不饱和聚酯模塑料的性能和应用

用不饱和聚酯可配制成供模压、挤塑、注射和浇注等各种成型工艺用的模塑料，但大多数模塑料是用树脂与增强材料、填料和助剂配制而成的。按这类模塑料的物料形态及性能可分为片状料（简称SMC）、散状或团状料（简称BMC、DMC）、厚模塑料（简称TMC）、高强度模塑料（简称HMC）、注射-压缩模塑料（简称ZMC）等品种。这类形式的模塑料可用多种热固性树脂为原料，但UP最有代表性，且应用最广。

1.片状模塑料

SMC是用UP与填料、助剂配制成糊状物作浸渍剂，在SMC机中浸渍短切玻璃纤维毡等片状增强材料，且两面用聚乙烯薄膜包覆，经压辊滚压密实达一定厚度后再经烘炉烘干制成玻璃纤维增强的UP毡片，收卷包装，使用时撕去薄膜按制品尺寸裁切层叠于压模之中，达到预定层叠厚度（或质量）后合模、加热、加压，保持一定时间，物料固化后即可制成模压制品。

（1）SMC的分类 SMC可按增强材料品种、毡片结构或按SMC物料性能进行分类。

1）按增强材料品种及毡片结构的分类，如美国欧文思、康宁玻璃纤维公司将SMC分为如下三种基本类型：

①SMC-R为无规纤维片状料，其玻璃纤维长度一般为5cm以下，无规分布毡片，R后面的数字表示玻璃纤维含量，如SMC-R50即表示玻璃纤维含量（质量分数）为50%的料。国产SMC料多数为SMC-R型片状料。

②SMC-C为连续纤维片状料，玻璃纤维为按一定方向排列的连续纤维，沿纤维方向物料流动性差，但强度高。

③SMC-D为纤维长度10cm以上，按某一方向定向排列的毡片，沿纤维方向物料流动性好，克服了SMC-C的缺点，且强度优于SMC-R。

2）按SMC物料性能的分类。SMC中增强材料可选用不同等级的无碱无捻粗纱制成毡片，其玻璃纤维含量（质量分数）在20%～60%。填料常用轻质或重质CaCO₃、滑石粉、钛白粉、BaSO₄、Al（OH）3等粉料，用其调节物料物理性能（如流动性、硬度、收缩率等）或降低成本，其含量随SMC物性而定。如阻燃型SMC，Al（OH）3可达100%～130%（质量分数），高强度SMCCaCO₃的含量在40%～50%（质量分数）。选用各种不同性能的UP树脂，不同组分及配比可组成各种性能的SMC片状模塑料。如国产SMC-R型有通用Ⅰ型、通用Ⅱ型、阻燃型，耐蚀Ⅰ型、耐蚀Ⅱ型和松香聚酯型等；国外还有高强度型、耐冲击型、电气型和低收缩型等。

（2）UP-SMC模塑料的基本特性及应用 UP-SMC具有强度高、热刚性好、制品尺寸稳定性好、工艺性好、制品表面粗糙度低，表面光滑、着色性好、耐腐蚀和价格便宜等优点，但其耐热性及阻燃性差，一般连续使用温度为120～130℃，其强度及耐热性、制品精度不及EP-SMC，在室温下力学性能与PF-SMC相似，但耐热性、阻燃性、发烟密度及高温力学性能都不及PF-SMC。为此，人们开发了许多改良品种，以适应不同性能制品的要求。

一般性能的UP-SMC制品可做各种灯罩、电气开关及零件、汽车壳体、耐冲击、耐蚀制品、火车窗框、门窗框架、浴盆、卫具、容器过滤器、污水槽、建材等，SMC更宜模压大件制品。

UP-SMC模塑料的典型品种及性能见表11-147～表11-152。

表11-147 国内几种SMC的性能^①

①强度及模量数据为10个试样的平均值。

表11-148 美国ICI公司ITP片状模塑料性能

表11-149 英国CrysticSMC的典型性能

表11-150 英国工程塑料公司的SMC模压制品性能

①浸水24h后测试。

表11-151 特性SMC品种的性能

表11-152 不同玻璃纤维含量SMC-R的性能

（3）UP-SMC模塑料成型工艺 UP-SMC塑料流动性好，固化反应快，工艺性好，主要用于模压成型，且粘接性好，大型制品可分解加工成部件再组装成整件。模压成型工艺流程包括剪裁、层叠、模压和修饰等工序。

裁剪片料时，一般按制品结构形状和规格要求先制成样板，再按样板成批裁料。

加料量一般为制品体积的1.8倍左右，层叠厚度根据制品厚度与料片的压缩比计算，然后经试压确定最终层叠厚度。

加料前，通常物料在100～120℃下预热，可提高物料的流动性。

模压温度按SMC固化性能、制品厚度和结构形状复杂程度而定，制品厚、成型温度稍低，可防止制品内外温差过大，而导致质量不匀，但温度高会发生气泡，温度低会导致生产率低，固化欠熟，降低制品强度及表面光滑度和粗糙度，成型温度一般为140～160℃。

UP-SMC物料流动性好，固化时不分离出低分子物，成型压力小，一般为7～15MPa，应随制品结构形状酌情选择。

固化时间与SMC品种、成型温度和制品厚度有关，一般按40s/mm厚计算。UP-SMC成型工艺条件举例见表11-153。

表11-153 UP-SMC成型工艺条件举例

2.块状（团状）模塑料

块状（团状）模塑料可分为块状（或团状）料，简称BMC，大块状模塑料，简称DMC。这种物料是用糊状UP树脂混合物与短切玻璃纤维（长度为3～25mm）在搅拌机和捏合机中充分混合后，经预烘而成的团状预成型材料。其玻璃纤维的质量分数为10%～30%，填料的质量分数为50%～70%，树脂体系的质量分数为20%～28%。

BMC（DMC）可分为通用型、电气型、耐热型、耐蚀型和阻燃型等品种。BMC生产工艺流程如图11-23所示。

图11-23 BMC生产工艺流程图

（1）UP-BMC（DMC）基本特性及应用 主要体现在以下几个方面。

1）强度及刚性优良，抗蠕变性好，一般均优于热塑性塑料，但强度和抗冲击性不及SMC。

2）耐热性好，热变形温度>180℃，连续使用温度为130℃。阻燃性随不同品种而异，有些品种耐燃，OI值达29%～30%，UL94V-0级；有些品种易燃且多烟，有苯乙烯气味。

3）电绝缘性好，可达B级、F级或更高的等级；耐电弧性突出，可达190s，高温下也具有良好的耐电弧性，吸水性小，湿度对绝缘性影响小。

4）耐水、耐溶性良好，可耐水、乙醇、脂肪烃、油脂和油类介质，但不耐酮、氯碳氢化合物、酸和碱。

5）耐老化性好，室内10～20年或户外10年后仍可保持60%以上的强度。有些品种受热后会释放臭氧，对微波炉和烤箱中用的制品，应选用无残留苯乙烯单体型UP树脂。

6）具有衰减和吸收微振动和简谐振动的功能。

7）成型收缩率小，一般为0～0.5%，线胀系数小，为（1.3～3.5）×10^-5K^-1，故制品精度高，尺寸稳定性好，温度对尺寸稳定性影响小，但湿度影响较大，吸湿后会发生溶胀。

8）密度高，一般为1.3～2.1g/cm³，制品光亮，光滑性好，有硬厚重的良好手感，着色性及粘接性好。

9）流动性好，固化速度快，成型压力低，可用于模压、注射和传递成型加工小型、结构复杂和带金属嵌件的制品。

UP-BMC制品已广泛用于各工业部门作结构件，如汽车上可作保险杠、车身前围板、散热器罩、车灯架、水箱面罩、燃料箱、发动机罩、行李箱和仪表盘等；工业电器及家电行业用量很大，可作电器壳、电动机、微波炉、烤箱、电熨斗、断路器、开关、连接器、灭弧室、绝缘端子、接线柱、刷杆及刷架、隔弧板、塑封材料及印制电路板；在建筑行业可作高位水箱、浴盆、洗面池、整体浴室和门窗框等；在化工产品中，如储罐、泵壳、管件等；其他还可作座椅、餐桌、厨柜台面及办公机械、复印机、计算机、摄像机中的轴承架、滑环等结构件。

一些UP-BMC塑料的性能见表11-154～表11-158。

表11-154 部分国产BMC的性能指标

表11-155 国外以间苯二甲酸型聚酯为基础的SMC、BMC的配比和成型制品性能

①SG-30树脂，苯乙烯单体的质量分数为30%。

②M-9聚苯乙烯，苯乙烯单体的质量分数为60%溶液。

③SMC用MgO；BMC用Ca（OH）₂。

④HT-44聚苯乙烯，苯乙烯单体的质量分数为60%溶液。

表11-156 聚酯BMC与聚酯SMC性能比较(www.xing528.com)

表11-157 电气级BMC的主要性能

注：A中玻璃纤维质量分数为15%；B中玻璃纤维质量分数为22%；C中玻璃纤维质量分数为30%。

表11-158 不同品级BMC的性能

（2）UP-BMC加工特性 UP-BMC塑料成型用料为常温下不粘手而湿式的预混料团，呈小圆柱条状和丸块状，流动性好，固化速度快，收缩率低，且可添加不同比例的低收缩添加剂调整收缩率。可分为无收缩（收缩率为0.05%以下）、低收缩（收缩率为0.05%～0.3%）和高收缩（收缩率为0.3%～0.5%）等品级。其成型时间较长，制品飞边较大、成型压力较低（高光滑制品宜选用较高的压力），成型时物料需快速充满模型。常采用模压、挤塑和注射成型加工制品。

1）模压成型工艺。成型压力为3.5～7MPa，对不溢料式压模或表面要求高的制品，成型压力可选14MPa；模具需预热到一定温度，一般模温为（145±5）℃，为了便于脱模，定模温度宜低5～15℃；合模速度应保证物料在50s内填满型腔；固化时间按制品厚度而定，如壁厚为3mm时固化时间为3min，壁厚为6mm时固化时间为4～6min，壁厚为12mm时固化时间为6～10min。

2）挤塑成型工艺。挤塑成型常用于加工小型、结构复杂、嵌件较多、形状凹凸多变的制品，且可采用多型腔成型。其成型压力比模压成型高1.5～2.5倍，一般为14～28MPa；模具温度一般为120～150℃，物料预热温度比模温低15～20℃；成型时间包括充模时间和固化时间，充模时间为10～30s，固化时间按10～30s/mm厚计算。

3）注射成型工艺。UP-BMC广泛采用注射成型生产大批量制品，物料玻璃纤维长度为6mm左右，含量为15%～20%（质量分数），初始粘度为10²～10³Pa·s。

注射设备可采用柱塞式或螺杆式热固性塑料注射机。柱塞机注射量准确，玻璃纤维损伤小，但不利于排气，宜加工小型制品，故常采用螺杆式注射机。各种注射机都设有挤压式加料斗，如图11-24所示。物料在柱塞往复运动下按计量逐次加入注射机机筒内。螺杆式注射机选物料时混合预热作用好，但易损伤玻璃纤维。

图11-24 BMC注射加工物料供给机构

a）柱塞式 b）螺杆式

螺杆式注射时由于注射物料已呈塑化状态的湿式料团，所以螺杆式注射机的螺杆仅起混合、输送和计量的作用。螺杆采用无压缩比（或反压缩比）结构，长径比一般为14～16；直径比普通热固性塑料注射螺杆直径大20%～30%；螺槽深度也大，可有利排气；螺杆头部为锥形，与机筒和喷嘴内轮廓吻合，且有止逆环，防止物料回流；喷嘴采用直通式结构，孔径一般为2～3mm。

模具设计应注意以下事项：

①不同品种成型收缩率不同，需按物料品种分别选择。

②物料流动性好，为防止溢料，镶拼件、顶杆、嵌件与配合件的接触面、分型面、活动模芯等零件间的间隙要小，一般单面间隙>0.03mm时就可能发生溢料或钻料现象。

③为了降低对玻璃纤维的损伤，宜采用稍厚而宽的进料口，如扇形浇口等，流道的截面尺寸也要比加工普通塑料的大1.5倍左右。

④熔接缝处强度明显下降，玻璃纤维取向性大，尤其扁平制品更明显，会影响制品承力性能，所以模具设计时要合理选择浇口位置。

⑤由于物料易溢料，故不能利用模具零件配合间隙排气，应在型腔的适当位置设计排气槽，一般厚度为0.05～0.1mm左右，长为1.0～1.5mm，宽为3～8mm。

⑥成型零件及浇口等零件应采用耐磨材料，淬硬处理或镀硬铬，表面粗糙度Ra0.20μm以下。

⑦模具应设有加热装置，且能自动调温。

UP-BMC注射成型常采用在保证粘度特性下的低料温快速低压注射、高模温快速固化的工艺方案。设计工艺条件时的考虑因素如下：

①料筒与模具的温度。为便于操作，要求BMC在料筒温度下较长时间内保持低粘度的流动态。一般来说，料筒温度应能满足BMC流动性的低限值，这样既可避免高温下料团在螺杆内的滑移，使压力与注射量难于控制，又可避免注射过程中因交联反应而难于操作。料筒温度一般分为两段或三段控制，靠近料斗端的一段温度较低，靠近喷嘴端的一段温度较高。料筒温度一般控制在20～60℃。经料筒塑化的BMC高速流经喷嘴和模具流道时达到最大流动性，具有极好的充模性。模具温度一般控制在135～185℃。

②螺杆转速及背压。注射BMC时，由于螺杆直径相对加大，其剪切作用相应增加，加之螺杆转速的提高也会增大剪切作用，摩擦生热量也大，使玻璃纤维损伤增大。因此，为尽量减少玻璃纤维损伤，注射时螺杆转速要低，一般为20～50r/min。

当螺杆转动将BMC向前推进和进行塑化时，应给螺杆施加一定的背压，根据BMC的粘度以采用低背压为宜，一般为1.4～2.0MPa，以避免螺杆过于摩擦生热。

③注射压力与注射速度。注射压力与注射速度对材料的充模起着决定性作用。针对BMC流动性差、固化快及模具结构复杂的特点，宜选择高的注射压力，一般为80～160MPa。

注射速度的选择取决于流道直径和模具排气速率。注射速度的提高，有助于提高制品表面质量，缩短固化时间，但不利于排气，并增加玻璃纤维取向程度。在保证制品表面质量的前提下，应采用较低注射速度，通常为1.8～3.5m/min。

④成型周期。根据制品大小与复杂程度，注射时间为2～20s，保温时间按10～20s/mm（厚度）计算。

UP-BMC注射成型参考工艺条件：料筒温度为20～60℃（后段）、70～90℃（前段），注射压力为88～150MPa；注射时间为3～15s；螺杆转速为20～50r/min；背压为1.5～3.5MPa；模具温度为140～180℃；热压时间为20～30s；保压时间为5～30s。不同填充BMC的注射工艺条件见表11-159。

表11-159 不同填充BMC的注射工艺条件

3.其他模塑料

UP其他增强模塑料有厚模塑料（厚度为2～50mm）简称TMC；高强度模塑料，简称HMC；注射压缩模料，简称ZMC等。

（1）TMC模塑料 UP-TMC模塑料制作方法与SMC料相似，也是用含有较高填料的UP树脂糊浸渍玻璃纤维辊压后制成的片状（板状）料。其玻璃纤维一般长度为6～50mm的粗纱，含量为10%～25%（质量分数）。物料厚度为2～50mm。使用方法与SMC相同，可采用模压、挤塑和注射成型加工制品。

密度比SMC大，制品力学性能与SMC相似，但由于物料厚，玻璃纤维呈三维空间分布，所以厚制品强度好。与BMC相比，TMC玻璃纤维损伤小，弯曲强度可提高40%，拉伸强度可提高80%，且有BMC的各种电气特性和尺寸稳定性等特点。

可用于制作SMC、BMC的制品，更宜用于制作大型制品，如浴槽、净化槽、大型汽车部件、有加强筋的注射制品及高压电器制品等。

TMC、SMC、BMC生产特点的比较见表11-160。

TMC与BMC的性能比较见表11-161。各种TMC品种的性能见表11-162。

TMC的模压工艺条件：模具温度为150℃；压力为7～15MPa；保持时间按20s/mm（厚）计算。

表11-160 TMC、SMC、BMC生产特点的比较

（续）

表11-161 TMC与BMC性能比较^①

①模压成型，温度为130℃，时间为5min，厚度为3mm。

表11-162 各种TMC的性能

（续）

（2）HMC模塑料 它是用UP树脂浸渍的高强度SMC模塑料，其玻璃纤维含量高达40%～60%（质量分数），具有较高的力学性能，一般为SMC2倍，由于采用韧性玻璃纤维，所以冲击强度也高，耐化学药品性优良，收缩率小，主要用于模压成型加工高强度、抗冲击制品。美国匹兹堡板玻璃公司（PPG）的HMC模塑料的性能见表11-163。

表11-163 HMC与一般SMC性能比较

（3）注射压缩模塑料（ZMC） 它是用UP树脂、碳酸钙、高岭土和热塑性塑料纤维组成的浸渍剂与6～50mm长度的玻璃纤维组成的模塑料，玻璃纤维含量为10%～30%（质量分数），类似于BMC团状料，用注射压缩成型机以注压成型方式加工制品。

成型机的注压系统由自动控制开启的喷嘴、料筒和柱塞螺杆组成。料筒内径从喷嘴端向供料端分段增大，利用与螺杆不同的间隙被分为储料段、注射段和供料段三个区域，供料段末端与挤压式或螺杆式加料斗相连。成型开始时，物料挤入供料段，随着螺杆转动并后退使物料被挤入注射段，当达到注射量后螺杆前进，将注射段的物料与供料段物料隔离，随之打开喷嘴阀门，螺杆继续前进，相当于柱塞作用将物料注入模具，当螺杆达储料段后受控停止运动完成注射动作，此时模型内物料在保压密封状态固化成型。这种方法可防止物料回流及螺杆空转损伤纤维，且计量精确。因此，其制品强度优于BMC，并可降低取向性，适用于制作高强度结构件。ZMC、SMC、BMC制品的性能比较见表11-164。

表11-164 ZMC、SMC、BMC制品的性能比较