂对纤维的浸透和减少纤维强度损失。但若粘度过低，在预混过程中会导致纤维离析，影响树脂对纤维的粘附。在树脂中加入适量溶剂（稀释剂）可调控粘度。由于粘度与密度有一定关系，而粘度测定又不如密度测定简单易行，因此，通常用密度作为粘度控制指标。如酚醛预混料树脂胶液密度控制在1-1.025g/cm3范围内。

2.纤维短切长度

纤维过长易相互纠缠产生料团。机械预混，纤维长度一般不超过20-40mm；手工预混，纤维长度不超过30-50mm。

3.浸渍时间

在确保纤维均匀浸透情况下应尽可能缩短时间。捏合时间过长既损失纤维强度，又会使溶剂挥发过多增加撕松困难。

4.烘干条件

烘干温度和时间是控制挥发物含量与不溶性树脂含量的主要因素。此外还应注意料层的厚度和均匀性。一般快速固化酚醛型预混料（如镁酚醛）的烘干条件为80℃，烘干50-70min。环氧酚醛型预混料的烘干条件为80℃，烘干20-40min。

5.其他

合理的设备设计如捏合机浆叶型式、浆叶与捏合锅内壁的间隙，以及撕松机的结构、速度等，也都是影响模压料质量的重要因素3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学