[发明专利]纤维增强塑料制品的成型方法及其模具

说明书

本发明涉及纤维增强塑料制品的快速注入分段加压成型方法及其模具，尤其是大型复杂产品(例如：汽车车体)的成型方法及其模具。

为了解决复合材料在制作汽车车体方面存在的两个主要问题(刚度不足易于变形以及成型工艺落后)，本发明人提出了专利号为88202023．4名称为《一种玻璃钢汽车车身》的专利、专利号为88106442．4名称为《一种新颖的玻璃钢汽车车身结构的加工工艺》的专利以及专利号为89102370．4名称为《制造玻璃钢制品的模塑成型方法》的专利。以上述专利为基础制作的汽车车体具有良好的强度和刚度，达到了轻量化的目的，一个长度为3．95米的两厢式车身的重量仅为120公斤。但在实施上述成型方法的过程中发现存在以下两个缺陷：

(1)模具结构复杂，特别是组合式刚性内模的结构比较复杂，既要适应载入舱的复杂造型，又要便于脱模取出，因而内模的分块很零碎，在空间定位、锁紧、密封等方面都遇到了很多困难，特别是在误差补偿方面很难于处理。

(2)生产效率不高。以手工模压的方法生产一个车身需要5小时。而以模塑成型方法生产需要3～3．5小时，与手工糊制方法相比，虽然提高了30-60％，但仍不能满足汽车工业高节奏批量化的要求，不能达到机械化流水线的生产水平。

本发明的目的是提出一种新的纤维增强塑料制品的成型方法及模具，尤其是大型复杂产品(例如：汽车车体)的成型方法及模具。它能克服现有成型方法中存在的问题，即：首先是能简化模具的结构，并能解决由此带来的密封、锁紧及定位等方面的问题；其次是能提高工作效率，提高机械化程度，使这种成型方法能够适应汽车工业高节奏、批量化生产的要求。

本发明的纤维增强塑料制品的快速注入分段加压成型方法，包含下列步骤：(1)组合两个相互配合形成模腔的模具部分及增强材料、泡沫内芯、预埋件等，形成一布置好内容物的模腔，不使模腔的形状和大小达到其形成最终制品时的状态，而使模腔初始形成时的容积大于形成最终制品时的模腔容积；(2)将定量的树脂注入所形成的较大的模腔，其中的树脂量应略大于形成最终产品所需的量，但少于模腔初始形成时的容积，因而树脂将部分充添模腔；(3)通过改变模腔中已充入树脂处的部分模腔的形状，缩小该部位两个相互配合形成模腔的模具部分成型表面之间的距离，使该部位的工件受压，迫使该处的部分树脂流向其它部位；(4)逐渐扩大模腔中工件受压的面积，最终使整个工件受压，并使模腔的形状和大小达到其形成最终制品时的状态，将多余的树脂排出到模腔之外；(5)保持对工件的压力，直至树脂全部固化。

在本发明的纤维增强塑料制品的快速注入分段加压成型方法中，在模腔初始形成时，将两个相互配合形成模腔的模具部分具成型表面间的距离控制到既便于所需量的树脂能快速注入模腔，又使尽可能多的模腔容积被树脂充满，以利于树脂浸润纤维增强材料。树脂注入后，在重力作用下沉积于模腔内的下部，首先从模腔的最底部开始，使模腔的一部分变形，使该部位的工件受压，然后将变形逐渐向上扩大到整个模腔。模腔每次变形压向工件的面积应利于变形处的树脂及其内的气泡流向其它部位，但又不需要过多次数的变形，以利于缩短操作时间。

在本发明的纤维增强塑料制品的快速注入分段加压成型方法中，通过调整压向工件的压力，可调整最终制品中的树脂含量。

传统的纤维增强塑料制品的注射成型方法是在一包含玻璃纤维增强材料、泡沫内芯、预埋件等内容物的形状不变的模腔中注射入不饱和聚酯树脂。由于模腔中有玻璃纤维增强材料、泡沫内芯、预埋件等内容物，因此，模腔的流道截面较小，树脂的流动阻力较大，流动速度也就较慢，注射所需的时间也就较长。如果工件的尺寸越大，则树脂的流程越长，所需的注射时间就更长，此外，排气的阻力也会增大，而使出现因气泡滞留产生的白斑和缺肉等缺陷的可能性增大。本发明的纤维增强塑料制品的快速注入分段加压成型方法，在注射阶段由于加大了模腔空间，不使模腔两成型面间的距离达到最终尺寸，而使流道截面增大，因而可以快速将树脂注入。然后通过一部分又一部分地缩小模腔成型面间的距离，使树脂在较小的阻力下被挤推到模腔各处，使增强材料得到充分浸润、填满模腔。再有，传统的纤维增强塑料制品的注射成型方法，有时为了减少流道的阻力，将流道截面中填充物所占的面积减小，增加树脂通过面积，这虽然缩短了注射时间，但是却增加了最终制品中树脂的含量，降低了制品的强度。而本发明的成型方法，通过注射后压缩工件，增加了增强材料的含量，保证了制品的强度；并且还可通过调整加压压力控制最终制品中的树脂含量。