【正文】 直接購(gòu)置的短切玻璃纖維作為增強(qiáng)材料，以節(jié)省工廠設(shè)備數(shù)量以及占地面積 。 設(shè)備 高速分散機(jī) —— 液體 原料混合制得樹脂糊 。 捏合機(jī) —— 樹脂糊與玻纖、填料 充分混煉捏合。 烘房 —— 烘干短切玻纖與模塑料。 擠出機(jī) —— 使 BMC 形成 條狀 便于包裝。 其他設(shè)備 —— 如運(yùn)輸設(shè)備 、 檢測(cè)儀器 和稱量 器械 等 。 雖然進(jìn)口設(shè)備整體水平高于國(guó)產(chǎn)，但鑒于本廠初建利潤(rùn)較低， 而 BMC 制造對(duì)設(shè)備的要求不高， 且上海地區(qū)設(shè)備制造行業(yè)發(fā)展迅速，為了盡快扭虧為盈，都選用國(guó)產(chǎn)設(shè)備。 6 / 29 3 配方設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)基本原則 ⑴原料選用： 在保證具有穩(wěn)定質(zhì)量的前提下盡可能降低成本 ，選用來(lái)源方便 且對(duì)人體 和環(huán)境危害較小 的 原料， 并注意 儲(chǔ)存條件與儲(chǔ)存壽命。 ⑵工藝性能：樹脂應(yīng)考慮粘度、固化速度 、 放熱性 和尺寸穩(wěn)定性 等，填料的 吸油值與分散 難易 程度，玻纖的浸潤(rùn)程度和強(qiáng)度保留等都應(yīng)該通過(guò)品質(zhì)與用量結(jié)合工藝來(lái)調(diào)節(jié)。 ⑶制品性能： 模塑料應(yīng)具有良好的熱固化性能以及合適的密度與粘度，并使最終成型制品應(yīng)具有較好且穩(wěn)定的機(jī)械性能、熱性能和電性能等。 配方初選范圍 通過(guò)對(duì)許多資料的查詢，歸納出如表 31 的配方成分選取范圍。 表 31 BMC 的典型配方 成分 不飽和聚 酯樹脂 低收縮劑 填料 增稠劑 內(nèi)脫模劑 引發(fā)劑 玻璃纖維 質(zhì)量（ %） 12~25 5~15 35~60 ~1 1~4 ~2 15~30 最終配方確定 ⑴樹脂 因?yàn)?本廠 BMC 用途 廣泛 ，故使用通用型的不飽和聚酯樹脂以滿足多數(shù)應(yīng)用情況的需求，且 其玻璃鋼制品具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和較高的延伸性能 。 對(duì)比 諸多牌號(hào)的通用型不飽和樹脂，本廠決定使用價(jià)格較低但粘度、固化速度、固體含量等都適于制作 BMC的 191牌號(hào)樹脂。 ⑵引發(fā)劑 BMC 用不飽和樹脂的引發(fā)劑主要有過(guò)氧化二苯甲酰（ BPO）、過(guò)氧化苯甲酸叔丁酯（ TBP）和過(guò)氧化二異丙苯（ DCP）等，他們都有較好的固化性能。其中以 TBP 為引發(fā)劑混煉的 BMC 具有較好的長(zhǎng)期儲(chǔ)存性，較高的的固化溫度以便于調(diào)控固化時(shí)間；且 TBP為液體，較糊狀的 BPO 與粉狀的 DCP 更便于與樹脂混合均勻。 ⑶ 填料 在所有填料中 ， 碳酸鈣具有較低的油吸附量 ， 并能提高制品的表面質(zhì)量 ， 而且它的來(lái)源豐富 ， 價(jià)格低廉 ， 但是其流動(dòng)性差 ； 瓷土具有較好的流動(dòng)性和制品性能 。 故將兩者 7 / 29 混合使用 ， 取長(zhǎng)補(bǔ)短 。 由于填料不僅能提供給 BMC 以良好的性能，還能 大大降低其成本，故填料應(yīng)占整個(gè) BMC 的主要 分量，且以較為便宜的碳酸鈣為主，優(yōu)異性能的瓷土為輔。 ⑷低收縮劑 熱塑性樹脂常用作 BMC 的低收縮劑 ，主要有聚苯乙烯（ PS）、聚醋酸乙烯酯（ PVAc）、甲基丙烯酸甲酯（ PMMA）以及氯醋共聚物、高壓聚乙烯等。其中 PVC 和 PE類低收縮劑與不飽和樹脂的相容性較差， PMMA 和 PS 的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較高，故選用 PVAc 較合適，且該聚合物毒性也很低。其用量調(diào)節(jié)目的在于使 BMC 成型時(shí)的收縮率盡可能小。 ⑸ 玻璃纖維 玻璃纖維的長(zhǎng)度對(duì) BMC 制品強(qiáng)度有很大影響 ， 而且直接關(guān)系到材料充滿模腔 的工藝性能 ， 其長(zhǎng)度太大在捏合過(guò)程中力學(xué)性能損失也大， 故 選用 6mm 規(guī)格的短切玻纖。為了使玻纖發(fā)揮出大于各組分的強(qiáng)度性能，其用量應(yīng) 略 多于樹脂。 ⑹增稠劑 增稠劑在整體上用量不高 ， 而氧化鎂或氫氧化鎂的增稠效果比氧化鈣和氫氧化鈣的要好些 ， 最后選用更耐儲(chǔ)存的氧化鎂 。 ⑺脫模劑 脫模劑的用量也很少。一般 BMC 用的脫模劑為硬脂酸鋅或硬脂酸鈣， 前者可能導(dǎo)致塑料降解， 而后者的熔點(diǎn)較低，在模壓成型時(shí)容易排除到表面起到更好的潤(rùn)滑隔離作用，且成本也較低，故選用硬脂酸鈣。 表 32 本廠所用 BMC 配方 配方 代號(hào)或 符號(hào) 中文名稱 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 價(jià)格 kg 備注 樹脂 191UPR 通用型不飽和聚 酯樹脂 17% 含量 90%，固體 64% 引發(fā)劑 TBP 過(guò)氧化苯甲酸叔 丁酯 1% 24 含量 %，優(yōu)級(jí)品 增強(qiáng)材料 SGF 短切無(wú)堿玻纖 20% 6mm 主 填料 CaCO3 重質(zhì)碳酸鈣 35% 含量 99%， 500 目，白度 98% 輔填料 Kaolin 瓷土 （高嶺土 ） 20% 二氧化硅 45%， 1250 目 低收縮劑 PVAc 聚醋酸乙烯酯 5% 20 含量 99%，平均粒徑 增稠 劑 MgO 輕質(zhì)氧化鎂 % 9 含量 90%， 325 目 脫模 劑 CaSt 硬脂酸鈣 % 含量 %， 200 目 8 / 29 材料 性能 評(píng)估 密度估算 樹脂密度（因低收縮劑作用 ， 不考慮固化后密度改變 ， 且包含其余助劑 ） ： 玻纖密度： 碳酸鈣密度（重質(zhì)密度較大）： 高嶺土密度 （由二氧化硅含量決定）： 孔隙率 （按上限計(jì)算）： 10% ????：各組分的質(zhì)量 ????： 各組分的體積 ????： 各組分的密度 ????：各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) ??： 孔隙率 故用該配方制作的 BMC 模壓板密度為 ： ?? = ∑ ??????∑ ??????= ∑ ??????∑ ??????????= 1? ??∑ ?????????? (3 ?1) = 1 ?10%17%+1% +5%+ %+ % +20% +35% +20% = (g/cm3) 強(qiáng)度粗算 強(qiáng)度指標(biāo)有很多 ， 測(cè)量時(shí)用彎曲強(qiáng)度這一復(fù)雜的應(yīng)情況 ， 粗算預(yù)測(cè)時(shí)可用基礎(chǔ)的拉伸強(qiáng)度 。 而 BMC 復(fù)合材料板可看作準(zhǔn)各向同性板 ，可用式 32，該式中的拉伸強(qiáng)度為單項(xiàng)短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度，可近似看做單向連續(xù)纖維復(fù)合材料的強(qiáng)度，由式 33計(jì)算 。 此外還需要用到式 34 將質(zhì)量分?jǐn)?shù) 近似 換算為體積分?jǐn)?shù) 。 ??b0 = ???? (3? 2) ???? = ??ft??f +??mt(1 ???f) (3 ?3) ??f = 1???m 1+ ??m? (3 ?4) 9 / 29 基體 拉伸強(qiáng)度 （不計(jì)填料） ： 58MPa 玻璃纖維拉伸強(qiáng)度 ： 1500MPa 基體 的 質(zhì)量分?jǐn)?shù) （不計(jì)填料） ： ????：?jiǎn)蜗蜻B續(xù)纖維復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度 ??ft： 玻璃纖維的拉伸強(qiáng)度 ??mt：基體拉伸強(qiáng)度 ??f： 玻纖體積分?jǐn)?shù) ??m： 基體的 質(zhì)量 積分?jǐn)?shù) 故 該配方制作的 BMC 模壓板強(qiáng)度 為 ： ??b0 = ???? = [??ft??f +??mt(1? ??f)] = [??ft 1? ??m1+ ??m+ ??mt (1?1 ???m1 +??m)] = [1500 1 ? + + 58(1? 1? + )] = 141(MPa) 綜合評(píng)述 正如前文所述 ，表 32 的配方 無(wú)論從用量上還是選材上都有較為詳細(xì)的考慮 ，且不計(jì)損耗得出的每千克成本不到 4165。（ BMC 市場(chǎng)價(jià)平均 7165。/kg），對(duì)制造出綜合性能優(yōu)良的通用型 BMC 具有參考價(jià)值 。 從密度估算出的數(shù)值滿足表 11 的要求 ；而 強(qiáng)度粗算的數(shù)值對(duì)于復(fù)合材料而言是足夠的 ， 且該計(jì)算未記入填料增強(qiáng)以及界面效應(yīng) ： 故粗略估計(jì)可認(rèn)為該配比是合理的 。 10 / 29 4. 生產(chǎn)方法與工藝流程 工藝流程圖 圖 41 BMC 生產(chǎn) 工藝流程圖 ※ 該圖的標(biāo)號(hào) A、 B、 C、 D 后 表示 續(xù)章節(jié)使用時(shí)不再說(shuō)明。 高速分散機(jī)混合 引發(fā)劑 內(nèi)脫模劑 不飽和樹脂 低收縮劑 增稠劑 捏合機(jī)混煉 礦物填料 玻璃纖維 烘箱烘干 擠出機(jī)造粒 包裝 儲(chǔ)存 A B C D 0~ 1 48kW 55kW 11 / 29 生產(chǎn)過(guò)程描述 ①按照配方稱量 不飽和樹脂 、 引發(fā)劑 、 內(nèi)脫模劑 、 低收縮劑 和 增稠劑 ，并依次投入A 高速分散機(jī)的料筒中。注意稱量的精確度，尤其是引發(fā)劑不可多加。 ②開啟 A 高速分散機(jī)， 由慢到快提升混合速度，攪拌 30min。具體可按照 50rpm、100rpm、 200rpm、 400rpm?? 的梯度進(jìn)行提升，直到 樹脂在外觀上沒有固體粉末等殘留。 ③關(guān)閉 A 高速分散機(jī)后取出料筒，將其中的樹脂按照配方分批糊倒入已經(jīng)開啟的 B捏合機(jī)中，再逐步加入按配方稱量好的碳酸鈣和瓷土填料，以 30r/min 捏合 20min，使樹脂與礦物填料充分混合成糊狀，且糊中沒有明顯的粉狀物即可。 ④ 再將按配方稱量好的玻璃纖維 分散地 倒入 B捏合機(jī)中，以 30r/min繼續(xù) 捏合 6min，直到所有玻纖都被攪拌浸透，但不可攪拌時(shí)間太長(zhǎng)以免玻纖斷裂。 ⑤ 停止運(yùn)行 B 捏合機(jī)并 將混煉好的 BMC 全部取放入托盤中（每盤 3~4 公斤），置于室溫冷卻一夜。 然后再將其放入 C 烘箱 （ 10~50℃ ） 中烘干 1~2 小時(shí)后取出 ， 冷卻至室溫 。 ⑥最后將上步所得 BMC 用 D 擠出機(jī)制成 條狀 。 包裝完畢后將器保存于陰涼干燥通風(fēng)處儲(chǔ)存。 工藝特色及 重點(diǎn) 工藝中結(jié)合了上海天氣潮濕的特點(diǎn)，加入了 C “烘干”步驟以控制材料的水分含量以及 BMC 成品的可揮發(fā)分含量，確保了 BMC 性能的穩(wěn)定。 此外，采用 D 擠出機(jī)將制好的 BMC 擠出為 條狀 的模塑料，便于自動(dòng)化運(yùn)送與包裝，也有利于保存和使用。 該工藝的重點(diǎn)在 A 與 B 兩個(gè) 工藝點(diǎn)處 。 A 點(diǎn)攪拌時(shí) 除了轉(zhuǎn)動(dòng)剪切做功生熱， 可能還 會(huì)伴隨有溶解以及反應(yīng)放熱，而放熱太高容易引起 樹脂的提前聚合，甚至損壞機(jī)器；另外，天氣太冷時(shí)粘度增大，不易混合均勻而導(dǎo)致浪費(fèi)能源。為了解決溫度問題，要做好散熱或保溫措施 ，并適當(dāng)調(diào)節(jié)具體的轉(zhuǎn)速。 B 點(diǎn)則是整個(gè) BMC 生產(chǎn)的最重要的環(huán)節(jié)，為了獲得質(zhì)量較高且穩(wěn)定的 BMC，要注意攪拌的均勻程度以及捏合時(shí)間，而這些單就工藝