塑料成型工艺与模具设计第20章

1普通高等教育“十二五”规划教材杨永顺主编塑料成型工艺与模具设计第20章特殊塑料成型工艺2主要内容1.层压成型32.铸塑成型3.旋转成型4.烧结成型5.缠绕成型6.喷射成型7.流涎成型420.1层压成型5定义：用涂有树脂的基体片材（基材）按一定数量叠合在一起，经过加热、加压使之成为层合板、层合管或层合棒等的加工方法。优点：层压制品综合了树脂和基材两者的性能，强度高、质量轻、不易受潮。基材：玻璃纤维织物、合成纤维织物、麻纤维织物纸张、棉布、石棉、碳纤维、硼纤维和陶瓷纤维等。简介6树脂：酚醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂、氨基树酯或不饱和聚酯等。要求：树脂与基材间具有良好的粘附和湿润能力，两者都有良好的物理力学性能和工艺性能。分类：根据成型压力大小，分为高压成型（压力大于7MPa，通常采用10～30MPa）低压成型（压力通常小于5MPa）简介71．基体片材制备20.1.1高压成型基材的制备包括基材表面处理、涂敷树脂、烘干等，是保证层压制品质量的关键。（1）基材表面处理方法：洗涤法、热处理法和化学处理法等目的：清除基材中的浆料或对基体材料进行偶联处理，以利于树脂的湿润和粘附。（2）涂敷树脂方法：浸渍或涂拭要求：涂敷均匀、无杂质，树脂含量和硬化程度符合规定要求。81．基体片材制备20.1.1高压成型（3）烘干目的：除去涂敷树脂过程中附着在基体材料上的水分或溶剂。常用设备：有卧式浸渍烘干机和立式浸渍烘干机。9板材层压成型一般在层压机或者液压机上进行，主要工艺过程如下：（1）叠料将涂有树脂的基体片材裁剪成一定尺寸，并按一定的顺序叠合成一定厚度。为了改善层压板材的表观质量，可以在叠料两面分别叠上2～4张树脂含量较多的表面专用片材，并在表面涂上脱模剂（如硬脂酸锌等）。（2）装机热压将叠装好的层压单元推入层压设备的工作空间，然后启动设备进行热压成型。2．板材层压成型20.1.1高压成型10（3）出机脱模层压制品温度降到60℃时，撤除压力，从层压设备中推出层压单元，并从层压模中脱取制品。（4）切边对层压制品脱模之后带有的毛边予以切除。（5）后烘如果层压制品脱模后存在硬化程度不足（欠熟）现象时，可进行后烘处理，即对制品再次进行加热保温，促使其进一步硬化。对于硬化速度很慢的环氧酚醛层压板，后烘是必不可少的工序。20.1.1高压成型2．板材层压成型11成型工艺：基材浸渍树脂干燥后，卷于加热的管上；然后放到模具中，通过压力机压制，得到层压管制品。3．管材的高压成型20.1.1高压成型12接触法，又称为涂敷法、裱糊法或手糊法。1．常用方法20.1.2低压成型在涂有脱模剂的模具上将片材和树脂连铺带涂一层层贴合，每贴一层，都应将其中空气排出；当铺到预定厚度时，进行低压硬化处理，待树脂硬化到要求程度之后，进行适当修整便可得到制品。2．工艺过程1320.1.2低压成型4．用途可以生产大型层压制品，不需大型压力设备。制品外观质量和强度比高压成型差。3．特点不饱和聚酯树脂、环氧树脂等；在固化时产生挥发性副产物的树脂；固化温度在常温或加热状态下的成型。1420.2铸塑成型15概念：在模具中加入液态成型材料，经加热，在催化剂的作用下固化成型的方法。液态原料：聚合物溶液、单体经初聚或缩聚而成的浆料、单体与聚合物形成的混合溶液。基本概念16优点：铸塑成型使用设备简单，成型仅需常压或低压，对模具强度要求很低，常以金属、玻璃等作为模具材料，生产投资小，适于成型各种尺寸的塑料制品。缺点：成型周期长、生产效率低、制品尺寸精度较差。分类：静态浇铸、离心浇铸。基本概念17将液态原料浇入静置的模具，使其完成聚合或交联反应并按模腔形状和尺寸固化成为塑料制品的方法。图20-11－夹紧装置2－玻璃板20.2.1静态浇注成型1．概念18生产聚己内酰胺、聚甲基苯烯酸甲酯、环氧树脂、聚苯乙烯、酚醛、有机硅、不饱和聚酯等塑料型材和和制品。20.2.1静态浇注成型1．用途(1)液态原料配制由双A型环氧树酯和硬化剂及填料通过交联反应固化为制品。配制方法：首先按照模腔容积称取一定量的环氧树脂与干燥后的填料混合并加热到80℃左右，然后再添加除去硬化剂之外的其他各种组分，并进行均匀混合和自然冷却。2．典型工艺过程1920.2.1静态浇注成型2．典型工艺过程（2）成型准备包括清洗模具涂拭脱模剂安放嵌件预热模具等（3）浇铸成型概念：浇铸成型指将液态原料浇入模腔，并使其通过聚合或交联反应固化成为制品的过程。模具材料：根据塑料品种、制品质量及生产批量大小，可采用铸铁、钢材、铝合金、型砂、硅橡胶、塑料、玻璃，甚至水泥和石膏等材料制模。20（3）浇铸成型操作方法：将液态原料中添加硬化剂后，通过浇口浇入已经涂拭脱模剂的模腔，可在模腔内通过交联反应固化。工艺要求：如果在固化过程中采取加热和保温措施，应注意升温速度不宜过快，保温温度不宜过高，否则容易引起某些硬化剂挥发造成损失，或因原料中空气、水分、低分子物质逸出太快导致制品起泡。2．典型工艺过程20.2.1静态浇注成型21（4）后处理目的：消除制品中的残余应力。环氧树脂制品脱模后可以不用后处理。聚己内酰胺的后处理工艺：将脱模后的制品置于150～160℃的机油中保温2h，与油一起冷却至室温后放入水中煮沸24h，然后再缓冷到室温。聚甲基丙烯酸甲酯的后处理工艺：制品脱模后置于70～80℃下保温3～4h。2．典型工艺过程20.2.1静态浇注成型22将液态原料浇入旋转运动的模具中，利用离心力迫使液态原料充满旋转体模腔并固化成为制品。20.2.2离心浇注成型1．原理1）制品的精度和力学性能较好。2）残余内应力较大。3）离心浇铸工艺比较复杂。4）设备投资较高，模具一般使用钢材。5）可以成型大型厚壁或薄壁制品，不宜成型形状复杂的制品。2．特点2320.2.2离心浇铸成型4.所用设备立式设备：成型轴向尺寸大的制品。卧式设备：成型径向尺寸比较大的制品。生产轴套、齿轮坯、滑轮、转子以及管材等旋转体制品。适于粘度比较小、热稳定性比较好的热塑性塑料，如聚酰胺、聚乙烯、增塑聚氯乙烯等。可以利用短切玻璃纤维增强聚酯成型塑料管材。3．用途2420.3搪瓷和浸涂成型25将塑料糊浇入预热的凹模型腔中，使其在型腔表面上附着一层膜状凝胶，再将凝胶连同型腔一起进行热处理，便可获得制品。2.用途：采用聚氯乙烯塑料成型中空塑料制品。用于加工玩具（人物、动物等）和电器制品等。3.组成：聚合物和分散剂、稀释剂、胶凝剂、稳定剂、填充剂、表面活性剂等。20.3.1搪瓷1．原理261)将凹模型腔预热到130℃。2）将配好且经过脱泡的塑料糊浇入凹模型腔，并使整个型腔内壁均为糊料湿润，塑料糊灌满型腔后应停留一段时间（约15～30s；厚制品可适当延长），待型腔表壁上形成一层膜状凝胶后，将剩余的塑料糊倒出。成型厚度较大的制品时，需要塑料糊多次进行浇铸，每一次操作可获得1～2mm厚度凝胶。20.3.1搪瓷4．工艺过程273)将凹模及形成的凝胶一起加热并保温（即热处理），促使附着在型腔表壁上的凝胶发生“胶凝”和“熔结”两种物理变化，以保证脱模后的制品具有良好力学强度。20.3.1搪瓷4．工艺过程“胶凝”指聚合物不断吸收分散剂并同时发生溶胀的过程。在此过程中，凝胶中的液相部分不断挥发，而固相中的聚合物颗粒间距逐渐缩小并向连续状态转变。“熔结”指“胶凝”后继续加热时，溶胀后的聚合物颗粒之间发生相互粘接的过程。此过程中，凝胶中的液相将全部挥发，聚合物颗粒将完全粘结在一起形成十分均匀的单一连续固相。28与搪塑相似，首先将经过预热的凸模浸入装有塑料糊的容器中，然后慢慢提起，塑料糊便会在凸模型面上附着一层膜状凝胶，再将凸模连同凝胶一起进行热处理，便可从凸模上脱取制品。图20-2浸涂成型示意图1－凸模2－塑料糊20.3.2浸涂原理29将加热到一定温度的模具放入到塑料粉末中，使其接触的塑料粉末熔融并粘附在模具上而成为塑料制品。2.方法将加热模具放入到塑料粉末槽中，流动沸腾状态的塑料粉末遇到模具表面即发生熔融浸涂成型过程，浸涂后取出模具进行加热处理，使塑料粉末完全熔融然后冷却，脱模得到制品。图20-3沸腾浸渍法1－压缩空气2－配管3－塑料粉末4－多孔板20.3.3粉末浸涂1．原理3020.4旋转成型31首先将成型物料装入既可以自转又可以公转的模具中；然后启动旋转成型设备和加热装置，使物料在旋转和加热过程中熔融塑化，并依靠重力作用粘附在模腔表壁，待冷却定型后，便可从模内脱取制品。20.4旋转成型1．原理图20-4大塑件旋转成型1－主轴2－模具3－皮带传动4－锥齿轮5－副轴6－导轮32转速比离心浇铸低得多，特别适于小批量生产大型中空制品。制品厚度比中空吹塑均匀，内部很少残余应力，不容易出现变形或凹陷等缺陷。3.用途：粉料成型大型中空制品方法；已用于聚乙烯、聚丙烯、ABS、聚酰胺和聚碳酸酯等多种塑料；制品的直径和长度可达数米，容积可达10m3。20.4旋转成型2．特点3320.5烧结成型341.原理：首先将松散的粉状物料用压力机在模内进行冷压预成型，然后将型坯置于烧结炉中加热到塑料的熔融温度并保温，使其熔结成密实的整体，再经冷却而成制品。2.用途：用于粘度很高、流动性极差的聚四氟乙烯和超高相对分子质量聚乙烯塑料等。20.5烧结成型3520.6缠绕成型与喷射成型36用浸有树脂的玻璃纤维（或织物）在型模上作规律性缠绕后，通过加热使缠绕物按照模具外形固化，然后脱取获得制品。20.6.1缠绕成型图20-5缠绕成型1－玻璃纤维2－模具3－树脂浴槽1．原理1）可以利用不同的缠绕规律充分发挥玻璃纤维的增强作用，使制品获得很高的比强度。2）易实现缠绕机械化、自动化和计算机控制。2．特点3720.6.1缠绕成型生产各种大型玻璃钢制品，如各种储罐、箱体、压力容器、增强管道、飞机整流罩以及火箭壳体等。3．用途（1）湿法缠绕成型：将玻璃纤维（或织物）经树脂浴槽浸渍后，在模具上进行缠绕成型。特点：工艺简单、操作方便、适用范围广、容易实现机械化和自动化；树脂含量不易控制，纤维易在型模陡坡处打滑；由于缺少干燥工序，树脂中会含有较多溶剂，故在固化时容易出现气泡。4．分类3820.6.1缠绕成型（2）干法缠绕成型：将玻璃纤维（或织物）事先经过预浸和干燥，而后在模具上进行缠绕成型。特点：预浸纤维（或织物）可由其生产厂直接供给，树脂含量容易控制；缠绕时不容易打滑，缠绕设备比较干净，缠绕速度比较快；须严格保证预浸纤维（或织物）中的树脂处在乙阶段（如半溶酚醛树脂），所以不宜长期贮存，生产成本也比较高。4．分类39将玻璃粗纱切割后与树脂同时送入喷枪进行混合，通过喷枪压力可将混合物迅速喷射到模具型面，直到其粘附厚度达到预定数值；对型面上粘附的混合物进行滚轧以赶走空气并压平其表面；在室温或加热条件下对其固化，再经脱模便可获得制品。图20-6喷射成型1－树脂2－喷枪3－玻璃纤维粗纱20.6.2喷射成型1．方法生产浴房隔间、浴盆、船壳、汽车覆盖件、家俱以及各种容器和储罐等。2．用途4020.7流涎成型41使用塑料溶液作为原材料，混合均匀并进行过滤和脱除空气后，经口模流涎到钢带或转筒表面，再进行干燥处理后即可得到塑料薄膜。20.7流涎成型a）钢带成型b）转筒成型图20-7流涎成型1－加热器2－滚筒3－溶剂（气体）回收区4－环型钢带5－流涎薄膜6、10－流涎机头口模7－干燥装置8－冷却辊9－卷取辊11－转筒1．原理421）薄膜厚度很小(5～10μm)、厚度偏差不大(±10％)、质地均匀纯净，无残余应力、光亮度好、高度透明，2）生产速度慢，需用大量溶剂，成本较高。20.7流涎成型2．特点3．用途多用于光学性能要求很高的场合，如电影胶片、安全玻璃中的夹层薄膜等。适于流涎成型的塑料品种：三醋酸纤维素、聚乙烯醇、氯乙烯-醋酸乙烯共聚物、四氟乙烯-乙烯共聚物和聚碳酸酯等，其中以三醋酸纤维素流涎薄膜产量最大。431.试述本章塑料特殊成型加工方法的原理。2.说明层压成型、铸塑成型的特点。习题