مواد SMC چیست و فرآیند قالب گیری فشرده سازی SMC چگونه کار می کند؟

Sheet Molding Compound - که عموماً SMC نامیده می شود - یکی از پرکاربردترین مواد مرکب ترموست تقویت شده با الیاف در تولید صنعتی است. این ماده در پشت پانل‌های کاپوت کامیون‌های تجاری، محفظه تابلو برق، پانل‌های بدنه اتوبوس‌های حمل و نقل و تعداد فزاینده‌ای از اجزای ساختاری در خودروهای سواری است که کاهش وزن را هدف قرار می‌دهند. درک اینکه SMC چیست، چگونه تولید می‌شود و چگونه فرآیند پرس قالب‌گیری فشرده کار می‌کند، دانش اساسی برای هر تیم مهندسی یا تدارکاتی است که تولید کامپوزیت را برای کاربردهای جدید ارزیابی می‌کند.

SMC (ترکیب قالب گیری ورق) چیست؟

SMC یک ماده کامپوزیت گرماسخت تقویت شده با فیبر آماده قالب است که به صورت ورق یا رول عرضه می شود. از سه جزء اصلی تشکیل شده است: الیاف شیشه خرد شده (معمولاً به طول 25 تا 50 میلی متر)، یک سیستم رزین پلی استر یا وینیل استر غیر اشباع، و یک پرکننده معدنی (معمولاً کربنات کلسیم). این اجزا در طول فرآیند تولید SMC با مواد تشکیل‌دهنده اضافی - غلیظ‌کننده‌ها، عوامل رهاسازی قالب، کاتالیزورها، رنگدانه‌ها و افزودنی‌های کم مشخصات ترکیب می‌شوند تا خمیری تولید شود که بین فیلم‌های حامل پلی‌اتیلن قرار می‌گیرد، در یک ورقه نورد می‌شود و اجازه می‌دهد تا قبل از قالب‌گیری بالغ شود (ضخیم شود).

محتوای الیاف شیشه SMC معمولاً از 25٪ تا 35٪ وزنی در فرمولاسیون استاندارد متغیر است، در SMC ساختاری (HMC - ترکیب قالب گیری با استحکام بالا)، که در آن عملکرد مکانیکی بالاتری مورد نیاز است، به 50-65٪ افزایش می یابد. ماتریس رزین ترموست است - در طول قالب‌گیری هنگامی که تحت فشار گرم می‌شود، تحت یک واکنش شیمیایی برگشت‌ناپذیر پیوند متقابل قرار می‌گیرد و از یک خمیر چسبناک به یک جامد سفت و پایدار از نظر ابعادی تبدیل می‌شود. این واکنش اتصال عرضی چیزی است که کامپوزیت های ترموست مانند SMC را از کامپوزیت های ترموپلاستیک متمایز می کند: پس از پخت، SMC نمی تواند دوباره ذوب یا اصلاح شود.

مواد SMC چگونه ساخته می شود؟

SMC بر روی یک خط ترکیبی تخصصی تولید می شود. خمیر رزین - مخلوطی از رزین پلی استر، پرکننده، غلیظ کننده و مواد افزودنی - روی یک فیلم حامل پلی اتیلن متحرک پخش می شود. رووینگ های الیاف شیشه به طور همزمان به طول مشخص شده (معمولاً 25 میلی متر برای SMC استاندارد) خرد می شوند و به طور یکنواخت روی لایه خمیر رزین قرار می گیرند. لایه دوم خمیر رزین روی لایه الیاف اعمال می شود و یک فیلم حامل دوم در بالای مجموعه قرار می گیرد. ساختار ساندویچی از یک سری رول های تراکمی عبور می کند که الیاف را با رزین خیس می کند و ورق را به ضخامت یکنواخت تثبیت می کند.

پس از ترکیب، ورق SMC رول شده و در اتاق بلوغ کنترل شده با درجه حرارت قرار می گیرد. بیش از 24 تا 72 ساعت در دمای کنترل شده (معمولاً 25 تا 35 درجه سانتیگراد)، عامل غلیظ کننده - اکسید منیزیم یا مشابه - با رزین پلی استر واکنش می دهد تا ویسکوزیته ترکیب را از خمیر مایع به یک ورقه خمیر مانند با قوام چرم تبدیل کند. این فرآیند بلوغ ضروری است: SMC کمتر بالغ به سطح قالب می‌چسبد و نقص‌های سطحی ایجاد می‌کند. SMC بیش از حد بالغ در طول پرس به اندازه کافی جریان نمی یابد و قسمت های پر نشده در قسمت قالب گیری شده باقی می ماند.

فرآیند قالب گیری فشرده سازی SMC چگونه کار می کند؟

مرحله 1: آماده سازی شارژ

اپراتور فیلم های حامل را از ورق SMC بالغ جدا می کند و آن را به یک "شارژ" از پیش تعیین شده برش می دهد - مجموعه ای از قطعات SMC با اندازه و موقعیت برای رسیدن به وزن و منطقه پوشش هدف برای قطعه خاصی که در حال قالب گیری است. وزن شارژ از حجم قطعه و چگالی SMC (معمولاً 1.85-2.0 g/cm³) محاسبه می شود. الگوی شارژ - شکل و آرایش انباشته قطعات SMC - طوری طراحی شده است که جریان یکنواخت را در حفره قالب در حین فشار دادن ایجاد کرده و خطوط بافتنی را در نواحی ساختاری بحرانی به حداقل برساند.

مرحله 2: بارگیری قالب

شارژ SMC روی نیمه قالب پایینی (ابزار حفره ای) در پرس فشرده سازی از قبل گرم شده قرار می گیرد. دمای قالب معمولاً در 140-160 درجه سانتیگراد حفظ می شود - به اندازه کافی بالا برای فعال کردن کاتالیزور پراکسید و شروع اتصال عرضی، اما دقیقاً برای اطمینان از زمان جریان کافی قبل از ژل شدن کنترل می شود. یکنواختی دمای قالب در سرتاسر صفحه ابزار بسیار مهم است: تغییرات دمایی ± 5 درجه سانتیگراد یا بیشتر، نرخ‌های پخت متفاوتی را ایجاد می‌کند که به صورت موج‌شدن سطح، علائم فرورفتگی یا تنش داخلی در قسمت قالب‌گیری شده ظاهر می‌شود.

مرحله 3: فشرده سازی و درمان

پرس با سرعت نزدیک کنترل شده بسته می شود، سپس به فشار قالب گیری کامل - معمولاً 5-15 مگاپاسکال (50-150 بار) - انتقال می یابد زیرا قالب با شارژ SMC تماس می گیرد. فشار اعمال شده SMC را مجبور می کند تا جریان پیدا کند و حفره قالب را پر کند، الیاف شیشه را در برابر سطوح قالب فشرده کرده و هوای محبوس شده را از طریق دریچه های خط جداکننده خارج می کند. پرس برای مدت زمان پخت در فشار کامل باقی می ماند - معمولاً 60 تا 180 ثانیه، بسته به ضخامت قطعه، دمای قالب و فرمول SMC - که در طی آن رزین تحت اتصال عرضی کامل قرار می گیرد.

مرحله 4: خارج کردن قطعه و تخریب

پس از تکمیل چرخه پخت، پرس باز می‌شود و قسمت قالب‌گیری شده با استفاده از پین‌های اجکتور یا یک صفحه استریپر از ابزار خارج می‌شود. این قطعه در دمای قالب - معمولاً 140 تا 160 درجه سانتیگراد - ظاهر می شود و برای حفظ دقت ابعادی در طول دوره خنک سازی پس از پخت، روی یک دستگاه خنک کننده قرار می گیرد. قطعات SMC در صورت پشتیبانی نشدن، به ویژه برای قطعات بزرگ و با دیواره نازک تمایل به تاب برداشتن در هنگام خنک‌سازی دارند، بنابراین طراحی وسایل خنک‌کننده جنبه مهمی از فرآیند کلی است.

چرا مشخصات پرس برای قالب گیری SMC مهم است؟

یکنواختی تناژ و فشار

نیروی پرس مورد نیاز برای قالب گیری SMC با ناحیه پیش بینی شده قطعه و فشار قالب گیری مورد نیاز تعیین می شود. برای یک قطعه 0.5 متر مربعی با فشار قالب گیری 10 مگاپاسکال، نیروی پرس مورد نیاز 5000 کیلو نیوتن (500 تن) است. پرس که این نیرو را فراهم می کند اما با انحراف صفحه غیر یکنواخت - خم شدن در زیر بار - قطعاتی با ضخامت غیر یکنواخت، پر شدن ناقص در انتهای صفحه و کیفیت سطحی ناسازگار تولید می کند. پرس های SMC با کیفیت بالا از ساختارهای چهار ستونی یا قاب با موازی صفحه به طور فعال کنترل شده برای حفظ توزیع فشار یکنواخت در سراسر ناحیه کامل ابزار استفاده می کنند.

بستن کنترل سرعت

مشخصات سرعت نزدیک پرس در طول بسته شدن قالب مستقیماً بر کیفیت قطعه تأثیر می گذارد. سرعت نزدیک شدن سریع به چند میلی متر از تماس، و به دنبال آن یک سرعت بسته شدن آهسته کنترل شده دقیقاً زمانی که پرس با شارژ SMC تماس می گیرد، از "شوک شدن" شارژ و ایجاد علائم جریان یا الگوهای شستشوی فیبر جلوگیری می کند. پرس های هیدرولیک با کنترل سروو پروفیل های سرعت بسته شدن چند مرحله ای قابل برنامه ریزی را فراهم می کنند که قالب گیری SMC به آن نیاز دارد - پرس های هیدرولیک با سرعت ثابت معمولی نمی توانند با این قابلیت کنترل فرآیند مطابقت داشته باشند.

کنترل فشار و دقت نگه داشتن

فاز نگه داشتن فشار - حفظ فشار قالب گیری ثابت در طول چرخه پخت - به عملکرد سیستم هیدرولیک پایدار نیاز دارد. نوسانات فشار در طول پخت، تغییرات چگالی در قسمت قالب‌گیری شده ایجاد می‌کند که به صورت نقص سطح و ناسازگاری خواص مکانیکی ظاهر می‌شود. سیستم‌های هیدرولیک سروو با کنترل فشار حلقه بسته، فشار تنظیم شده را تا 0.5% در سراسر فاز نگه می‌دارند، که به طور قابل‌توجهی پایدارتر از سیستم‌های شیر متناسب معمولی است.

یکنواختی گرمایش صفحه

دمای قالب مستلزم گرمایش یکنواخت صفحه است. سیستم های گرمایش بخار، آب گرم یا کارتریج برقی هر کدام ویژگی های یکنواختی متفاوتی دارند. برای قالب‌گیری SMC، که در آن تغییرات دما مستقیماً بر سرعت پخت و کیفیت قطعه تأثیر می‌گذارد، مشخصات یکنواختی دمای صفحه 3± درجه سانتیگراد یا بهتر در سراسر سطح صفحه کامل باید هنگام ارزیابی تجهیزات پرس تأیید شود. کنترل گرمایش چند منطقه ای - تقسیم صفحه به مناطق گرمایش کنترل شده مستقل - موثرترین روش برای صفحات بزرگ است که در غیر این صورت کنترل گرادیان دما دشوار است.

SMC در مقابل BMC: تفاوت های کلیدی

کاربردهای قالب گیری فشرده سازی SMC

بدنه و پانل های ساختاری خودرو

SMC ماده کامپوزیتی غالب برای پانل های ساختاری و بیرونی خودروهای بزرگ در وسایل نقلیه تجاری و کاربردهای حمل و نقل انبوه است. مجموعه‌های هود کامیون، پانل‌های بدنه اتوبوس و سازه‌های سقف ون در SMC قالب‌گیری می‌شوند، زیرا سطح با کیفیت فلزی را با وزن کمتر ارائه می‌کند - معمولاً 25 تا 30٪ کاهش وزن در مقابل فولاد معادل - با ایمنی ذاتی در برابر خوردگی. در کاربردهای خودروهای سواری، SMC ساختاری (HMC) برای سپرهای زیر بدنه، پانل‌های پشتی صندلی، و چاه‌های چرخ یدکی استفاده می‌شود که در آن سختی و مقاومت در برابر ضربه در جرم کم، محرک طراحی است.

زیرساخت برق و انرژی

خواص عایق الکتریکی پلی استر SMC تقویت شده با الیاف شیشه - همراه با پایداری ابعادی، مقاومت در برابر رطوبت، و قابلیت درجه بندی شعله UL94 - آن را به ماده استاندارد برای محفظه های تابلو برق متوسط، جعبه های توزیع برق، پوشش ترانسفورماتور و محفظه کانال اتوبوس تبدیل می کند. قطعات SMC در کاربردهای الکتریکی معمولاً به جای رنگ آمیزی در ترکیب رنگدانه می شوند و در یک مرحله فرآیند به رنگ پایدار در برابر اشعه ماوراء بنفش دست می یابند.

حمل و نقل ریلی و حمل و نقل انبوه

پانل های داخلی قطار، سازه های صندلی، ماژول های سقف و مجموعه های کلاهک انتهایی در وسایل نقلیه حمل و نقل ریلی به طور گسترده در SMC تولید می شوند زیرا این مواد با الزامات آتش، دود و سمیت (FST) سختگیرانه EN 45545 و استانداردهای معادل زمانی که با بسته های ضد شعله مناسب بدون هالوژن فرموله می شوند، مطابقت دارد. توانایی تولید پانل های تک تکه پیچیده و بزرگ در SMC تعداد قطعات مونتاژ را کاهش می دهد و فرآیند تولید داخلی واگن ریلی را در مقایسه با جایگزین های ساخت فلزی به طور قابل توجهی ساده می کند.

سوالات متداول

ماندگاری مواد SMC قبل از قالب گیری چقدر است؟

SMC بالغ زمانی که در دمای کنترل شده (زیر 25 درجه سانتیگراد) در بسته بندی مهر و موم شده نگهداری شود، معمولاً 30 تا 90 روز ماندگاری دارد. همانطور که SMC فراتر از پنجره پردازش بهینه خود پیر می شود، ضخیم شدن مداوم ویسکوزیته را تا حدی افزایش می دهد که جریان قالب کافی نیست و در نتیجه شات های کوتاه و قطعات ناقص ایجاد می شود. تاریخ بلوغ و پنجره پردازش توصیه شده در گواهی مواد سازنده SMC مشخص شده است. برای عملیات تولید، مدیریت مواد اولیه در اول و ذخیره سازی با دمای کنترل شده، اقدامات ضروری برای جلوگیری از پردازش مواد خارج از پنجره است.

آیا SMC می تواند سطح خودرو کلاس A را به پایان برساند؟

بله - SMC فرموله شده با افزودنی های کم مشخصات (LPA) هنگامی که بر روی یک پرس نگهداری شده با کنترل دقیق دما و یک ابزار صیقلی و با کیفیت بالا پردازش می شود، به سطح کلاس A (مقادیر موجی Wa زیر 0.6 میکرومتر) مناسب برای پانل های بیرونی رنگ شده خودرو می رسد. قالب‌گیری SMC کلاس A نیازمند توجه دقیق به الگوی شارژ، یکنواختی دمای قالب، مشخصات سرعت بسته شدن، و پوشش درون قالب (IMC) یا سیستم‌های رنگ‌آمیزی پس از قالب است. همه فرمول‌های SMC قادر به کلاس A نیستند - برگه اطلاعات مواد باید مشخص کند که آیا ترکیب برای کاربردهای سطح کلاس A فرموله شده و آزمایش شده است یا خیر.

SMC چگونه با فولاد پانل های خودرو مقایسه می شود؟

پانل های SMC سه مزیت قابل توجه نسبت به مهر زنی فولادی معادل دارند: کاهش وزن 25-35٪ در سختی معادل. ایمنی ذاتی در برابر خوردگی که نیاز به حفاظت گالوانیزه یا کاتدی را از بین می برد. و توانایی ادغام چندین قطعه فولادی در یک قالب SMC واحد، کاهش هزینه مونتاژ و تعداد قطعات. معایب اولیه مقاومت در برابر ضربه کمتر در مقایسه با فولاد با مقاومت بالا (مرتبط با مناطق ایمنی عابر پیاده) و هزینه ابزارآلات بالاتر برای برنامه های کم حجم است که در آن هزینه ابزار مستهلک شده برای هر قطعه بیشتر از فولاد است. برای برنامه‌هایی که تقریباً 30،000 تا 50،000 قطعه در سال دارند، SMC بر اساس هزینه کل مالکیت، با فولاد رقابتی می‌شود.

چه تناژ پرس برای قالب گیری SMC مورد نیاز است؟

تناژ مورد نیاز پرس به صورت زیر محاسبه می شود: مساحت قطعه پیش بینی شده (cm²) × فشار قالب گیری (MPa) ÷ 10. برای قطعه 2000 سانتی متر مربع در 10 مگاپاسکال، نیروی مورد نیاز 2000 کیلو نیوتن (200 تن) است. فشار قالب گیری استاندارد SMC بسته به پیچیدگی قطعه و فرمول SMC از 5 تا 15 مگاپاسکال متغیر است. SMC ساختاری با محتوای شیشه بالاتر معمولاً به فشار بالاتر (10-15 مگاپاسکال) برای دستیابی به یکپارچگی کامل نیاز دارد. اکثر برنامه های SMC خودرو به پرس هایی در محدوده 500 تا 3000 تن نیاز دارند، بسته به اندازه پانل. انتخاب پرس باید شامل حاشیه ای بالاتر از حداقل محاسبه شده باشد - معمولاً 120 تا 130٪ از نیاز محاسبه شده - برای در نظر گرفتن مهار فلاش لبه و حفظ ذخیره فشار برای تنظیمات فرآیند.

پرس قالب گیری سروو SMC | پرس قالب گیری سروو BMC | پرس سروو قالب گیری GMT | راه حل های صنعت خودرو | تماس با ما