BMC塑料及其成型工艺整理讲解

第 1 页 共 15 页 BMCBMC 材料及成型工艺材料及成型工艺 BMC bulk molding compound 或 DMC dough molding compound 称为团状模塑料 以前也称 BT 3 和片状模塑料一样 都是短切纤维增强的热固性模塑料 如今在美国 日本和我国 通常 BMC 和 DMC 是指同 一种材料 根据美国 SPI 的定义 BMC 即为化学增稠了的 DMC 具有抗冲 抗压 抗弯曲 抗拉伸 高电容 量 高表面电阻 高绝缘强度 高耐电弧性 以及无毒耐腐蚀 阻燃等一系列优异的物理性能 尤其具有流 动性好 模塑压力低 成型时间短 模塑温度低等优良成型特性 它在以下领域被广泛的应用 一 电器和电子元器件 各类高低压电器开关的外壳及结构部件 化工和矿用防爆型电器零部件 电机 电磁阀整体封装 母线框 接线柱板 绝缘杆 绝缘子各种规格绝缘板材等 二 汽车工业 汽车壳体 保险杠 车灯架 车灯碗 后备箱等车内外制件和功能件等 三 仪表工业 仪表架 仪表壳 操纵杆等 四 民用产品 卫生洁具 装饰品 洗碗机内胆 器皿等 66 10MW 微波炉器皿专用 BMC 材料 无毒 耐热 五 其他方面 电子复印机 印刷机械 办公机械的结构部件 电子计算机零件等 第 2 页 共 15 页 BMC 的基本特征是 大多经化学增稠 玻纤含量在 9 25 之间比 SMC Sheet molding compound 的缩写 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 因而广泛应用于运输车辆 建筑 电子 电气等行业中 少 故物理机械性能稍低 短切长度范围为 3 25mm 填料含量大多比 SMC 高 物料流动性 成型工艺性及制品表观质量会比 SMC 好 成型薄壁 狭窄等精细复杂结构的制品突显优势 但成型条件 工序管理 缺陷对策及模具要领等都和 SMC 工艺相似 BMC 模塑料的制备流程 第一步 将配方中的液体组份和其它助剂先在高速打浆机中 充分分散 搅拌制备成糊料 第二步 将配方中的粉体填料投入 sigma 捏合机中稍加拌 和 然后将上述准备好的糊料倒入 sigma 机中 进行 充分的捏合拌和 大致 30 45 分完成液 固两相的均 匀混合 第三步 将配方中的短切玻纤 在开机状态下撒落在已拌匀 的膏体上 大致 5 8 分钟强力拌和 至玻纤都被膏体 包覆浸渍即可 不宜过久而折断玻纤引起降解 第四步 倾倒出料 称重分装入不透气的薄膜包装袋中 口部扎紧 常温下自然熟化 3 5 天即可使用 第 3 页 共 15 页 1 BMC 混练用的捏合机 一般采用 Z 形捏合机又称双臂捏合机或 sigma 桨叶捏合机 桨叶形状可有多种类型 两根桨叶的速比最好 无公约数 浆叶外缘与室壁间隙约为 5 8mm 2 BMC 制品所能实现或达到的尺寸要求和几何精度及尺寸误差的累积原理 项目达到的水平 最小壁厚 mm 可控的尺寸公差 名义尺寸 100 以内 mm 精密级的尺寸公差 名义尺寸 100 以内 mm 平面度 500 500 mm 0 8 1 2 0 03 0 05 0 01 0 02 0 30 0 50 第 4 页 共 15 页 4 BMC 注射压缩成型工艺 5 BMC 配料价格和制品价格的计算实例 车灯反射镜用本色 BMC 配方及原料价格 组份及代号采购单价 含税 元 kg 注 1 配方表100kg 配料时的 组份重量 kg 100kg 配料时的 组份价格 元 第 5 页 共 15 页 不饱和聚酯树脂 UP 16 00 60phr 注 2 12 0192 00 31 50 注 3 低收缩 低波纹 度添加剂 LS LPA PVAc 22 0040phr8 0176 00 28 90 重质碳酸钙 CaCO3 600 目 0 80300phr60 048 00 7 90 高温引发剂 TBPB 40 001 2phr0 249 60 1 60 中温引发剂 TBPO 140 000 5phr0 1014 00 2 30 硬脂酸锌脱模剂 ZnSt 12 003 5phr0 708 40 1 40 氢氧化钙增稠剂 Ca OH 2 10 000 8phr0 161 60 0 30 短切玻璃纤维 G F 6mm 10 00 总量的 16 16 0160 00 26 10 合计 100 0609 60 100 注 1 2008 年年初的大致价格 注 2 phr Parts per hundred resin 每百份树脂 液体组份 的组份 注 3 刮号中数据是组份价格占原料总价的比例 第 6 页 共 15 页 上述原料合计价格一般再追加 25 40 的加工费 管理费等即为模塑料的出厂价 BMC 塑壳断路器压缩成型价格分析表 项目250A 上盖250A 底座 制品照片 每月需求量 只 50005000 零件净重 克 423770 客户要求 BMC 之牌号 品质 Tetradur F4308 7035Tetradur F4308 7035 BMC 材料的采购价 元 公 斤 含税 12 50 未税 10 68 含税 12 50 未税 10 68 压制品投料重量 克 435787 制品材料价格 未税 元 4 658 41 模具型式一模二腔一模二腔 成型压机 吨 100100 100 吨压机每小时的加工费 元 小时 包含设备折旧 电费 维修费 工资等 注 1 50 0050 00 每模次制品成型周期 秒 240300 每小时成型件数 只 小时 3024 制品成型费用 元 只 1 672 08 第 7 页 共 15 页 制品后整理去毛刺费用 元 只 0 400 80 包装 检查费用 元 只 0 350 55 工厂费用小计 元 只 4 65 1 67 0 40 0 35 7 07 8 41 2 08 0 80 0 55 11 84 工厂管理及利润 15 元 只 1 061 78 制品出厂价格 元 只 注 2 未税 8 13 含税 9 51 未税 13 62 含税 15 94 注 1 随不同的工厂 批量多少 压机吨位 模具优劣等情况有较大差异 注 2 本表的各种价格基本参照 2008 年的平均水平 压制成型工艺过程压制成型工艺过程 BMC 模塑料的压制成型原理及其工艺过程与其他热固性塑料基本上是相同的 在压制时 将一定量的 BMC 模塑料放入预热的压模中 经加压 加热固化成型为所需的制品 1 1 BMCBMC 模压成型工艺特点模压成型工艺特点 浪费料量少 通常只占总用料量的 2 5 实际的物料损耗量还取决于所成型制品的形状 尺寸及 复杂程度 在成型过程中 BMC 模塑料虽然是含有大量的玻璃纤维 但是却不会产生纤维的强烈取向 故制品 的均匀性 致密性较高 而残余的内应力也较小 在加工过程中 由于填料和纤维很少断裂 故可以保持较高的力学性能和电性能 在压制时由于其流动长度相对来说较短 故模腔的磨蚀也不严重 模具的保养成本也较低 第 8 页 共 15 页 与注射成型相比 其所采用的成型设备 模具等的投资成本较低 因此整个制品的成型成本也较低 压制成型时 是将一定量的准备好的 BMC 模塑料放进已经预热的钢制压模中 然后以一定的速度闭合 模具 BMC 模塑料在压力下流动 并充满整个模腔 在所需要的温度 压力下保持一定的时间 待其完成 了物理和化学作用过程而固化 定型并达到最佳性能时开启模具 取出制品 BMC 模塑料压制成型过程如图 3 16 所示 3 3 压制成型前的准备工作压制成型前的准备工作 作为湿式预混料的 BMC 模塑料含有挥发性的活性单体 在使用前不要将其包装物过早拆除 否则 这 些活性单体会从 BMC 物料中挥发出来 使物料的流动性下降 甚至造成性能下降以致报废 当然 对于已 拆包而未用完的 BMC 模塑料 则一定要重新将其密封包装好 以便下次压制之用 投料量的计算和称量 一般来说 首先是要知道所压制制品的体积和密度 再加上毛刺 飞边等的损耗 然后进行投料量的计 算 装料量的准确计算 对于保证制品几何尺寸的精确 防止出现缺料或由于物料过量而造成废品及材料的 第 9 页 共 15 页 浪费等 都有十分直接的关系 特别是对于 BMC 这种成型后不可回收的热固性复合材料来说 对于节省材 料 降低成本 更具有重要的实际意义 实际上 由于模压制品的形状和结构比较复杂 其体积的计算既繁复亦不一定精确 因此装料量往往都 是采用估算的方法 对于自动操作的机台 其加料量可控制在总用料量的土 1 5 以内 而达到 5 或超过 此数量时 则肯定会在模具的合模面上出现飞边 这薄薄的一层超量的物料在加热状态的高模温作用下 会 迅速地固化而形成飞边 估算装料量的方法有许多 如有所谓 形状 尺寸简单估算法 密度比较法 和 注型比较法 等 用上述方法估算出基本的装料量后 并进行几次的试压 就可以比较准确地得出 BMC 模塑料压制成型 的装投料量 模具的预热 BMC 模塑料是热固性增强塑料的一种 对于热固性塑料来说 在进行成型之前首先应将模具预热至所 需要的温度 此实际温度与所压制的 BMC 模塑料的种类 配方 制品的形状及壁厚 所用成型设备和操作 环境等都有关系 应注意的是 在模温未达设定值并均匀时 不要向模腔中投料 嵌件的安放 为了提高模压制品连接部位的强度或使其能构成导电通路等目的 往往需要在制品中安放嵌件 当需要 设置嵌件时 则在装料 压制前应先将所用的嵌件在模腔中安放好 嵌件应符合设计要求 如果是金属嵌件 在使用前还需要进行清洗 对于较大的金属嵌件 在安放之前还需要对其进行加温预热 以防止由于物料与 金属之间的收缩差异太大而造成破裂等缺陷 第 10 页 共 15 页 在同一模腔中 如安放有不同类型 不同规格的嵌件 还应认真的检查嵌件的安放情况 嵌件的错位不但会 产生废品 更严重的是有可能损坏型腔 总之嵌件应安放到位 准确并紧固可靠 脱模剂的涂刷 对于 BMC 模塑料的压制成型来说 由于在其配制时已在组分中加有足够的内脱模剂 再加上开模后制 件会冷却收缩而较易取出 因此一般不需再涂刷外脱模剂 然而 由于 BMC 物料具有很好的流动性 模压 时有可能渗入到构成型腔的成型零件连接面的间隙里 而使脱模困难 故对新制造或长期使用的模具 在合 模前或在清模后 给模腔涂刷一些外脱模剂也是有好处的 所用的外脱模剂一般是石蜡或硬脂酸锌 装模 在 BMC 模塑料的压制成型中 装模操作是否得当 合理是很值得注意的 这不但会影响物料压制时在 模腔中的流动 亦会影响到制品的质量 特别是对于形状和结构都比较复杂的制品的成型 因此 如何将 BMC 模塑料合理地投放到压模中 是一个十分重要的问题 在大多数情况下 是用人工将压实而且质量与制品相近的整块 团 BMc 物料投放到压模型腔的中心 位置上 但有时 也可以特地将物料投放到在压制时可能会出现滞留的地方 如凸台 型芯和凹槽这些地方 最不好的方法是将 BMC 模塑料分成若干块而投放到模腔中 因在压制中 当分成块的物料流到会合点时可 能会出现熔接线 使制品在此处出现强度的 薄弱环节 如图 3 17 b 所示 一般来说 装模操作时还应考虑以下几个问题 第 11 页 共 15 页 所投放的 BMC 模塑料的温度一般应在 15 以上 应根据压制时能获得最短的流动路径来选择投放物料的位置 最好是保证物料能同时到达模腔的各个 角落 对于有可能出现物料滞留或 死角 的地方 可预先在该处投放物料 应尽可能使投放的物料均匀分布 因通用 BMC 模压料在 150 时所需的固化时间还不到 lmin mm 因此投料应迅速 如使用手工称量物 料 由于速度较慢而不利于生产效率的提高 因此 在压制较小的制品时 最好是采用有共用加料室的模具 对于形状比较复杂的制品 可先将物料预压成与制品相似的坯块 这样可以避免压制出的制品在凸出 的部位上出现缺料或产生熔接线等问题 为便于投料和贮存 在配制 BMC 模塑料时 一般都把其挤压成条状或团块状 切忌将物料松散的投 满模腔 这不利于压制时顺利的将气体排出 减少制品起泡 如用条状料进行模压时 应采用垂直加料的方 式 这可得到各个方向都具有相同强度和收缩均匀的模压制品 4 4 压制压制 第 12 页 共 15 页 1 闭模 加压加热和固化 当完成向模腔内投料以后 则进行闭模压制 由于 BMC 模压料的固化速度非常快 而且为了缩短成型 周期 防止物料出现过早固化 局部的过早固化会影响到压制物料的流动 在阳模未触及物料前 应尽量 加快闭模速度 而当模具闭合到与物料接触时为避免出现高压对物料和嵌件等的冲击 并能更充分的排除模 腔中的空气 此时应放慢闭模速度 2 开模及脱模 顶出制品 当制品完全固化后 为减少成型周期 应马上开模并脱出制品 如果制品的形状比较简单 而且模具 的脱模斜度 模腔的表面光亮度等都比较合适 则制品的脱模不会有什莫困难 对于形状比较复杂的制品 脱模的难度有可能提高 5 5 制品的后处理及模具的清理制品的后处理及模具的清理 1 制品的后处理 BMc 模塑料的成型收缩率很小 制品因收缩而产生翘曲的情况并不严重 对于有些制品如出现有上述现象 可采取将其置于烘箱中进行缓慢冷却的方法来消除 2 制品的修整 由于 BMc 模压制品往往都会产生一些飞边与其连在一起 需要将其除去 飞边的最大厚度应该限制在 0 lmm 的范围内 如果飞边的厚度太大 则不但除去困难 而且物料浪费也太大 成本也会大大提高 如果 时间允许的话 操作者可以在闭模固化的间隔时间里用挫刀片 修饰砂带 压入棒等工具将制品上的飞边和 孔洞等进行清理 小的制品通常都用滚轮磨边机来清除飞边 3 模具的清理 第 13 页 共 15 页 制品脱出后 应认真的清理模具 首先应把残留在模具中的 BMC 碎屑 飞边等杂物全部清理干净 特 别是应将渗入到模腔结合面各处间隙中的物料彻底清除 否则不但会影响到制品的表面质量 而且还有可能 会影响到模具的开合和排气 清理模具一般要采用压缩空气 毛刷和铜质的非铁工具 目的是在清理时不会损伤模腔表面 模具清理 后对于容易出现粘模的地方可涂刷一定量的脱模剂 然后再仔细的检查模腔内是否还有其他外来物存在 当 做完上述工作后 即可进入下一个工序 6 6 压制成型工艺条件压制成型工艺条件 与一般的热固性模塑料一样 BMC 模塑料的压制成型条件包括 成型压力 成型温度 固化时间等参 数 1 成型压力 BMC 模塑料由于具有良好的流动性 因此在模压时不需要很高的压力就可以使其充满整个模腔 对于 同一种组分的 BMC 模塑料来说 其成型压力主要是根据制品的复杂程度 制品的性质和其他成型工艺条件 开选定的 例如 在压制一些形状简单的制品时 5MPa 的压力就足够了 对于设有凸台或有盲孔的形状较 为复杂的制品 则可能要用高一些的压力 模具的类型对压力的选择也有影响 溢式压模比半溢式的压模使用的压力小些 而不溢式压模 很少用于 BMC 的压制 所使用的压力则要大些 甚至高几倍 另外 对压制成型表面质量要求高的制品 也要使用 比较高的成型压力 对于大多数的 BMC 模压制品来说 3 5 7 OMPa 压力已经足够了 但对于不溢式压模和表面要求比较 高的制品 有时可能要用到 14MPa 的成型压力 第 14 页 共 15 页 2 成型温度 BMC 模塑料的压制成型温度是十分重要的工艺参数 成型温度的高低与物料的类型 配方 组分 所使用的成型压力 制品的复杂程度及壁厚 收缩的控制 流动条件以及有无预热等都有关 温度高 固化速度快 生产效率高 而要想获得好的表面质量 则要用较低的温度 特别是对有些要求 用慢速闭模的成型制品 但温度低 物料流动时间长 会使压制成型过程放慢 为防止制品表面出现开裂 对一些深型腔 形状复杂而壁薄的制品 则需要采用低温的成型条件 一般来说 上下模具通常是采用相同的温度