第四章壓縮模塑

第四章壓縮模塑4.1概述

壓制成型，是塑料成型加工技術中歷史最久，也是最重要的方法之一，主要用于熱固性塑料的成型。根據(jù)材料的性狀和成型加工工藝的特征，又可分為模壓成型和層壓成型。模壓成型又稱壓縮模塑，這種方法是將粉狀、粒狀、碎屑狀或纖維狀的塑料放入加熱的陰模模槽中，合上陽模后加熱使其熔化，并在壓力作用下使物料充滿模腔，形成與模腔形狀一樣的模制品，再經(jīng)加熱（使其進一步發(fā)生交聯(lián)反應而固化）或冷卻（對熱塑性塑料應冷卻使其硬化），脫模后即得制品。模壓成型主要用于熱固性塑料制品的生產。對于熱塑性塑料由于模壓成型的周期長，生產率較低（模具交替加熱和冷卻，生產周期長），同時易損壞模具，故生產中很少采用。用模壓法加工的塑料主要有：酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧樹脂、有機硅、硬聚氯乙烯、聚三氟氯乙烯、氯乙烯與醋酸乙烯共聚物、聚酰亞胺等。模壓成型特點：模壓成型與注射成型相比，生產過程控制、使用的設備和模具較簡單，較易成型大型制品。缺點是生產周期長，效率低，尺寸準確性低。用途：用于機械零部件、電器絕緣件、交通運輸、

日常生活用品的成型。工藝過程：原料的準備模壓預壓（熱固性塑料）預熱（熱固性和熱塑性塑料）4.2預壓一、概述將松散的粉狀或纖維狀的熱固性塑料預先用冷壓法（模具不加熱）壓成質量一定，形樣規(guī)整的密實體的作業(yè)，稱為預壓。所壓的物體稱為預壓物、壓片、錠料或形坯。預壓物的形狀有圓片、圓角或腰鼓形的、長條、扁球、與制品形狀相仿、空心體和雙合體等。各有優(yōu)缺點。二、預壓的優(yōu)點1.加料快，準確而簡單，以避免加料過多或不足時造成廢品；

降低塑料的壓縮率，減小模具的裝料室、簡化模具的結構；3.避免壓縮粉的飛揚、改善勞動條件；4.預壓物中空氣含量少，傳熱加快，縮短了預熱和固化時間，并能避免制品出現(xiàn)較多的氣泡，有利于提高制品的質量；5.便于運轉；6.改進預熱規(guī)程；7.便于模壓較大或帶有精細嵌件的制品。三、局限性1.如果生產效率低，則運營成本高；2.不適于松散度大的長纖維塑料；3.不適于結構復雜、混色斑紋制品。4.2.1壓縮粉的性能對預壓的影響一、水分水分含量少，不利于預壓；水分含量過大，則不利于模壓，導致性能劣化。二、顆粒均勻度大小相間適宜。如大顆粒多，則預壓物含孔隙多，強度低；細小顆粒多，則加料裝置易阻塞，易封入空氣，易在陰陽模中造成銷塞。三、傾倒性以120g壓縮粉通過標準漏斗（圓錐角60o，管徑為10mm）的時間來表示。傾倒性為25～30s最好。四、壓縮率3.0左右五、潤滑劑利于脫模，外形完美，但含量多，對制品的力學強度不利。六、溫度、壓力對不易在室溫下預壓的，溫度可提高到50～90℃，壓力控制在預壓物密度在制品最大密度的80％，一般為40～200MPa，視壓縮粉性質和預壓物的形狀和尺寸而定。4.2.2預壓的設備和操作一、壓模壓模共分上陽模、下陽模和陰模三部分。二、預壓機偏心式壓機旋轉式壓機液壓式壓機噸位（KN）100～60025～35生產效率高每分鐘壓次（次/min）8～80250～1200計量準確操作方便每次預壓物個數(shù)（個/次）1～6適用制品形狀尺寸較大較小預壓物松散性大塑料4.3預熱為提高制品質量和便于模壓進行，須預熱。作用干燥提供熱料一、熱固性塑料預熱的優(yōu)點1.縮短閉模時間，加快固化速率，縮短模塑周期2.增進制品固化的均勻性，提高制品物理力學性能3.提高塑料的流動性，降低塑模損耗和廢品率，減小制品的收縮率和內應力，提高制品因次穩(wěn)定性和表面光潔度。4.降低模壓壓力二、預熱規(guī)程的確定在既定的預熱溫度下，找出預熱時間與流動性的關系曲線，根據(jù)曲線定出預熱規(guī)程。如圖4-2，在規(guī)定溫度180±10℃下，最大流動性的時間為5～7min，因此可將預熱規(guī)程定為此溫度和時間。三、預熱方法1.熱板加熱2.烘箱加熱3.紅外線加熱連續(xù)式、間歇式使用方便、設備簡單、成本低、溫度控制靈活；缺點：受熱不均，易于燒傷表面。發(fā)展遠紅外加熱4.高頻電熱加熱極性分子塑料高頻電場作用，分子取向改變，由內摩擦而生熱塑料各部分溫度同時上升。4.4壓縮模塑用的設備一、壓機作用：通過塑模對塑料施加壓力，開閉模具和頂出制品。工作參數(shù)：公稱重量、壓板尺寸、工作行程、柱塞直徑。決定壓機能模壓制品的面積、厚度以及最大模壓壓力。1.上動式液壓機壓機的主壓筒處于壓機的上部，其中的主壓柱塞是與上壓板直接或間接相連的。下壓板是固定不動的。模具的陰陽模分別與上下壓板固定，依靠上壓板的升降即能完成模具的開閉和對塑料施加壓力等基本操作。2.下動式液壓機壓機的主壓筒設在壓機的下部，其裝置恰好與上動式壓機相反。制品在這種壓機上的脫模一般都靠安裝在活動板上的機械裝置來完成。二、塑模1.溢式塑模主要結構：包括陰陽模兩部分。特點：制造成本低廉；操作簡單；宜于模壓扁平或近于碟狀的制品。對所壓塑料的形狀無嚴格要求，只要壓縮率較小即可。用過量料，陰陽模閉合時，從溢料縫溢出，成為毛邊。2.不溢式塑模特點：不讓塑料從型腔中外溢和所加壓力完全座落在塑料上。適于：流動性差、壓縮率大、牽引度較長的制品。制品質量均勻密實，無顯著溢料。缺點：不利于排氣，需延長固化時間。3.半溢式塑模（1）無支承面與不溢式塑模相似，陰模略向外傾斜，形成溢料槽。加料方便，制品尺寸準確，質量均勻密實。（2）有支承面除設裝料室外，與溢式模相似。特點：可以采用壓縮率較大的塑料；可模壓帶小嵌件的制品。缺點：不宜模壓抗沖擊性較大的塑料，易積留在支承面上，形成較厚毛邊。4.5模壓過程和操作方法模壓工序：加料、閉模、排氣、固化、脫模、模具清理。有嵌件的需在加料前安放。一、嵌件的安放作為制品中導電部分或使制品與其它物體結合用的，如：軸套、軸帽、螺釘和接線柱等。埋入部分的外形采用滾花、鉆孔、棱角、型槽。用手或專門工具安放。要求安放正確、平穩(wěn)，可用浸膠布或墊圈。二、加料型腔數(shù)小于6個，預壓物可以用手加，粉料或粒料可用勺加；型腔數(shù)大于6個，需用加料設備。加入模具中的塑料按其在型腔中的流動情況和各部位需用量的大致情況合理堆放。采用粉料或粒料時，宜堆成中間稍高的形式，便于空氣排放。加料量影響制品的密度和尺寸。加料量多，制品毛邊厚，尺寸準確性差，難以脫模，可能損壞模具。加料量少，制品不緊密，光澤差，缺料產生廢品。加料的定量方法：重量法：準確，但麻煩；容量法：操作方便，但準確性差；計數(shù)法：只用于預壓物。三、閉模加料完成后，即使陽模和陰模相閉合。合模時先用快速，待陰、陽模快接觸時改為慢速。先快后慢的操作法有利于縮短非生產時間，防止模具擦傷，避免模槽中原料因合模過快而被空氣帶出，甚至使嵌件移位，成型桿或模腔遭到破壞待模具閉合即可增大壓力（對原料加熱、加壓）四、排氣排出水分和低分子揮發(fā)物及模內空氣等。在塑模的模腔內塑料反應進行適當時間后，可卸壓松模排氣很短時間。排氣操作能：縮短固化時間；提高制品的物理機械性能；避免制品內部出現(xiàn)分層和氣泡。但排氣過早達不到排氣目的；排氣過遲則因物料表面已固化氣體排不出。五、固化熱固性塑料的固化是在模壓溫度下保持一段時間，使樹脂的縮聚反應達到要求的交聯(lián)程度，使制品具有所要求的物理機械性能為準。固化速率不高的塑料也可在制品能夠完整地脫模時固化就暫告結束，然后再用后處理來完成全部固化過程，以提高設備利用率。模內固化時間通常為保溫保壓時間，一般30s至數(shù)分鐘不等，多數(shù)不超過30min。固化時間決定于塑料的種類、制品的厚度、預熱情況、模壓溫度和模壓壓力等。過長或過短的固化時間，對制品性能都有影響。六、脫模脫模通常是靠頂出桿來完成的。帶有成型桿或某些嵌件的制品，應先用專門工具將成型桿擰脫，而后進行脫模。七、塑模的清理脫模后，通常用壓縮空氣吹洗模腔和模具的模面。如果模具上的固著物較緊，還可用銅刀或銅刷清理，甚至用拋光劑試刷等。八、后處理為進一步提高制品的質量，熱固性塑料制品脫模后，也常在較高溫度下進行后處理。后處理能使塑料：固化更趨完全，同時減少或消除制品的內應力，減少制品中的水分及揮發(fā)物等，有利于提高制品的電性能及強度。在一定環(huán)境或條件下進行，所不同的僅是處理溫度不同而已。一般處理溫度約比成型溫度高10~50℃。4.6模壓成型的控制因素熱固性樹脂在成型加工過程中，不僅有物理變化，而且還進行著復雜的化學交聯(lián)反應。一、模壓壓力1.模壓壓力：是指模壓時迫使塑料充滿型腔和進行固化而由壓機對塑料所加的壓力。不考慮壓機的摩擦損失：Pm:模壓壓力；G：壓機的公稱重力；A：陽模與塑料接觸部分的投影面積。考慮壓機的摩擦損失：PL:壓機實際使用的液壓壓力；R：主壓柱塞的半徑；2.模壓壓力對塑料性能的影響（1）塑料在塑模中加速流動；（2）增加塑料的密實度；（3）克服樹脂在縮聚反應中放出的低分子物及塑料中其他揮發(fā)分所產生的壓力，避免出現(xiàn)腫脹、脫層等缺陷；（4）使模具緊密閉合，從而使制品具有固定的尺寸、形狀和最小毛邊；（5）防止制品在冷卻時發(fā)生形變。塑料在整個模塑周期內所受壓力與塑模類型有關，并不一定都等于Pm。3.影響模壓壓力的因素（1）壓縮率高的塑料，通常比壓縮率低的塑料需要更大的模壓壓力；（2）預熱的塑料所需的模壓壓力均比不預熱的?。唬?）在一定范圍內，提高模具溫度有利于模壓壓力降低；（4）其他條件不變，制品深度越大，所需的模壓壓力也應越大；（5）制品的密度隨模壓壓力的增加而增加，但是有限。二、模壓溫度模壓溫度：指模壓時所規(guī)定的模具溫度，并不等于模具型腔內塑料的溫度。模壓溫度是使熱固性塑料流動、充模、并最后固化成型的主要原因，決定了成型過程中聚合物交聯(lián)反應的速度，從而影響塑料制品的最終性能。模壓溫度對制品性能的影響：（1）溫度升高，加速熱固性塑料在模腔中的固化速度，固化時間縮短。高溫有利于縮短模壓周期；（2）過高溫度，會因固化速度太快而使塑料流動性迅速降低，引起充模不滿，特別是形狀復雜、壁薄、深度大的制品；（3）溫度過高，能引起色料變色、有機填料等分解，使制品表面暗淡；（4）高溫下，外層固化比內層快，以至內層揮發(fā)物難以排除，會降低制品的機械性能，開啟模具時發(fā)生腫脹、開裂、變形和翹曲等；（5）對厚制品來講，降低溫度下，延長模壓時間。4.7產品的檢驗標準一般的產品檢驗標準：1.外觀質量；2.內應力的有無；3.尺寸和相對位置的準確性；4.與成品有關的物理機械性能、電性能和化學性能等。不符合要求即可分為次品或廢品。4.8冷壓燒結成型氟塑料，熔體在成型溫度下具有很高的粘度，事實上難以熔化，不能用一般熱塑性塑料的方法成型。只能用類似粉末冶金燒結成型的方法，通稱冷壓燒結成型。成型時，先將一定量的含氟塑料放入常溫下的模具中，在壓力作用下，壓制成密實的形坯，然后送至烘室內進行燒結，冷卻后即成為制品。一、冷壓成型1.過篩：一般20目2.加料：需一次完成加料量，否則各次加料有界面，易在界面處開裂。3.加壓：在加料后立即加壓。宜緩慢進行，嚴防沖擊。升壓速度，視制品的高度和形狀而定。直徑大而長的型坯，升壓速度應慢，反之則快；模壓壓力為30~50MPa。壓力過高，樹脂在模內易滑動，產生內部裂紋；壓力過低，制品內部結構不緊密，物理機械性能下降。較高的制品應上下同時加壓。4.保壓：保壓時間視制品情況而定。直徑大：10~15min一般：3~5min5.緩慢卸壓：以免強烈回彈產生裂紋。6.排氣：型坯面積大的易裹入空氣。7.脫模：型坯強度低，需小心。二、燒結燒結：將型坯加熱到樹脂熔點（327℃）以上，并在該溫度下，保持一段時間，以使單顆粒的樹脂相互擴張，最后黏結熔合成一個密實的整體。燒結過程：1.升溫階段：將型坯由室溫加熱至燒結溫度。聚四氟乙烯的傳熱性能差，加熱應按一定的升溫速率進行。升溫太快，錠料內外溫差過大，各部分膨脹不均勻，制品易產生內應力，甚至出現(xiàn)裂紋；升溫過快，外層溫度高而內層溫度低，就此冷卻，會造成：“內生外熟”的現(xiàn)象；升溫速度太慢，會使成型周期增長。實際生產中，應視型坯的大小，厚薄等因素而定。大型制品：30~40℃/h；小型制品：80~120℃/h；分散性樹脂制薄板：30~40℃/h燒結溫度:根據(jù)樹脂的熱穩(wěn)定性來確定。熱穩(wěn)定性高：燒結溫度：380~400℃；熱穩(wěn)定性差：燒結溫度：365~375℃。2.保溫將達到燒結溫度的型坯在該溫度下保持一段時間使其完全“燒透”的過程。保溫時間，取決于燒結溫度，樹脂的熱穩(wěn)定性以及制品的厚度等因素。生產中：大型制品，5~10h小型制品，1h3.冷卻將已經(jīng)燒結好的成型物從燒結溫度降到室溫的過程。無定型相晶相冷卻快慢決定了結晶度，直接影響制品的物理機械性能。快速冷卻：淬火空氣淬火液體淬火淬火制品結晶度小，韌性好，斷裂伸長率大，抗張強度低，收縮率小。緩慢冷卻：制品結晶度大，抗張強度大，表面硬度高，耐磨，斷裂伸長率小，收縮率較大。冷卻速度：受制品尺寸的限制。大型制品一般淬火：5～15℃/h，150℃取出；中型制品：60～70℃/h，250℃取出；