高温模壓成型

模壓成型工藝是複合材料生產中最古老而又富有無限活力的一種成型方法。它是將一定量的預混料或預浸料加入金屬對模內，經加熱、加壓固化成型的方法。

模壓成型工藝是利用樹脂固化反應中各階段特性來實現製品成型的，即模壓料塑化、流動並充滿模腔，樹脂固化。在模壓料充滿模腔的流動過程中，不僅樹脂流動，增強材料也要隨之流動，所以模壓成型工藝的成型壓力較其他工藝方法高，屬於高壓成型。因此，它既需要能對壓力進行控制的液壓機，又需要高強度、高精度、耐高温的金屬模具。

用模壓工藝生產製品時，模具在模壓料充滿模腔之前處於非閉合狀態。用模壓料壓制製品的過程中，不僅物料的外觀形態發生了變化，而且結構和性能也發生了質的變化。但增強材料機恩保持不變，發生變化的主要是樹脂。因此，可以説模壓工藝是利用樹脂固化反應中各階段的特性來實現製品成型的過程。當模壓料在模具內被加熱到一定温度時，其中樹脂受熱熔化成為粘流狀態，在壓力作用下粘裹纖維一道流動直至填滿模腔，此時稱為樹脂的“粘流階段”。繼續提高温度，樹脂發生化學交聯，分子量增大。當分子交聯形成網狀結構時，流動性很快降低直至表現一定彈性。再繼續受熱，樹脂交聯反應繼續進行，交聯密度進一步增加，最後失去流動性，樹脂變為不溶不熔的體型結構，到達了“硬固階段”。模壓工藝中上述各階段是連續出現的，其間無明顯界限，並且整個反應是不可逆的。

模壓成型始於1909年，當時主要用於生產酚醛樹脂複合材料製品。隨着SMC、BMC和新型塑料的出現，模壓成型工藝發展較快，所佔比例僅次於手糊、噴射和連續成型，居第三位 ^[1]  。

模壓成型工藝的主要優點：

①生產效率高，便於實現專業化和自動化生產；

②產品尺寸精度高，重複性好；

③表面光潔，無需二次修飾；

④能一次成型結構複雜的製品；

⑤因為批量生產，價格相對低廉。

模壓成型的缺點：

模具製造複雜，投資較大，製品尺寸受設備限制。

最適合於生產批量大的中小型複合材料製品 ^[2]  。

主要用作結構件、連接件、防護件和電氣絕緣件。廣泛應用於工業、農業、交通運輸、電氣、化工、建築、機械等領域。由於模壓制品質量可靠，在兵器、飛機、導彈、衞星上也都得到了應用 ^[3]  。

模壓成型工藝按增強材料物態和模壓料品種可分為如下幾種：

①纖維料模壓法：是將經預混或預浸的纖維狀模壓料，投入到金屬模具內，在一定的温度和壓力下成型複合材料製品的方法。

②織物模壓法：將預先織成所需形狀的兩維或三維織物浸漬樹脂膠液，然後放入金屬模具中加熱加壓成型為複合材料製品。

③層壓模壓法：將預浸過樹脂膠液的玻璃纖維布或其它織物，裁剪成所需的形狀，然後在金屬模具中經加温或加壓成型複合材料製品。

④碎布料模壓法：將浸過樹脂膠液的玻璃纖維布或其它織物，如麻布、有機纖維布、石棉布或棉布等的邊角料切成碎塊，然後在金屬模具中加温加壓成型複合材料製品。

⑤纏繞模壓法：將預浸過樹脂膠液的連續纖維或布（帶），通過專用纏繞機提供一定的張力和温度，纏在芯模上，再放入模具中進行加温加壓成型複合材料製品 。

⑥片狀塑料（SMC）模壓法：將SMC片材按製品尺寸、形狀、厚度等要求裁剪下料，然後將多層片材疊合後放入金屬模具中加熱加壓成型製品 。

⑦預成型坯料模壓法：先將短切纖維製成品形狀和尺寸相似的預成型坯料，將其放入金屬模具中，然後向模具中注入配製好的粘結劑（樹脂混合物），在一定的温度和壓力下成型。

⑧定向鋪設模壓：將單向預浸料沿製品主應力方向取向鋪設，然後模壓成型。製品中纖維含量可達70%，適用於成型單向強度要求高的製品 ^[1]  。

模壓料的質量指標有三項：樹脂含量、揮發物含量及不溶性樹脂含量。模壓料質量對其模塑特性及模壓制品性能有極大影響，因此，必須在生產過程中對原材料及各工藝的工藝條件嚴格控制，主要控制下列各項：

1.樹脂溶液粘度

降低樹脂膠液粘度有利於樹脂對纖維的浸透和減少纖維強度損失。但若粘度過低，在預混過程中會導致纖維離析，影響樹脂對纖維的粘附。在樹脂中加入適量溶劑（稀釋劑）可調控粘度。由於粘度與密度有一定關係，而粘度測定又不如密度測定簡單易行，因此，通常用密度作為粘度控制指標。如酚醛預混料樹脂膠液密度控制在1-1.025g/cm³範圍內。

2.纖維短切長度

纖維過長易相互糾纏產生料團。機械預混，纖維長度一般不超過20-40mm；手工預混，纖維長度不超過30-50mm。

3.浸漬時間

在確保纖維均勻浸透情況下應儘可能縮短時間。捏合時間過長既損失纖維強度，又會使溶劑揮發過多增加撕松困難。

4.烘乾條件

烘乾温度和時間是控制揮發物含量與不溶性樹脂含量的主要因素。此外還應注意料層的厚度和均勻性。一般快速固化酚醛型預混料（如鎂酚醛）的烘乾條件為80℃，烘乾50-70min。環氧酚醛型預混料的烘乾條件為80℃，烘乾20-40min。

5.其他

合理的設備設計如捏合機漿葉型式、漿葉與捏合鍋內壁的間隙，以及撕松機的結構、速度等，也都是影響模壓料質量的重要因素 ^[3]  。