摘 要

随着对材料的应用要求越来越高，需要找到一种具有高的力学性能的BMC体系，满足产品的性能要求。环氧树脂具有耐温、耐腐蚀性和绝缘性好，收缩性和吸水性低，力学强度高等诸多优点，将其制备成注射用团状模塑料，可以有效地解决现有的BMC中存在的性能缺点。本研究采用环氧树脂作为基体，采用合适的固化体系及原料配比，以制备出工艺性能满足注射成型要求、力学性能好的BMC料，并优化和调整其注射工艺参数。

本文选择常用的双酚A环氧树脂（产品型号CYD-128），超细双氰胺作为固化剂，1,1-二甲基-3-苯基脲为促进剂，并加入短切碳纤维为增强材料，碳酸钙为填料，硬脂酸锌为内脱模剂来制备环氧BMC注射料。通过比较注射制品的力学、吸水率、收缩率、固化度及含胶量、硬度等各项性能，确定了体系的最优配方和工艺参数，并对影响制品性能的各项因素进行了分析。

研究结果表明，固化剂体系中固化剂双氰胺与促进剂UR300的用量分别为树脂质量的6%：1.5%时，制品的性能和储存期达到了平衡，弯曲强度达到98.1MPa，储存期超过35天。并确定了注射成型参数为：注射温度130℃、注射压力20MPa、保温时间25min。

研究发现，填料和纤维的比例对环氧BMC的收缩率和吸水率有影响。只有当填料/纤维比为45/15时，力学性能最高；纤维、树脂、填料能够充分混合，界面能够良好结合，制品不易形成泡孔、裂纹、集束等缺陷。此时拉伸强度达到54.4MPa，弯曲强度达到94.8MPa；同时吸水率低于1%和收缩率低于0.2%。

关键词：环氧树脂；BMC；注射成型；短切碳纤维

Abstract

With the increasing application of the material requirements, we need to find a high mechanical properties of the BMC system to meet the performance requirements of the product.Epoxy resin has many advantages, such as, high temperature resistance, corrosion resistance and good insulation, low shrinkage and low water absorption, high mechanical strength. If we use it in polymer bulk molding, which is prepared by injection molding. Then we can effectively solve the existing problems in the performance of the BMC. In this study, using epoxy resin as matrix, using proper curing system and the ratio of raw materials, to prepare BMC which has process performance meeting the requirements of injection molding, good mechanical properties,and finally optimization and adjusting the process parameters of injection molding.

I choose the commonly used bisphenol A epoxy resin (product model CYD-128), ultrafine dicyandiamide as curing agent, 1,1-dimethyl - 3 - phenyl urea as accelerant and join short cut carbon fiber as reinforcing material, calcium carbonate as filler, zinc stearate as internal release agent to preparation epoxy BMC injection material. By comparing the mechanical properties, water absorption rate, shrinkage rate, curing degree and the properties of the injection products, the properties of the injection products, I determined the optimal formulation and process parameters of the system. I also analyzed the factors which affect the performance of products.

Research results show that when the amount of curing agent and accelerant respectively is 6%:1.5% of resin quality, product performance and storage period reached a balance, then flexural strength reached 98.1MPa and stored for more than 35 days. The injection molding parameters were determined as follows: injection temperature is 130℃, injection pressure is 20MPa, holding time is 25min.

It is found that the ratio of filler and fiber has influences on the shrinkage and water absorption of epoxy BMC. Mechanical properties are highest only when the filler / fiber ratio is 45/15. because fiber, resin, filler can be fully mixed, the interface can be a good combination, the product is not easy to form bubbles, cracks, cluster and other defects. Now the tensile strength reaches 54.4MPa, the bending strength reaches 94.8MPa, at the same time, the water absorption rate is lower than 1% and the shrinkage rate is lower than 0.2%.

Key Words：epoxy resin, BMC,injection molding,short cut carbon fiber

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪论 1

1.1 团状模塑料的简介 1

1.1.1 BMC的特点 1

1.1.2 BMC的应用 1

1.2 BMC注射成型工艺 2

1.2.1 BMC成型工艺的特点 2

1.2.2 BMC成型工艺工程 3

1.2.3 注射工艺参数 3

1.3 BMC的研究重点 4

1.3.1 BMC用不饱和聚酯树脂的改性 4

1.3.2 BMC用填料的研究 5

1.3.3BMC用短切纤维的研究 5

1.4 环氧树脂的介绍 5

1.4.1 环氧树脂的定义 5

1.4.2 BMC中应用的环氧树脂 6

1.5 本文的研究目的及内容 7

第2章 环氧BMC注射料的配方设计及工艺参数优化 8

2.1 实验原材料 8

2.2 实验仪器设备 8

2.3 BMC原材料的选择 8

2.3.1 基体的选择 8

2.3.2 填料的选择 9

2.3.3 增强材料的选择 9

2.4 性能测试方法 9

2.4.1 环氧/潜伏性固化剂体系的性能 9

2.4.2 BMC注射料的储存期 10

2.4.3 BMC注射料粘度测试 11

2.5 注射料的成型工艺参数 12

2.5.1 注射模具温度 12

2.5.2 注射成型压力 12

2.5.3 注射成型时间 13

2.6 小结 13

第3章 环氧BMC注射成型性能制品研究 14

3.1 BMC注射料的原料配比 14

3.2 制品性能测试 14

3.2.1 收缩性测试 14

3.2.2 填料纤维比对BMC注射料力学性能的影响 15

3.2.3 填料纤维比对BMC注射料吸水性能的影响 17

3.3 不同配比的BMC注射制品的断面形貌分析 17

3.4 小结 18

第4章 结论 19

参考文献 20

致谢 21

第1章 绪论

1.1 团状模塑料的简介

传统BMC材料的原料主要由不饱和树脂（UP）、短切玻璃纤维（GF）、填料（MD）、颜料、低收缩剂、增稠剂等其他低添加量助剂经充分混合而成，是一种整体呈“灰油状”的预混料^[1]。BMC制造工艺始于上世纪50年代，1960年德国拜耳公司（Farben Fabriken Bayerco）首次采用了聚酯模塑料进行生产，随后逐渐推广到欧洲、美国、日本等，并形成大规模机械化生产，推动了工业材料的技术进步。1989年，美国的BMC产值超4亿美元，已经可以和热塑性等多种工程塑料制品在很多领域进行激烈竞争。随着科技发展，社会需求日益剧增，尽管在我国BMC的开发应用起步较晚，但BMC材料已越来越受到高度重视与应用，特别是近几年我国材料方面的发展非常迅速，取得了巨大成果，随着纤维复合材料行业“十三五”发展规划的实施，BMC产业还将有更广阔的发展前景。

1.1.1 BMC的特点

BMC材料的可设计性强，可以根据最终应用领域的不同，修改配方中基体树脂、增强材料、填料等原料的用量及种类，以制备出具有不同使用性能的制品，此外材料还具有以下几个较突出的优点：

（1）机械强度高，比刚度和比强度尤其突出；