碳纖維SMC產品生產中常見問題及解決方案

1、什么是碳纖維SMC？

在碳纖維復合材料領域，碳纖維片狀模塑料（Carbon Fiber Reinforced Sheet Molding Compound，簡稱CF-SMC），是由高強度碳纖維短切材料(12.5/25mm)浸漬各種樹脂基體后所形成的高性能薄片狀半成品。CF-SMC作為一種高性能的成型材料，正逐步在航空航天、汽車制造、風電葉片及體育器材等多個行業(yè)展現出其獨特的優(yōu)勢。然而，盡管CF-SMC具有質量輕、強度高、耐腐蝕等諸多優(yōu)點，其生產過程中仍會面臨一系列常見問題。

基體樹脂、增稠劑、固化劑等混合好并鋪設到下方移動載體膜上→切割好的碳纖維碎片隨機分布在帶有樹脂的載體上→將涂有樹脂漿料的上表面載體膜以朝下的方式放置在短切碳纖維上→短切碳纖維呈上下樹脂之間夾層狀態(tài)，再將空氣擠壓出，樹脂浸潤到碳纖維中，形成CF-SMC。

 

2、碳纖維SMC的特性

材料融合了碳纖維的優(yōu)異性能和SMC的成型工藝特性，是一種高性能、高效率模壓成型材料。

與常規(guī)預浸料相比：SMC零件生產效率更高，制造成本更低；很容易加工制備肋骨和角撐板等結構；能夠成型肋骨 、凸臺、厚度變化；可以包覆金屬件成型；可以制造具有混合結構（如連續(xù)+不連續(xù)纖維）；尺寸穩(wěn)定性高制備成形狀較為復雜 、有較高尺寸精度要求的碳纖維復合材料零部件。

與玻纖SMC相比：不僅纖維含量高，還具有低密度和理想的力學性能。

 

3、碳纖維SMC的應用領域

目前被用于大批量地制造交通運輸、運動器材、醫(yī)療器械、電子設備、消費品市場、特殊裝備等所需更高性能且輕質的復雜結構的復合材料部件，以及需要新花紋的裝飾性部件。

 

4、一些常見問題及原因

產生原因：

1、材料 

• SMC樹脂流動性差，材料內部空氣無法逸出 

• 材料熟化不完全，含浸不佳，氣體無法逸出

2、工藝 

• 壓機無排氣功能，產品內部氣體無法逸出 

• 模具無排氣槽，產品內部氣體無法逸出 

• 模具溫度不均，影響樹脂流動，氣體逸出不全 

• 合模速度過快，氣體來不急逸出 

• 投料面積過大， 中間區(qū)域氣體來不及逸出

產生原因：

1、材料 

• 樹脂浸潤性、流動性不佳 

• 樹脂含量不均，局部樹脂含量偏低
2、工藝 

• 壓力較低，樹脂未流動或流動不充分 

• 投料不足 

• 加壓時間過早或過晚錯過較佳的加壓時間 

• 合模速度過快，部分殘留氣體懸浮在制品表面

產生原因： 

• 各個區(qū)域材料匯集，匯集處因樹脂粘度不一致或粘度過 高產生熔接痕 

• 成型時流動過程中阻力不均纖維堆積產生熔接痕 

• 流動距離過長，樹脂粘度增大產生熔接痕 

• 模溫過高產生快速凝膠，而影響到材料較好地熔接

5、解決方案

原因分析：

碳纖維SMC制品的質量受原材料影響大，如樹脂、纖維等材料質量不佳，會導致制品性能下降。
設計：模具及產品設計

產品及摸具設計不合理，增加產品缺陷率，影響產品質量。
工藝：生產工藝

生產工藝控制不嚴，如溫度、壓力、時間等因素控制不當，會影響制品的強度和耐久。

問題解決方案

材料,主要考慮以下3個方面： 

1.片材流動性

• 提高樹脂與纖維復合后的流動性，成型過程帶動纖維一起流動。流動性高的材料成型過程種更容易填充模腔、制品表面的纖維與樹脂更均勻等

• 適當提高樹脂粘度，成型過程中樹脂帶動纖維一起流動。

• 添加填料，增加片材成型過程的流動性。
2.樹脂對纖維的浸潤性

• 提高樹脂對纖維的浸潤性，保證制品質量（浸潤性好的材料可以減少表面的氣泡及分層情況）

• 提高樹脂與纖維表面張力，減小樹脂對纖維的浸潤角。 

• 提高纖維表面處理效果，增加樹脂與纖維的表面附著力。 

• 改進纖維上漿劑，提升樹脂與纖維的接著力。
3.供應商產品質量穩(wěn)定性（熟化度，面密度，樹脂含量等)。

設計—產品結構

好的產品從起跑線（結構設計）開始，產品結構設計決定產品所能達到的高度，做CF-SMC產品滿足產品功能是基礎，工藝可行性是本源，滿足產品功能的同時產品結構設計需要注意：

?產品線條流暢，避免應力集中。 

?產品結構避免＃型溝壑縱橫，影響SMC材料的流動性。 

?避免葫蘆截面急縮頸口，影響SMC材料性能與排氣效果。 

?避免直角，盡可能圓角＋錐度引導過度。

除了通用模具設計要求外，還需注意：

1.閉料口

CF-SMC產品模具設計需設計閉料口，使材料只能在模腔內流動，保證產品的填充性。
2.排氣口

模具設計需設計排氣口，有利于CFSMC材料內部氣體與揮發(fā)物排除，提高產品質量。
3.模具材質膨脹/收縮率

模具設計時需考慮模具材質膨脹/收縮率，保證產品尺寸。
4.抽真空

模具設計需設計抽真空功能，提高CF-SMC材料的流動性，減少氣體與揮發(fā)物殘留。
5.頂出機構

設計頂出機構，減少取模時間，提高生產效率。

設計-鋪層

制作好的產品鋪層設計先行，可根據產品的造型、厚度、結構等特點分析SMC材料在模腔內的流動狀態(tài)/趨勢，設計SMC材料成型時料片的投放位置、投放區(qū)域、投放量。

鋪層設計需要注意：   

• 減小SMC材料在模具型腔內的流動時間，提高生產效率   

• 使模腔內壓力分布均勻，減小產品內應力，減小產品變形量 

• 減少SMC材料匯集產生的熔接痕，提高產品品質

• 要生產出好的產品，成型工藝必不可少，需要成型溫度、成型壓力、加壓時間通力配合協(xié)作，需要根據產品的造型、厚度、結構等特點制定專屬的成型工藝

• 模壓溫度：溫度是SMC材料軟化與固化的必要條件，需要復合材料要求的模溫，合適的溫度可以：保證材料的軟化程度，充分體現材料流動性與排氣性；提高制品固化時溫度均勻性，降低產品內應力，減小產品變形量；保證樹脂固化度
• 成型壓力：壓力是SMC材料流動的動力，需要符合材料要求的壓力，合適的壓力可以：為材料流動提供有效動力，使熔體高效充滿模腔；保證制品的密實度，減小產品因收縮引起的變形量；為排氣創(chuàng)造條件，有效擠出材料與模腔內的揮發(fā)物與殘余氣體。
• 加壓時間：是制品品質的護衛(wèi)，合適的加壓時機可：使材料流動性得到充分體現，過早或過晚加壓均會影響材料的流動性；更有效的排出氣體；使模具填充更充分，保證制品品質。
• 抽真空：是SMC工藝的靈魂。抽真空可提高SMC材料的流動性，填充更充分；減小制品內氣泡與揮發(fā)物，提高制品品質。
• 排氣：排氣可有效擠出產品內部氣體與揮發(fā)物；排氣可提高SMC材料的交融性與交粘性；排氣可降低制品熔接痕，提高產品質量。

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