保压温度对不饱和聚酯模压复合材料性能的影响【说明书论文毕业】
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目 录摘 要 .IIIAbstract .IV1 绪 论 .11.1 课题背景 .11.2 不饱和聚酯简介 .11.2.1 不饱和聚酯的合成 .11.2.2 不饱和聚酯的功能和应用 .11.3 片状塑料（SMC）模压法 .11.3.1 SMC 及其特点 .11.3.2 SMC 原材料要求 .21.3.3 SMC 工艺流程 .21.4 SMC 制品的应用 .21.4.1 在汽车工业中的应用 .21.4.2 在电气领域中的应用 .31.4.3 在建筑领域中的应用 .31.5 本文研究内容 .32 SMC 模压复合材料的制备及性能测试方法 .42.1 前言 .42.2 实验部分 .42.2.1 原料 .42.2.2 仪器 .42.2.3 SMC 模压复合材料的制备 .42.3 性能测试方法 .52.3.1 硬度测试方法 .52.3.2 拉伸强度测试方法 .62.3.3 热稳定性测试方法 .62.4 小结 .63 SMC 模压复合材料性能测试 .8I3.1 前言 .83.2 结果与讨论 .83.2.1 硬度测试 .83.2.2 拉伸强度测试 .93.2.3 热稳定性测试 .103.3 小结 .124 结论与展望 .144.1 结论 .144.2 展望 .14参考文献 .15致谢 .16II保压温度对不饱和聚酯模压复合材料性能的影响摘 要本文主要研究利用不饱和聚酯作为树脂基体、短纤维为增强材料和辅助材料在质量和成型压力不变的条件下，采用不同的保压温度固化成型制得不饱和聚酯模压复合材料。并对不同保压温度下制得的 SMC 模压板进行硬度、拉伸强度、热稳定性等测试。其分析结果表明：SMC 模压复合材料的硬度、拉伸强度随保压温度的增大呈上升趋势， SMC复合材料随着保压温度的增大而呈现较好的力学性能。关键词：模压成型；不饱和聚酯；复合材料IIIEffect of dwell temperature on the properties of unsaturated polyester molding compoundAbstractIn this paper, we mainly study using unsaturated polyester resin as matrix resin, short fiber reinforced materials and auxiliary materials in quality and forming pressure invariant conditions, using different molding temperature and curing of unsaturated polyester molding compound material. The hardness, tensile strength and thermal stability of SMC molded plates made under different molding temperature were tested. The analysis results show that the hardness, tensile strength and thermal stability of molding temperature increases with the rising trend in SMC molding composite materials, SMC composite showed better mechanical properties with increasing the molding temperature.Key words: compression molding, unsaturated polyester , composites 01 绪 论1.1 课题背景SMC/BMC 作为一种模压料，它被用来使用干法来制成不饱和聚酯玻璃钢制品。SMC/BMC 最开始出现在 1960 至 1970 年之间，1970 年之后开始大规模发展。据统计，1998 年欧洲 SMC/BMC 产量达到 28.1 万吨，日本达到 17 万吨，美国为 30 多万吨。2004 年欧洲仅 SMC 的产量就达到 19.1 万吨 1。目前，世界SMC/BMC 产量占到全部玻璃钢总产量的 20-25 ，每年大概已百分之十的速度持续增长。在几十年中，SMC/BMC 工艺获得了突飞猛进的发展，其应用范围和应用数量增长巨大 24 。因为 SMC/BMC 在热固性复合材料中是十分先进的，所以已经成为使用性非常广的模压材料，SMC/BMC 工艺在整个模压工艺中占据举足轻重的地位，在世界各个国家获得了广泛的使用 5。1.2 不饱和聚酯简介1.2.1 不饱和聚酯的合成使用直接熔融缩聚反应，将二元醇、苯酐和顺酐放入到缩聚反应釜里面去，然后让其在惰性气体的保护下 200高温反应 6。将制得的聚酯再放到反应釜中，加入苯乙烯和阻聚剂，在 60 到 80的温度下混合，然后制成粘稠的液态树脂，即不饱和聚酯树脂 7。1.2.2 不饱和聚酯的功能和应用不饱和聚酯树脂拥有良好的物理性质：耐热性好；力学性能好；耐腐蚀性能好；节点性能好。所以这么多年以来在世界发展非常迅速, 与其他热固性树脂相比发展较快。应用于各种军用民生领域 8。1.3 片状塑料（SMC）模压法1.3.1 SMC 及其特点SMC 作为一种最近快速发展起来的模压料，具有以下许多特点：原材料容易购买，价格便宜，产品经济性好；操作处理方便；产品加工的环境清洁、干净，劳动的条件好 9；产品有较好的流动性，可做成各种形状；模压工艺对不需要太高的温度和妖力，减少了设备和模具的价钱；产品合格率高 10；生产的制品表面十分光洁；生产效率高，生产周期短，生产成本与其他比较相对较低 11。11.3.2 SMC 原材料要求对 SMC 模压塑料所用的不饱和聚酯树脂提出以下要求：对增强材料和填料要有良好的浸润性，用来提高树脂和玻璃纤维之间的黏结强度 12；树脂需要有一定的黏度，还要有良好的流动性；树脂有较低固化温度，在固化过程中，树脂的挥发物要少，而且工艺性要好；考虑到生产效率的因素，树脂还需要有较快的固化速度；树脂的固化参数必须满足模压成型工艺要求；要对树脂中的含水量进行严格控制。增强材料是玻璃纤维，一般为无捻粗纱和短切原丝毡 13。一般要求是切割性好、浸润性好、制品强度高、流动性好、外观质量好。1.3.3 SMC 工艺流程SMC 生产主要由如下几个部分组成。树脂糊的制备及上糊过程。树脂糊的制备方法有如下三种。批混合法 这种方法是将除了增稠剂之外的其他材料按照比例放入到反应釜中，以一种糊状混合物的形式使用。在上 SMC 机组前加入增稠剂。然后通常在 30min 使用完 14。批混合法 这种方法的特点是使用两个混料釜系统相互混合：一个釜里装不饱和聚酯树脂、低收缩添加剂、引发剂、脱模剂和填料；另外一个釜里装载体树脂、着色剂、增稠剂。生产的时候，使用计量泵通过混合器进行混合。连续混合法 配方中的所有液体或固体的计量、运输、混合全部实现机械化和自动化。这种系统装置投资费用大，适合连续大批量生产。浸渍过程 浸渍过程的主要目的是使树脂浸透纤维、驱赶气泡、使片材压紧。增稠过程与存放过程 当 SMC 片材收卷完成后，一般要经过一定的增稠时间后才能使用 15。1.4 SMC 制品的应用SMC 制品具有结构功能一体化强、轻质、高强、耐腐蚀、阻燃、电绝缘性能优良等特点，因此在各个国民经济领域中获得了广泛的应用。SMC 的主要应用领域是汽车、建筑/住宅和电气领域 16。1.4.1 在汽车工业中的应用在汽车领域中，SMC 可以说是一种多功能材料。它有极平滑的表面、高力学性能、良好的耐热性能、优良的粘接性能和良好的加工性能；在生产上，SMC 的成型非常快速，有比钢更好的投资效率。因此 SMC 在汽车领域获得了2迅速发展 17。SMC 在汽车领域中的应用按其特性可以分为功能性、结构性、外管性产品。若按其在汽车结构上的应用部位可以分为外部应用、内部应用和发动机罩下应用三种类型。一般来说，SMC 的典型应用可以分为以下几种类型 18。轿车车身零件 后尾门、侧门、挡泥板、车顶板、引擎盖、保险杠、天窗框架、前端板和发动机下零件等。卡车零件 保险杠、踏脚板、前围、散热器面罩、车门、挡泥板、工具箱门、车顶扰流板和发动机下零件等。在城市公交车上的应用 行李支架、门框和窗框等 19。1.4.2 在电气领域中的应用SMC 由于本身具有优良的电绝缘性能、阻燃性能，并且整体成型性能好、耐热性能高、耐腐蚀、耐水及理想的力学性能，在电气领域中获得了广泛的应用。SMC 在电气领域中的应用主要包括如下内容 20。电气罩壳，如电气开关盒、电气配电盒、仪表盘罩、电线分配箱外壳、防爆灯罩、蓄电池箱、保险丝箱和空调外壳等。电气原件，如绝缘子、电机风罩、电机换向器等。通信设备，如电话亭、电话机外壳等。1.4.3 在建筑领域中的应用SMC 在建筑领域中的应用已经有许多年的历史。SMC 在建筑领域的应用主要有：淋浴用品，主要产品有浴缸、淋浴间、洗池、防水盘、坐便器、化妆台等，特别是浴缸、整体浴室设备给水槽等；组合式水箱；净化槽、屋面板及座椅等产品 21。1.5 本文研究内容及意义不饱和聚酯 SMC 模压复合材料是近 20 年发展起来的新型材料，由于拥有优良的力学性能和较低的生产成本，广泛应用于电机、电器、工业机械、民用建筑、容器以及汽车外部构件等领域 22。本文的研究，主要是利用不饱和聚酯作为树脂基体、短纤维增强材料和辅助材料所制得的 SMC 模压料在质量和成型压力不变的条件下，采用不同的保压温度固化成型制得不饱和聚酯模压复合材料。对不同保压温度下制得的不饱和聚酯模压板进行硬度、拉伸强度、热稳定性等测试，并分析保压温度对该性能的影响。在质量都为 100g,成型压力都为 13MPa 的相同条件下，将 SMC 模压料在不同保压温度即 120、130 、140、150 下所制备得到的模压板分别编号为 1、2、3、4，后文的叙述和实验过程将采用该编号。32 SMC 模压复合材料的制备及性能测试方法2.1 前言SMC 是在 1960 年左右开始发展的玻璃纤维增强模塑料，一开始是经过德国的拜尔公司实现生产化，然后逐渐向全球推广。因为它在模压的时候空气流动性不错，成型固化温度相对较低，模压成型时间短，表面光泽度好，特别是成型后制品的尺寸稳定性好的优良特点，现已实现大批量生产制造该复合制品材料 23。SMC 模压成型工艺是将一定质量的 SMC 置于涂过脱模剂的模具内，合模加热并加压。在一定温度和压力的作用下，SMC 模压料填满模腔内并逐渐固化成型。待达到固定温度后保压一段时间，然后将制品从模具内取出，再经过其他一系列的辅助加工即可得到所需的 SMC 模压成型制品。SMC 模压复合材料的力学性能和拉伸强度受到保压温度因素的影响。本节主要研究利用 SMC 模压料在压力和质量不变的条件下，采用不同的成型温度固化成型制得不饱和聚酯模压复合材料。对不同成型温度下制得的不饱和聚酯模压板进行力学性能、硬度、热稳定性等测试。2.2 实验部分2.2.1 原料实验所需要的试剂及原料见表 2.1表 2.1 主要原料和试剂一览试剂 生产厂家SMC 模压料 江阴市凯晨铸造有限公司甲基硅油 贝力达新材料有限公司2.2.2 仪器主要实验仪器和分析仪器见表 2.2表 2.2 主要仪器和分析仪器一览仪器 型号 生产厂家25 兆牛半自动压力成型机 HPC-25 无锡市中凯橡塑机械有限公司数显洛氏硬度计 HRS-150 莱州华银试验仪器有限公司电子万能拉力试验机 CMT 美特斯工业系统（中国）有限公司综合热分析仪 STA409 PC luxx 德国耐驰仪器制造有限公司2.2.3 SMC 模压复合材料的制备模压成型工艺是将一定量的模压料放入金属对模中，在一定的温度和压力4作用下固话成型制品的一种方法。在模压成型过程中需加热和加压，使模压料塑化，流动充满模腔，并使树脂发生固化反应。模压料的种类为不饱和聚酯类，成型温度为 120-155之间，成型压力为 2-15MPa，为便于脱模，一般在模压时上模温度比下模温度高 2-10，保温一段时间之后，大部分情况下在压力下慢慢降温。除特殊要求外，采用冷却水强制冷却 24。实验步骤：1) 清理模具，涂甲基硅油脱模剂，合模于平板硫化机平台上；2) 制定模压参数，调试平板硫化机使上下平台面刚好与钢模接触，加温预热模具至所需温度。3) 按下式计算模压预浸料的用量：G=（1+）V式中：损耗系数，取值 0.05模压成型后制品的密度（g/cm 3）材料密度： 1.75-1.95V模具型蔷容积或制品实占空间体积（cm 3）准确称取 SMC 模压料 100g 左右，精确到 0.1g 模压料不应偏多或偏少，以免造成制品尺寸不能到位或缺陷。4) 在 130下开模，迅速将 SMC 模压料铺放在模具中心位置。5) 合模，分别加温至 120、130 、140、150，保温保压 20 分钟后降温至 60以下即可脱模。6) 脱模，待样品充分冷却固化后，除去毛边，测量厚度后将材料名称，模压参数等写贴标签。7) 填写标签，做好实验记录。2.3 性能测试方法2.3.1 硬度测试方法硬度，物理学专业术语，材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。布氏硬度一般用于材料较软的时候，洛氏硬度一般用于硬度较高的材料，如热处理后的硬度等等，而且由于布氏硬度不宜测量太小或太薄的试样，所以选择实验洛氏硬度计来测量。本实验采用国产 HR-150 型洛氏硬度计，按 GB/T9342-2002 规定的实验条件测试 SMC 模压复合材料的洛氏硬度，在测试过程中，应移动试件选择新的试验点进行试验，两压痕中心及任一压痕离边缘的距离均不得小于 3 毫米，移动试件重复上述的操作步骤，进行第二个和第三个点的实验。同一表面进行 5个点测试，结果为 5 次平均值。5洛氏硬度没有单位，是一个无纲量的力学性能指标，其最常用的硬度标尺有 A、B 、C 三种，通常记作 HRA、HRB 、HRC，其表示方法为硬度数据+硬度符号，如 50HRC。2.3.2 拉伸强度测试方法拉伸强度是指材料产生最大均匀塑性变形的应力，在拉伸试验中，试样直至断裂为止所受的最大拉伸应力即为拉伸强度，其结果以 MPa 表示。本实验采用电子万能拉力试验机（型号 CMT） ，美特斯工业系
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