玻璃纖維增強聚丙烯（PP/GMT）片材可通過壓縮模塑（CompressionMolding）制造較大、較輕和形狀復雜的部件，且尺寸穩定性好。因為GMT成型制品僅需要物理加工，所以生產周期短、生產效率高和SMC相比生產成本低。另外，GMT材料還是一種新型的環保材料，物美價廉并可回收利用，在國外轎車中已大量采用，我國尚處于初步應用開發階段。GMT模壓一般都是薄壁件，厚度方向尺寸遠小于其它兩個方向。針對某些國產越野車擋泥板的試制，在有效減少設備的投入下，對GMT成型擋泥板產品的工藝制度進行了研究，生產出了合格的制品。
    1GMT制品壓縮模塑成型過程
    PP/GMT制品壓縮模塑過程如下：先，玻璃纖維氈增強聚丙烯片材被預熱到一定的溫度，然后轉移到溫度較低的模具中。幾秒鐘后，合模。后，保壓冷卻到設計的溫度，打開模具取出產品。由于合模速度較高，也稱為沖壓成型，過程如圖1所示。壓縮模塑過程包括坯料的設計、材料預熱、合模和冷卻4個主要步驟，以及坯料加熱爐、金屬壓縮模具、模具溫度控制系統和液壓機4件主要設備。
    圖1壓縮模塑過程

    2擋泥板工藝制度的確定
    該擋泥板選用GMT片材模壓成型，由3個相互垂直面組成，制品外形如圖2所示。產品的厚度僅為3mm，但是長度達到了約600mm，在模具中的垂直高度差將近200mm，特別是其中一個吊耳寬僅25mm，但是長度卻有160mm，形狀較復雜。所用GMT片材采用美國Azdel公司干法成型片材，基本性能見表1。
    圖2汽車擋泥板

   表1 GMT干法片材的典型性能

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    2.1擋泥板模具的設計
    在前面研究的基礎上，針對產品3個面相互垂直的特點，為了使壓力有效的平分在各個面上，模具設計如圖3所示。對于薄壁、平面尺寸大的產品，為了保證質量，模具表面的溫度必須恒定一致，因而模具加熱方式的設計很重要。加熱模具好用熱油，但是本產品大尺寸為600mm，布置加熱槽是不現實的，而電加熱比較方便。本模具采用電熱棒加熱，為了保證溫度的均勻，采用4點控溫，上下模具的前后面分別控溫。另外，每個模具前后面等距離各設了4個測溫孔，檢測溫度的均勻性。當溫度定為60℃和100℃，溫度穩定后，用溫度計測量各點溫度，見表2所示。

    圖3擋泥板模具
    由表2可以看出，模具溫度均勻，整體溫度相差不超過±3℃，滿足溫度恒定的要求。但是在測量中發現，控溫表頭溫度到了100℃，但是模具兩頭孔的溫度達到了120℃，要較長時間才會穩定到100℃附近?？梢姡姛崞骷訜徇_到溫度平衡的時間較長。

    表2模具溫度分布情況
    2.2充填型腔的坯料量及坯料的設計
    由于GMT片材在充模流動中存在玻璃纖維的取向，纖維處于收縮和剪切流動區時，其取向和流動方向相同，纖維處于擴張流動區則垂直于流動方向。纖維取向將直接影響制品的性能，因此坯料的設計是很重要的。片材的切割由制品的幾何形狀及廠家片材的尺寸決定，同時也要考慮制品的性能和成型加工的效率。坯料的設計也會影響到表面質量，因為采用的是壓縮模塑，當坯料接觸到相對冷卻的模具而快速冷卻時，在制品表面上有印記。一般可通過改變坯料的尺寸來使得印記到一可被接受的位置。因此，要獲得正確的坯料設計需考慮的因素有：①制品性能與表面質量；②廠家片材尺寸等因素。另外，坯料量也是很重要的。
    本產品使用的片材是美國Azdel公司GMT片材，尺寸大小為750mm(L)×320mm(b)×3mm(h)，而產品平鋪的面積為800mm×260mm。經過合理的設計，裁剪成兩塊進行搭接布料，采用包覆布料，一張片材成型一個產品。成型后產品的質量約為600g，結合溢料的情況布料質量定為650g。
    2.3坯料預熱到加工溫度所需的時間
    熱塑性片材通常用熱空氣對流或紅外輻射爐加熱。成型前必須將材料熔融。高聚物PP熱導率低，傳熱慢，而且會發生熱降解或熱分解，要限制加熱溫度和加熱時間。尋求更高的熔融速率和均化的熔融質量，是材料預熱方式的目標。對于PP/GMT材料的預熱常采用紅外線輻射加熱。朱永全等較為系統地研究了熱塑性復合材料GMT片材的預熱過程，對熱板接觸、熱空氣對流及紅外線輻射加熱過程進行了對比實驗研究。研究表明：熱空氣對流預熱的升溫速率雖較慢，但是片材內部溫度梯度很小，可加工區間較寬，便于控制。本產品研究試制過程中，采用重慶永恒實驗儀器廠CS101-3EB烘箱熱空氣預熱片材。
    在加熱過程中，樹脂達到熔融狀態，坯料開始膨脹，直至達到未經壓實的玻璃纖維氈的厚度，也即為冷坯料厚度的2～3倍。坯料的加熱切忌超過230℃，否則聚丙烯要降解，坯料會發出過量的煙，模制品表面出現白堊色，其強度和耐熱性均降低。
    下面是熱空氣預熱加工時間的計算公式：
    t=70.9521+0.2318δ-0.2810T(1)
    式中：t－適宜預熱時間/min；δ－片材厚度/mm；T－熱空氣溫度/℃。
    適用范圍：片材厚度3～5mm；熱空氣溫度200～230℃；大偏差：0.25min。
    片材厚度為3mm，預熱溫度為220℃，由公式(1)計算得預熱時間為9.8275min。在實際中，由于放料時烘箱溫度下降的影響，經過摸索預熱時間定為10min滿足要求。
    2.4液壓成型機上模板所施加壓力的預測
    為了提高生產效率，保證制品質量，應盡量提高合模壓力和速度，作用是克服模壓料的內摩擦及物料與模腔的外摩擦，使物料充滿模腔。成型壓力取決于兩個因素：①模壓料的種類及質量指標；②制品結構形狀尺寸。前者是顯而易見的。而后者，由于制品形狀的差異其成型壓力可以相差數倍。
    本工藝中采用的壓機為徐州壓力機械股份有限公司YX32-2000液壓機。合模力計算公式如下：
    P=K(F1+1/3F2)/S(2)
    式中：P－成型壓力/MPa；S－壓機活塞截面積，為500cm2；F1－模具平面部分面積/cm2；F2－模具側面面積/cm2；K－實驗常數，一般為10～20MPa。
    對產品的面積進行換算，F1≈900cm2，F2≈240cm2。本產品由于布料面積為90%，擋泥板各個面平整，K取5～10即可。
    按公式(2)計算，P在10～20MPa之間，實際生產中取15MPa滿足要求。
    2.5模具溫度及佳冷卻方式的確定
    當加熱的坯料在模具中因積壓流動和填滿各個角落后，必須盡快移出熱量。當制品的溫度下降到足以保證預期的形態時，制品被從模具中推出。為了提高流體的流動性和較高的冷卻固化速度，GMT材料有一個佳的模具溫度。如果模具溫度過高，就會造成溢料量大、脫模困難，特別是在模具單邊溫度過高的情況下，還會發生咬?，F象；模具溫度如過低，也會造成塑件缺料、縮陷和冷斑等不良現象。要達到有效的模具冷卻，主要是降低模具中熱量流動的內部阻力，即提高熱傳導效率。這種內部阻力取決于冷卻孔道距塑件表面的距離，冷卻孔道的中心距和制模材料的導熱性能。為使熱量能高速移出，循環介質在模具中的流動應屬于湍流狀，這種條件由進水道尺寸和水流速度來控制。
    考慮到片材從烘箱轉移到模具中表面溫度的降低，模具溫度定在120℃。對于壁薄、厚度均勻的產品，冷卻是相當快的。因而，在本產品生產中不設冷卻裝置。實踐證明：模具的溫度定在120℃時保壓1min，開模起出制品，表面光潔度很好，力學性能也達到要求。
    3結論
    通過研究，確定了GMT擋泥板的主要工藝制度如下：①片材在220℃空氣氣氛中預熱10min，所用設備為烘箱；②成型壓力15MPa，保壓1min開模；③模具溫度設置為120℃。在此工藝制度下，完成了對擋泥板產品的試制，制品合格率95%以上。