A influência da precisão do molde e do agente desmoldante na qualidade da superfície dos produtos SMC

Os produtos moldados com compostos para moldagem de folhas (SMC) são amplamente utilizados nas áreas automotiva, aeroespacial e outras. A qualidade da superfície determina diretamente o seu desempenho. A precisão do molde e o tipo de agente desmoldante são os principais fatores que afetam a qualidade da superfície, e seu efeito combinado ainda não formou um padrão sistemático. Este artigo adota o método de{3}variável única, fixa os parâmetros do processo de moldagem e explora a influência de diferentes precisões do molde e tipos de agentes desmoldantes na rugosidade da superfície (Ra), brilho, taxa de defeitos e desvio de tamanho dos produtos. O mecanismo de sinergia é analisado e a combinação ideal de processos é esclarecida. Os resultados mostram que a precisão do molde é o fator dominante e o tipo de agente desmoldante é o fator de otimização. Moldes de alta-precisão e agentes desmoldantes de fluorocarbono em sinergia podem alcançar a melhor qualidade de superfície. Esta pesquisa fornece orientação teórica e de processo para a produção de produtos SMC de alta-qualidade.

1. Introdução

O SMC é feito de resina de poliéster insaturada como matriz e pode ser moldado para produzir produtos com formato-complexo e dimensionalmente estáveis. Com a atualização das demandas da indústria, o mercado tem maiores exigências quanto à suavidade, brilho e posterior desempenho de processamento dos produtos SMC, sendo necessário evitar defeitos como bolhas e arranhões.

Os parâmetros do processo de moldagem têm alguma influência na qualidade da superfície, mas a precisão do molde e o tipo de agente desmoldante desempenham um papel mais crucial. A precisão do molde determina diretamente o efeito de replicação da forma do produto, e a precisão insuficiente pode levar a superfícies rugosas e desvios dimensionais; o agente desmoldante, como meio de isolamento, de tipo inadequado pode causar problemas como adesão ao molde e resíduos superficiais.

A maioria dos estudos existentes concentra-se em um único fator ou em outros materiais compósitos, e há relativamente poucos estudos sistemáticos sobre SMC. As regras de interação entre os dois não foram claramente definidas. Com base nisso, este artigo explora a influência dos dois na qualidade superficial dos produtos SMC e seu mecanismo de interação, otimiza a combinação de processos e fornece suporte para o controle de qualidade.

2. Projeto de Esquema Experimental

2.1 Matérias-primas e equipamentos experimentais

Os parâmetros específicos das matérias-primas, equipamentos, moldes e desmoldantes utilizados no experimento são mostrados na tabela abaixo:

Categoria	Tipo/Especificação	Parâmetro do Kernel
Material compósito SMC	grau técnico	Componentes principais: resina de poliéster insaturada, fibra de vidro não{0}}alcalina (comprimento 30 mm, conteúdo 30%), enchimento de carbonato de cálcio (conteúdo 40%); Densidade à temperatura ambiente 1.8 - 2.0 g/cm³; Temperatura de cura 120 - 140 graus
instalação de teste	Prensa hidráulica-de quatro colunas	Modelo 1000kN, utilizado para processo de moldagem SMC
	rugômetro de superfície	Modelo TR200, utilizado para medição da rugosidade superficial do produto
	medidor de brilho	Modelo HG60, utilizado para medir o brilho superficial de produtos
	máquina de medição por coordenadas	Usado para detectar o desvio de tamanho do produto
	Microscópio de-alta definição	Usado para observar defeitos superficiais do produto
Molde de placa plana	alta precisão	Dimensões da cavidade: 400 mm × 200 mm × 3 mm; Ra Menor ou igual a 0,2μm; Dureza Maior ou igual a HRC55; Erro de orientação menor ou igual a 0,03 mm (após polimento e limpeza)
	Precisão média	Dimensões da cavidade: 400 mm × 200 mm × 3 mm; Ra=0.4 - 0.8 μm; Dureza HRC 45 - 55; Erro de orientação 0.03 - 0.05mm (após polimento e limpeza)
	baixa precisão	Dimensões da cavidade: 400 mm × 200 mm × 3 mm; Ra Maior ou igual a 1,0μm; Dureza Menor ou igual a HRC45; Erro de orientação maior ou igual a 0,05 mm (após polimento e limpeza)
agente liberador externo	Tipo de silicone	Modelo KL-200; Tipo geral; Quantidade de revestimento 10g/m²
	Fluorocarbonos	Modelo: FC-302; Tipo PTFE; Resistente a altas temperaturas com baixo resíduo; Quantidade de revestimento: 10g/m²
	Tipo ceroso	Modelo W-401; Cera sintética tipo polietileno; Modelo de economia; Quantidade de revestimento 10g/m²

 

2.2 Parâmetros do Processo de Teste

Usando o método de-variável única, os parâmetros do processo de prensagem do molde foram fixados: temperatura 130 graus, pressão 600kN, tempo de pressão de retenção 720s, velocidade de fechamento do molde 15mm/s. Após 20 minutos de cura, o molde foi resfriado e desmoldado. Cada grupo de testes foi repetido 5 vezes, e o valor médio foi tomado para reduzir erros.

2.3 Indicadores de Avaliação da Qualidade Superficial

Consulte os padrões da indústria e selecione 4 indicadores principais: rugosidade da superfície (Ra), brilho (ângulo de 60 graus), taxa de defeito (bolhas estatísticas, arranhões, etc.) e desvio dimensional (em conformidade com o padrão de ±0,3%). Todos foram medidos por instrumentos correspondentes e o valor médio de múltiplos pontos foi obtido.

Rugosidade superficial (Ra): Medida por um medidor de rugosidade. Quanto menor o valor, mais lisa será a superfície.

Lustre: Medido por um medidor de brilho. Quanto maior o valor, melhor será o brilho.

Taxa de defeitos: Observada ao microscópio, calculada com base na proporção de produtos defeituosos.

Desvio dimensional: medido por uma máquina de medição de três{0}}coordenadas. Quanto menor for o desvio, maior será a precisão dimensional.

 

 

3 Resultados e análises de testes

 

3.1 A lei de influência da precisão do molde na qualidade da superfície dos produtos moldados SMC

 

Quando o agente desmoldante de fluorocarbono é fixado, os resultados do teste mostram que a precisão do molde domina a qualidade da superfície e quanto maior a precisão, melhor o efeito:

 

(1) Rugosidade superficial:Produtos de alta precisão têm Ra=0.22 μm, precisão média 0,65 μm e baixa precisão 1,85 μm. Devido ao efeito de replicação do formato da cavidade do molde, os moldes de baixa precisão tendem a causar rugosidade superficial e expor fibras.

 

(2) Brilho:Produtos de alta-precisão têm brilho de 98GU, produtos de média-precisão têm 82GU e produtos de baixa-precisão têm 58GU. Quanto mais lisa for a cavidade, mais uniforme será o reflexo da luz e maior será o brilho.

 

(3) Taxa de defeitos:Alta precisão 0,1%, precisão média 0,8%, baixa precisão 4,7%. Os moldes de baixa precisão apresentam grandes erros de guia e cavidades ásperas, que tendem a reter ar e gerar bolhas e arranhões.

 

(4) Desvio de dimensão:Alta precisão ±0,12%, precisão média ±0,23%, baixa precisão ±0,38% (excedendo o padrão), precisão insuficiente do molde, resultando em desalinhamento durante o fechamento e desvio de dimensão.

3.2 O padrão de influência dos tipos de desmoldantes na qualidade superficial dos produtos moldados SMC

Quando o molde de alta{0}}precisão é fixado, os efeitos dos diferentes agentes desmoldantes variam significativamente. A classificação abrangente de desempenho é: tipo de fluorocarbono > tipo de silicone > tipo de cera:

(Tipo fluorocarbono): O efeito de desmoldagem é o melhor, sem resíduo, Ra=0.22 μm, brilho 98GU, taxa de defeito menor ou igual a 0,2%, resistência a altas temperaturas, adequado para produtos-de alta qualidade, apenas com custo mais elevado e requisitos rigorosos de revestimento;

(2) Tipo silicone: Possui grande versatilidade e custo moderado, permitindo múltiplos processos de desmoldagem. No entanto, a superfície está sujeita a película de silicone residual, resultando em uma ligeira diminuição no brilho, com Ra=0.35 μm, uma taxa de defeito de 0,5%, e requer limpeza secundária. É adequado para produtos-de gama média.

 

(3) À base de cera: o custo é o mais baixo, mas o desempenho de desmoldagem é ruim, a formação do filme é irregular e os resíduos são fáceis de ocorrer. O brilho é de aproximadamente 59GU, Ra=0.82 μm, a taxa de defeito é de 1,8% e tem boa resistência ao calor, mas é adequado apenas para-componentes estruturais de baixo custo.

 

3.3 Lei de influência sinérgica entre a precisão do molde e o tipo de agente de desmoldagem

Existe um efeito sinérgico significativo entre os dois. A precisão do molde é o fator dominante e o agente de desmoldagem é o fator de otimização. O efeito da combinação principal é o seguinte:

(1) Alta precisão + tipo fluorocarbono: A combinação ideal, Ra=0.22 μm, brilho 98GU, taxa de defeito menor ou igual a 0,1%, atendendo aos requisitos de produtos-de alta qualidade;

 

(2) Alta precisão + base de silicone/cera-: O efeito é ruim. O agente desmoldante residual anula as vantagens do molde, impedindo a plena realização do valor de alta precisão.

 

(3) Média Precisão + Tipo Fluorcarbono: Equilibra custo e qualidade, Ra=0.65 μm, brilho 82GU, taxa de defeito de 0,8%, adequado para produtos-de gama média;

 

(4) Média Precisão + Tipo Silicone/Cera: O efeito é médio, com taxa de defeito de 1,2% a 2,5%. É adequado para produtos-de gama média com requisitos relativamente baixos de aparência.

 

(5) Baixa precisão + agente desmoldante arbitrário: O efeito é o pior. Ra Maior ou igual a 1,8 μm, taxa de defeito Maior ou igual a 4,5%. É adequado apenas para componentes estruturais sem requisitos de qualidade.

 

4 Análise do Mecanismo

4.1 Mecanismo de replicação morfológica e controle dimensional do Mold Precision

A cavidade do molde determina a suavidade da superfície do produto através do efeito de replicação morfológica. Moldes de alta-precisão permitem fluxo suave de resina e distribuição uniforme de fibra, resultando em uma superfície mais lisa; através do efeito de transferência de tamanho, a precisão dimensional é controlada. Moldes de alta-precisão apresentam pequenos erros de orientação e podem evitar fechamento irregular do molde e resíduos de bolhas, reduzindo desvios dimensionais; moldes-de baixa precisão são propensos a vários defeitos.

4.2 Mecanismo de Isolamento de Interface de Agentes de Liberação

Os agentes desmoldantes conseguem a desmoldagem reduzindo a tensão interfacial por meio da formação de uma camada de isolamento: os agentes desmoldantes à base de fluorocarbono têm baixa energia superficial, formam filmes densos sem resíduos e são resistentes a altas temperaturas, garantindo a qualidade da superfície;

agentes desmoldantes-à base de silicone têm boa lubricidade, mas são propensos a formar filmes residuais de silício, afetando o processamento subsequente; agentes desmoldantes-à base de cera formam filmes irregulares e têm baixa resistência-a altas temperaturas, propensos a resíduos e causando defeitos.

4.3 Mecanismo de Efeito Sinérgico dos Dois

O núcleo da sinergia é "domínio de precisão e desmoldagem otimizada": moldes de alta-precisão fornecem a base para a qualidade da superfície, permitindo que o agente desmoldante se espalhe uniformemente; Agentes desmoldantes de alto-desempenho compensam a falta de precisão do molde, reduzindo o atrito e a aderência do molde. A combinação dos dois pode aumentar sinergicamente a eficiência, enquanto o oposto resulta no cancelamento mútuo de vantagens e na redução da qualidade da superfície.

 

5. Conclusão e Recomendações

 

5.1 Conclusão Básica

A precisão do molde é o fator dominante. Moldes de alta-precisão podem melhorar significativamente a qualidade da superfície, enquanto moldes de baixa-precisão não conseguem atender às demandas de aplicações-de alta tecnologia.

O tipo de agente desmoldante é um importante fator de otimização. O desempenho abrangente é o seguinte: tipo fluorocarbono > tipo silicone > tipo ceroso, adequado para produtos de diferentes graus.

O efeito de sinergia dos dois é significativo. A combinação ideal é alta precisão + tipo fluorocarbono, enquanto a combinação de média precisão + tipo fluorocarbono é a escolha ideal que equilibra custo e qualidade.

O efeito de replicação da morfologia do molde e o efeito de isolamento da interface do agente desmoldante determinam em conjunto a qualidade da superfície. A combinação desses dois efeitos pode alcançar um aprimoramento sinérgico.

 

5.2 Sugestões de Processo de Produção

Para produtos-de alta qualidade: use moldes de alta-precisão e agentes desmoldantes de fluorcarbono. A quantidade de revestimento deve ser controlada em torno de 10g/m². É necessária manutenção regular dos moldes.

 

Produtos de-gama média: use precisão média + tipo fluorocarbono ou alta precisão + tipo silicone. Para o tipo silicone, é necessário um processo de limpeza secundária adicional.

 

Componentes estruturais-de baixo custo: selecionar materiais de baixa-precisão + cera-, controlar os parâmetros de moldagem e atender aos requisitos básicos de uso será suficiente.

 

Durante a produção, a precisão dos moldes é verificada regularmente, as cavidades são limpas e o processo de revestimento do agente desmoldante é padronizado. Uma combinação razoável desses dois fatores é adotada para alcançar uma produção de alta-qualidade e baixo-custo.