玻纖氈增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料（GMT)具有力學(xué)性能高，特別是沖擊強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，易回收利用等特點(diǎn)，在汽車工業(yè)中用于制作保險(xiǎn)杠骨架、前端、座椅骨架、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、電池托盤等[1-3]。GMT制品成型是將片材裁剪成一定尺寸，在對(duì)流烘箱或紅外烘道中預(yù)熱至200℃左右，置于模具內(nèi)壓制。GMT材料具有何種流動(dòng)和充模行為以及如何加以描述、表征和預(yù)測(cè)一直是材料開發(fā)商、加工商和研究者面對(duì)的基本問題。對(duì)GMT流動(dòng)、成型方法、纖維取向和力學(xué)性能等的研究報(bào)道較多[4-11]。基于原料來源、制造工藝上的差異，材料的性能和成型工藝往往不同，弄清各種因素的影響將有利于模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成品率的提高。隨著國(guó)內(nèi)GMT材料的應(yīng)用日益廣泛，以及國(guó)產(chǎn)GMT裝置的建成投產(chǎn)，對(duì)成型不同部件如何進(jìn)行布料設(shè)計(jì)更加引人關(guān)注。本文以自制GMT片材作研究對(duì)象，著重考察了不同布料時(shí)材料的流動(dòng)行為及模溫和壓力等因素對(duì)流動(dòng)的影響。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1原料及設(shè)備
GMT片材是中試裝置生產(chǎn)的以Y1600聚丙烯（上海石化）為基體，連續(xù)玻纖氈（泰山玻璃纖維股份有限公司）為增強(qiáng)材料。片材厚度3. 7mm，玻纖含量38-40%。半自動(dòng)壓力成型機(jī)，0. 25MN，上海西瑪偉力橡膠有限公司；鼓風(fēng)烘箱由上海實(shí)驗(yàn)儀器
總廠提供。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
GMT片材裁剪成一定尺寸，置于溫度設(shè)定為230 0C的鼓風(fēng)烘箱內(nèi)預(yù)熱5 min，迅速轉(zhuǎn)移至80℃壓機(jī)平板上，合模保壓1 min，合模速度8 mm/s。開模后將成型的平板輪廓復(fù)制到稱量紙上，由稱量法確定流動(dòng)面積，并測(cè)量流動(dòng)長(zhǎng)度。坯料尺寸分別為單層150 x 150mm，2層106 x 106mm，3層87 x 87 mm，4層87 x 87 mm下面兩層和62 x 62mm上面兩層。將模腔平面尺寸為150 x 100mm，中間有一深度為30mm厚2mm加強(qiáng)筋的平板模具置于壓機(jī)上，控制模溫80℃，模壓力12 MPa，按不同布料方式成型CMT平板。
2 結(jié)果與討論
2.1布料方式的影響
在壓機(jī)壓板溫度80℃、合模壓力12MPa的條件下進(jìn)行了4種布料方式模壓實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。在單層布料情況下流動(dòng)面積較布料區(qū)面積增大約40%，最大流動(dòng)長(zhǎng)度僅18mm.材料流動(dòng)性明顯不如長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)的聚丙烯，后者在同樣實(shí)驗(yàn)條件下流動(dòng)面積可增大100%以上。將2層坯料在烘箱中重疊后再置于壓板上合模，流動(dòng)面積增量為205%，最大流動(dòng)長(zhǎng)度為48 mm.上述兩種布料方式的GMT材料在平面內(nèi)均勻拉伸流動(dòng)，在x,y方向流動(dòng)長(zhǎng)度基本相同，因?yàn)樗捎玫倪B續(xù)玻纖氈在平面內(nèi)基本均勻，制得的GMT片材在面內(nèi)是各向同性的。3層坯料重疊布料方式的流動(dòng)面積增量為448%，最大流動(dòng)長(zhǎng)度為85 mm .由于坯料尺寸較小，多層坯料重疊時(shí)有一點(diǎn)錯(cuò)位，導(dǎo)致材料向某一方向流動(dòng)距離大于另一方向。4層坯料布料時(shí)流動(dòng)面積只比三層布料方式略有增加，面積增量為467%，但流動(dòng)的不均勻性更大，最大流動(dòng)長(zhǎng)度達(dá)108 mm。從模壓流動(dòng)后的總面積來看，2層、3層和4層布料方式模壓后總面積分別比單層布料增大10%、30%和35%，3層以上的布料具有更好的流動(dòng)性。
GMT片材是由2層連續(xù)玻纖氈與3層聚丙烯樹脂交替疊合通過熔融浸漬得到的大休均一的材料。GMC片材在烘箱中預(yù)熱至2107左右時(shí)，樹脂重新熔化，受壓的玻纖氈回彈，致使材料膨化，厚度增大一倍以上。在模具中材料經(jīng)歷受壓排氣、流動(dòng)和壓實(shí)過程［7］。較高溫度的GMT材料在向模具轉(zhuǎn)運(yùn)的過程中由于散熱，其表面溫度明顯降低。合模時(shí)與冷模具表面接觸使材料溫度進(jìn)一步降低，緊貼模具的樹脂層固化在模具表面，又影響了玻纖氈層的流動(dòng)，可以認(rèn)為緊貼模具表面的樹脂和氈兒乎是不流動(dòng)的[8]。僅以單層坯料模壓時(shí)，熱的坯料從烘箱轉(zhuǎn)移到模具時(shí)對(duì)環(huán)境的散熱面積最大，放置在模具上與模具的接觸面積也最大，合模過程中材料開始流動(dòng)前降溫已較明顯，故流動(dòng)性最差；同樣質(zhì)量的材料兩層重疊后再轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)散熱面積減小50%，與模具的接觸面積也減小50%，有利于將中間層保持在較高的溫度。另一方面，模壓時(shí)所需的合模力與坯料的厚度成反比[9,10]，即坯料越厚，材料流動(dòng)所需的合模力越小，這與壓機(jī)加壓時(shí)壓力逐步上升的程序正好相對(duì)應(yīng)。因此，在布料區(qū)坯料承受高壓，而在層疊坯料的邊緣區(qū)（自由區(qū)）建立了很高的壓力梯度，導(dǎo)致GM7材料的中間熔體層和玻纖層以拉伸流的方式從布料區(qū)滑移出來，并在流動(dòng)過程中冷卻下來。布料區(qū)緊貼模具的上下兩層樹脂和玻纖氈仍然是不流動(dòng)的，但不流動(dòng)區(qū)減小。當(dāng)布料面積減小為單層布料的30%，散熱面積及合模時(shí)材料開始流動(dòng)所需的壓力更加趨小，充模流動(dòng)更有利，流動(dòng)總面積增幅達(dá)448%。此后，再增加布料層數(shù)，流動(dòng)的總面積增幅趨緩。因此，在成型GMT制品時(shí)采用多層坯料重疊布料設(shè)計(jì)，一般坯料層數(shù)應(yīng)超過3層，以獲得良好的流動(dòng)果。
2.2模溫對(duì)流動(dòng)的影響：
3層布料方式在壓力12MPa下壓板溫度對(duì)流動(dòng)的影響如圖1。
隨著壓板溫度升高，流動(dòng)面積增量呈線性增大。這是囚為較高的模溫降低了傳熱的速率，在快速合模時(shí)熱量來不及移走，使得流動(dòng)面積增大。在較低壓板溫度下壓板與坯料接觸導(dǎo)熱較顯著，模壓后布料區(qū)坯料外形輪廓清晰可見，表面光澤度較差。在壓板溫度上升到80℃后，布料區(qū)坯料外形變得模糊，光澤度大大提高。壓板溫度100 `C時(shí)幾乎難以分辨坯料外形輪廓。Yamaguchi等〔川認(rèn)為，模溫在接近熔點(diǎn)時(shí)制品具有高表面光澤度，但這一條件不適合規(guī)模化生產(chǎn)，因?yàn)樯a(chǎn)周期會(huì)大大延長(zhǎng)。GMT成型應(yīng)采用較高的模溫，綜合考慮制品脫模和定型性等囚素，適宜的模溫應(yīng)在80-90℃。
2.3壓力對(duì)流動(dòng)的影響
3層布料方式在壓板溫度80℃下壓力對(duì)流動(dòng)過程影響如圖2.在5 MPa壓力下流動(dòng)面積增量為300%，當(dāng)壓力提高至15MPa時(shí)面積增量為590%，提高近一倍。壓力的影響比模溫的影響更顯著。GMT模壓成型壓力為推動(dòng)力，粘性力為阻力。壓力越高，中問層從布料區(qū)滑移出來速度越快，物料降溫越小，流動(dòng)距離越大。因此，提高模壓壓力是增大GMT材料流動(dòng)性最有效的措施。對(duì)于形狀越復(fù)雜的制品，成型過程需要的壓力越大。
2.4制品成型
以140mm x 90man（長(zhǎng)x寬）單層坯料成型平板，結(jié)果發(fā)現(xiàn)平板整體輪廓可以成型，但加強(qiáng)筋沒有充滿。因?yàn)榧訌?qiáng)筋中的物料是從平鋪坯料中通過氈層擠壓滲透出來的，流動(dòng)性較差。并且由于表面樹脂層固化及中間熔體穿過纖維床層流動(dòng)，加強(qiáng)筋的玻纖含量也不高，強(qiáng)度較低。以70 x 90mm 2層坯料成型平板，坯料靠近加強(qiáng)筋擺放，模壓后發(fā)現(xiàn)加強(qiáng)筋充滿了，但平板一端缺料。表明在這一操作條件下受物料流動(dòng)長(zhǎng)度的限制，仍難以得到完整的制品。以60 x70mm 3層坯料靠近加強(qiáng)筋擺放，模壓后無缺陷，加強(qiáng)筋和平板成型完整，且表面質(zhì)量較好，翹曲程度小。
3 結(jié)論
（1）GMT模壓成型中采用3層以上坯料重疊布料可獲得最佳的流動(dòng)性能；
（2)適宜的模壓工藝條件是烘箱溫度是235`C，模溫80～90℃，模腔壓力大于15MPa;
(3)對(duì)于有加強(qiáng)筋等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制品，坯料設(shè)計(jì)尤為重要，應(yīng)為加強(qiáng)筋提供流動(dòng)通道，以確保加強(qiáng)筋與主體相同的玻纖含量，獲得均一的力學(xué)性能。
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