澆注工藝-濟(jì)南大學(xué)課件

1、第十章第十章 澆鑄澆鑄10.1概述n澆鑄：鑄塑，借用金屬鑄造方法，將已準(zhǔn)備好的澆鑄原料()注入一定的模具中使其固化(完成聚合或縮聚反應(yīng))，得到與模具型腔相似的制品。指靜態(tài)澆鑄。n原料：通常是單體、經(jīng)初步聚合或縮聚的漿狀物、聚合物與單體的溶液等n其他鑄塑方法：嵌鑄、離心澆鑄、流延鑄塑、搪塑、滾塑等n工藝特點(diǎn)：n模具和設(shè)備的強(qiáng)度要求較低，投資因之較小。n對(duì)產(chǎn)品的尺寸限制較小，故宜于生產(chǎn)大型制品。n產(chǎn)品的內(nèi)應(yīng)力低。n缺點(diǎn)：成型周期長(zhǎng)，制品的尺寸準(zhǔn)確性較差 10.2 靜態(tài)澆鑄 n 它是澆鑄成型中較為簡(jiǎn)便和使用得較為廣泛的一種方法。n適用塑料品種：聚酰胺、環(huán)氧樹(shù)脂、聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛、不飽和聚酯等。

2、 10.2.1 原材料 n 能夠用于靜態(tài)澆鑄的塑料品種較多，但一般須滿足下列要求：n 流動(dòng)性好n 熔點(diǎn)低 n 固化時(shí)沒(méi)有低沸點(diǎn)物或氣體等副產(chǎn)物生成，制品不易產(chǎn)生氣泡 n 結(jié)晶均勻，收縮較小，無(wú)內(nèi)應(yīng)力 1聚己內(nèi)酰胺 n原料：己內(nèi)酰胺白色片狀晶體，熔點(diǎn)692，沸點(diǎn)2669，n聚合：成型與聚合同時(shí)。聚合時(shí)放熱為280卡克。n助劑：鑄塑時(shí)，己內(nèi)酰胺單體內(nèi)應(yīng)加入堿金屬鈉等催化劑和助催化劑以使它進(jìn)行聚合反應(yīng)而成為聚己內(nèi)酰胺n工業(yè)使用： MC 尼龍 2 環(huán)氧樹(shù)脂n雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂為主n改性，這類環(huán)氧樹(shù)脂，沖擊韌性較差、耐熱性低，可以用高聚物(如聚硫橡膠，聚酰胺等)進(jìn)行改性n某些國(guó)產(chǎn)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的牌號(hào)和指

3、標(biāo)列于表72 。環(huán)氧樹(shù)脂牌號(hào)和指標(biāo)：n固化劑：環(huán)氧樹(shù)脂的固化劑常用的有兩類： (1)胺類固化劑。 (2)酸酐類固化劑 。n增塑劑：固化后的環(huán)氧樹(shù)脂，由于其交聯(lián)鍵并不十分稠密，故可加入少量增塑劑以使制品沖擊韌性有所提高，同時(shí)也可降低配料時(shí)樹(shù)脂的粘度，有利于填料的浸潤(rùn)等n稀釋劑：為了降低樹(shù)脂粘度以便澆鑄，常在原料中加入稀釋劑。 稀釋劑分兩種n活性稀釋劑：含有環(huán)氧基或其它活性基團(tuán)的物質(zhì)，在固化時(shí)也參與化學(xué)反應(yīng)而成為制品中網(wǎng)狀高聚物的組成部分； n惰性稀釋劑，就是環(huán)氧樹(shù)脂的一般溶劑，如甲苯丙酮等。采用惰性稀酬時(shí)，在固化過(guò)程中要逸出，會(huì)增加產(chǎn)品的收縮率，降低粘合力甚至?xí)档蜔嶙冃螠囟?、沖擊強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度

4、等，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生氣泡，因而在配制時(shí)應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真的考慮。稀釋劑用雖一般為環(huán)氧樹(shù)脂的520 胺類固化劑：續(xù)表：酸酐固化劑：環(huán)氧樹(shù)脂活性稀釋劑：3聚甲基丙烯酸甲酯n由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的。n使用原料：鑄塑中一般均用單體與聚合體組成的漿狀物為原料進(jìn)行澆鑄，而不使用純單體這樣作的結(jié)果不僅使生產(chǎn)過(guò)程控制較容易，避免爆發(fā)性聚合的發(fā)生，同時(shí)也可減少原料在模具中的漏損并使生產(chǎn)周期縮短。 10.2.2 模具 n制模材料：鑄鐵、銅、鋁合金、型砂、硅橡膠、塑料玻璃以至水泥、石膏等，選用時(shí)需視塑料品種，制品要求及所需數(shù)量而定。n結(jié)構(gòu)類別：敞開(kāi)式澆鑄、水平澆鑄(正澆鑄)，側(cè)立式澆鑄、傾斜式澆鑄等。n選擇因素主要是：利于

5、料流的充滿、氣泡的排出、使氣泡移至非工作部位去。n 敞開(kāi)式澆鑄，如圖所示，裝置較簡(jiǎn)單，一般只有陰膜，易于排氣，因而所得制品內(nèi)部的缺陷較少，通常用于制造外形較簡(jiǎn)單的制品n水平澆鑄(正澆鑄) ，如圖72所示。它是將所生產(chǎn)制品的基體(制品中作為支承塑料部分用的)事先安裝固定于陰模之上：然后用密封板密封，再向基體上的澆口鑄入環(huán)氧塑料并藉基體上的排氣口排氣。n 側(cè)立式澆鑄，如圖所示。n真空澆鑄法， 如圖所示。n平板模澆鑄。 使用兩塊玻璃板平放四周封閉即可10.2.3 澆鑄工藝 n工藝過(guò)程有模具的準(zhǔn)備、原料的配制和澆鑄1模具的準(zhǔn)備 包括模具的清潔、涂脫模劑（視具體品種而有所取舍）、固化等幾個(gè)步驟、嵌件準(zhǔn)備

6、與安放以及預(yù)熱等過(guò)程。2澆鑄原料的配制 ，隨所使用的原料的不同，其配制過(guò)程亦異，現(xiàn)分別舉例如下：(1)己內(nèi)酰胺 己內(nèi)酰胺在澆鑄時(shí)的聚合過(guò)程是屬于陰離子型的催化聚合反應(yīng)。 n己內(nèi)酰胺單體平衡量與溫度的關(guān)系。低溫聚合反應(yīng)，有利結(jié)晶，單體含量低。n關(guān)于己內(nèi)酰胺在減壓后的沸點(diǎn)可參見(jiàn)圖 ，抽真空脫水條件下，要控制溫度，避免己內(nèi)酰胺揮發(fā)。單體澆鑄的特點(diǎn)：n預(yù)熱至l 40150的己內(nèi)酰胺活性料，在加入絕熱的容器中進(jìn)行聚合達(dá)到最高的轉(zhuǎn)化率時(shí)，仍能夠使反應(yīng)體系的溫度控制在200一210。n聚合物能夠很好地充滿內(nèi)腔，成為聚合容器的形狀，而且制品的內(nèi)應(yīng)力是很小的n 活性己內(nèi)酰胺原料的制備過(guò)程，視其產(chǎn)量大小而在流程及

7、設(shè)備上有不同選擇。 (2) 環(huán)氧樹(shù)脂 n配方的選定 ： 按照制品性能的要求和鑄塑成型工藝條件，選擇恰當(dāng)?shù)乃芰吓浞绞侵匾?。n 環(huán)氧樹(shù)脂材料的配制： 使各組分完全均勻混合；設(shè)法消除帶入的空氣和揮發(fā)物：控制好硬化劑的加入溫度。n加入硬化劑時(shí)所允許的溫度應(yīng)視其活性而定。n 物料中含有的揮發(fā)物質(zhì)及吸附、溶解或混合加料過(guò)程等卷入的空氣是鑄塑制品產(chǎn)生氣泡和針孔的重要原因。 (3)甲基丙烯酸甲酯 單體聚合體漿狀物的配制，常用的有兩種方法。 在不銹鋼或搪瓷混合器中，往單體中加入少量增塑劑 、引發(fā)劑和潤(rùn)滑劑，在升溫(80110)和攪拌的情況下進(jìn)行部分聚合，當(dāng)反應(yīng)液的粘度達(dá)到需要值 ，用急冷使其溫度降至30左右。

8、所得漿狀物經(jīng)真空脫泡后即可用于澆鑄。 聚合體單體使其成為均勻的溶液，經(jīng)過(guò)脫泡(必要時(shí)還須經(jīng)過(guò)濾)后。即可作為澆鑄用。 3澆鑄及固化n隨原料品種不同其過(guò)程也略有差別。 (1)己內(nèi)酰胺 將已制備好的活性原料灌注入已涂好脫模劑(如硅油)并預(yù)熱的模具中，在160左右保溫約半小時(shí)，即可逐步冷卻取出制品。 (2)環(huán)氧樹(shù)脂 將己加入固化劑并混合均勻的原料進(jìn)入已涂好脫模劑的模具中。其固化工藝條件，視所用固化劑的不同而異。 (3)甲基丙烯酸甲酯 澆鑄時(shí)將配制好的漿狀物用漏斗灌入模具中并應(yīng)盡量避免帶入氣泡，灌滿后即將模具封閉。n有機(jī)玻璃板材生產(chǎn)中容易出現(xiàn)的缺陷。產(chǎn)生原因及克服方法簡(jiǎn)單討論如下： 厚度不均一般允許公

9、差應(yīng)為36，為控制品厚度均勻，應(yīng)控制模具內(nèi)腔在受熱、受壓下發(fā)生的變形不應(yīng)過(guò)大。 制品出現(xiàn)氣泡、皺紋、凹陷等。主要由于局部聚合過(guò)快，放熱很大，單體中的溶解氣體及水分揮發(fā)而出現(xiàn)氣泡及因不均勻收縮而出現(xiàn)皺紋與凹陷。 表面產(chǎn)生裂級(jí)主要是制品內(nèi)應(yīng)力過(guò)大所造成 耐熱性能，有機(jī)玻璃的耐熱性較差，是其主要缺點(diǎn)。鑄塑時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)低溫聚合時(shí)間和提高最終聚合的溫度以提高聚合體的平均分子量將有助于提高其耐熱性 10.3 嵌 鑄n 嵌鑄又稱封入成型，它是將各種非塑料物件包封在塑料中的一種成型方法。n 嵌鑄的工藝過(guò)程首先是要將嵌件進(jìn)行適當(dāng)處理，然后按照要求的位置使其固定于模其內(nèi)，最后是塑料澆鑄和固化。 10.3.1 嵌鑄工

10、藝所用的塑料 n嵌鑄工藝目前使用的塑料品種有聚甲醛，不飽和聚醋，有機(jī)玻璃及環(huán)氧塑料等。 10.3.2 嵌鑄用的模具 n嵌鑄用的模具要求都較低，因?yàn)橐话阒破吠庑味驾^簡(jiǎn)單(大多呈立方體或其它簡(jiǎn)單幾何形狀的立體，在嵌鑄小件樣品時(shí)，也有將某些部分作成凸鏡形的使有放大作用)，制品脫模后一般還需要進(jìn)行機(jī)械加工(如去掉頂部因澆鑄后收縮成的不平整部分等)及拋光等。 n模具材料可用玻璃、塑料(如玻璃增強(qiáng)塑料)、鋁、石膏、木材等，也可用鐵質(zhì)模具但表面應(yīng)鍍鉻 10.3.3 嵌鑄工藝過(guò)程 n嵌鑄工藝可以簡(jiǎn)單地分為下列三個(gè)過(guò)程。 1嵌件的預(yù)處理 隨處理目的不同，大體可以分以下幾種： (1)干燥 (2)嵌件表面潤(rùn)濕 (3

11、)表面涂層 (4)表面糙化 2嵌件的固定 嵌件能固定在制品中部或其他規(guī)定購(gòu)位置。3澆鑄工藝 常采用靜態(tài)鑄塑中所介紹的在高壓釜內(nèi)于惰性氣體下進(jìn)行聚合的方法。 10.4 10.4 離心澆鑄離心澆鑄 n 離心澆鑄是將液狀塑料澆入旋轉(zhuǎn)的模具中，在離心力的作用下使其充滿回轉(zhuǎn)體形的模具，再使其固化定型而得到制品的一種方法。因而它所生產(chǎn)的制品多為圓柱形或近似圓徑形的，如軸套、齒輪滑輪、轉(zhuǎn)子、墊圈等。 n根據(jù)制品的形狀和尺寸可以來(lái)用水平式(臥式)或立式的離心鑄塑設(shè)備。 n離心鑄塑比之靜態(tài)鑄塑的優(yōu)點(diǎn)是： 1宜于生產(chǎn)薄壁或厚壁的大型制品型的薄壁制品，而用靜態(tài)鑄塑法則難以生產(chǎn) 。2制品無(wú)內(nèi)應(yīng)力或內(nèi)應(yīng)力很低，外表面光

12、滑，內(nèi)部不致產(chǎn)生縮3制品較靜態(tài)鑄塑的精度高，因而機(jī)械加工量減少。4制品的機(jī)械強(qiáng)度(如抗彎強(qiáng)度、硬度等)較靜態(tài)鑄塑者大。其缺點(diǎn)是較靜態(tài)鑄塑者復(fù)雜。 n離心鑄塑所用的模具通用一般碳鋼制成，因受力不大，故模具的壁厚可較小，這樣也有利于減少旋轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)能的消耗。n 生產(chǎn)中通常是將模具固定于離心鑄塑設(shè)備的殼體內(nèi)，靠電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速裝置帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。 10.4.1 立式離心鑄塑 n離心澆鑄壓緊脫模n立式離心鑄塑的示意圖。n緊壓機(jī)示意圖 10.4.2 水平式離心鑄塑 n 圖79為一種水平式離心鑄塑設(shè)備的示意圖。 10.5 流延鑄塑 n其生產(chǎn)過(guò)程是將熱塑性或熱固性塑料配成一定粘度的溶液，然后以一定的速度流布在連續(xù)回轉(zhuǎn)的

13、基材(一般為不銹鋼帶)上，通過(guò)加熱以脫掉溶劑并進(jìn)而使塑料固化。n現(xiàn)以產(chǎn)量最大的三醋酸纖維素薄膜的生產(chǎn)工藝來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，其流程如圖711所示 n流程圖：10.5.1 溶液的配制 n溶液各組分是在混合器中配制的，配好后經(jīng)過(guò)過(guò)濾(用壓濾機(jī))井在恒溫下(如30)靜置8小時(shí)以脫去氣泡，即可用作鑄塑。 10.5.2 鑄塑n當(dāng)前所用設(shè)備主要是帶（不銹鋼）式流延機(jī)，也有采用大型鍍銀金屬回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鼓的。見(jiàn)圖10.5.3 干燥n從流延機(jī)不銹鋼帶上剝下的簿膜通常還含有1520的溶劑，需再進(jìn)行干燥。 n方法：烘干和熨燙10.6 搪 塑 n搪塑：涂凝模塑或涂凝成型它是用糊塑料制造空心軟制品(如玩具)的一種重要方法。n糊塑料（

14、塑性溶膠）熱模膠凝倒出非凝料加熱模具冷卻脫制品n搪塑的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備費(fèi)用低，生產(chǎn)速度高，工藝控制也較簡(jiǎn)單，但制品的厚度、重量等指標(biāo)準(zhǔn)確性較差。 10.6.1 糊塑料在熱處理中的物理作用 n糊塑料懸浮體 制品 樹(shù)脂在加熱下繼續(xù)溶解成為溶液的過(guò)程。這一過(guò)程常稱作熱處理，一般又將其分作“膠凝”和“熔化”前后兩個(gè)過(guò)程。n熱處理，糊塑料的熱處理過(guò)程都是在烘房中進(jìn)行的。n處理時(shí)間，取決于制品的厚度和糊塑料性質(zhì)，它的終點(diǎn)應(yīng)以糊塑料各點(diǎn)都已達(dá)到最終熔化溫度為標(biāo)志。 10.6.2 搪塑工藝n 搪塑法的一般生產(chǎn)操作是將配制好并經(jīng)脫泡后的糊塑料先注入已加熱(約230左右)的模具(陰模)中。n要求：粘度適中(常在10PaS以下)，灌入模具后使整個(gè)型腔表面都能充分潤(rùn)濕并使制品表面上微細(xì)的凹凸或花紋均能顯現(xiàn)清晰 。n模具，大多是整塊陰模并在一端開(kāi)口，通常都由電鍍法制成。 10.6.3 蘸浸成型 n 蘸浸成型（蘸浸模塑） ，成型時(shí)將陽(yáng)模浸入裝有糊塑料的容器中，然后將模具慢慢提出，即可使其表面蘸上一層糊塑料，通過(guò)熱處理與冷卻后即可從陽(yáng)模上剝下中空型的制品。參見(jiàn)圖1012。 10.7 滾 塑