第八章塑料的加工成型

高分子材料教研室塑料的加工成型第八章高分子材料的压制成型8.1概述8.2热固性塑料的模压成型8.3橡胶制品的模型硫化8.4复合材料压制成型高分子材料教研室塑料的加工成型8.1、概述压制成型是高分子材料成型加工技术中历史最久，也是最重要的方法之一，广泛用于热固性塑料和橡胶制品的成型加工。压制成型是指主要依靠外压的作用，实现成型物料造型的一次成型技术,几乎所用的高分子材料都可用此方法来成型制品。根据成型物料的性状和加工设备及工艺的特点；压制成型可分为模压成型和层压成型（备注：不用模具）两大类。模压成型包括：热固性塑料的模压成型(即压缩模塑)、橡胶的模压成型(即模型硫化)和增强复合材料的模压成型。层压成型包括：复合材料的高压和低压压制成型。压制成型的主要特点是需要较大的压力，加压的目的是加速热固性塑料和橡胶成型时的物理化学变化，防止制品出现气泡，保证制品的质量。高分子材料教研室塑料的加工成型但对于有些不饱和聚酯树脂的压制成型，因为没有低分子物析出，一般不用加压或仅需加少量的压力即可，这样的压制为低压成型或接触成型。考虑到生产效率、制品尺寸、产品使用的特点，目前压制成型主要用于：热固性塑料的成型、橡胶制品的成型、复合材料的成型。高分子材料教研室塑料的加工成型8.2热固性塑料的模压成型模压成型是热固性塑料主要成型工艺，通常称压缩模塑。其工艺过程是将模塑料在已加热到指定温度的模具中加压，使物料熔融流动并均匀地充满模腔，在加热和加压的条件下经过一定的时间，使其发生化学交联反应而变成具有三维体型结构的热固性塑料制品。因为热固性塑料经交联固化后，其分子结构变成三维交联的体型结构，所以制品可以趁热脱模。高分子材料教研室塑料的加工成型热塑性塑料模压成型时，必须将模具冷却到塑料固化温度才能定型为制品，为此需交替加热与冷却模具，生产周期长，故生产中很少采用。目前，对有些熔体粘度较大的热塑性塑料或成型较大平而的制品时，也采用压缩模塑法。模压成型工艺特点：间歇操作，工艺成熟，生产控制方便，成型设备和模具较简单，所得制品的内应力小，取向程度低，不易变形，稳定性较好。但其缺点是生产周期长，生产效率低，较难实现生产自动化，因而劳动强度较大，且由于压力传递和传热与固化的关系等因素，不能成型形状复杂和较厚制品。高分子材料教研室塑料的加工成型适用于模压成型的热固性塑料主要有：酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂、有机硅树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺等。制品类型很多，主要有电器制品、机器零部件以及日用制品等。一、热固性模塑料的成型工艺性能热固性塑料的模压成型过程是一个物理化学变化过程，模塑料的成型工艺性能对成型工艺的控制和制品质量的提高有很重要的意义。模塑料的主要成型工艺性能有以下几点：高分子材料教研室塑料的加工成型1、流动性热固性模塑料的流动性是指其在受热和受压作用下充满模具型腔的能力。流动性首先与模塑料本身的性质有关，包括热固性树脂的性质和模塑料的组成。♣树脂相对分子质量低，反应程度低，物料颗粒细小而又呈球状，低分子物含量或含水量高则流动性好。♣其次与模具和成型工艺条件有关，模具型腔表面光滑且呈流线型，则流动性好，在成型前对模塑料进行预热及模压温度高无疑能提高流动性。高分子材料教研室塑料的加工成型不同的模压制品要求有不同的流动件，形状复杂或薄壁制品要求模塑料有较大的流动性。♣流动性太小，模塑料难以充满模腔，造成缺料。♣但流动性也不能太大，否则会使模塑料熔融后溢出型腔，而在型腔内填塞不紧，造成分模面发生不必要的粘合，而且还会使树脂与填料分头聚集，制品质量下降。2、固化速率这是热固性塑料成型时特有的也是最重要的工艺性能，它是衡量热固性塑料成型时化学反应的速度。高分子材料教研室塑料的加工成型它是以热固性塑料在一定的温度和压力下，压制标准试样时，使制品的物理机械性能达到最佳值所需的时间与试件的厚度的比值(s/mm厚度)来表示，此值愈小，固化速率愈大。固化速率主要由热固性塑料的交联反应性质决定，并受成型前的预压、预热条件以及成型工艺条件如温度和压力等多种因素的影响。固化速率应当适中，过小则生产周期长，生产效率低，但过大则流动性下降，会发止塑料尚未充满模具型腔就已固化的现象，就不能适于成型薄壁和形状复杂的制品。高分子材料教研室塑料的加工成型3、成型收缩率热固性塑料在高温下模压成型后脱模冷却至室温，其各向尺寸将会发生收缩，此成型收缩率SL定义为：在常温常压下，模具型腔的单向尺寸L0和制品相应的单向尺寸L之差与模具型腔的单向尺寸L0之比。0高分子材料教研室塑料的加工成型成型收缩率大的制品易发生翘曲变形，甚至开裂。产生热固性塑料制品收缩的因素很多：♣首先热固性塑料在成型过程中发生了化学交联，其分子结构由原来的线型或支链型结构变化为体型结构，密度变大，产生收缩；♣其次是由于塑料和金属的热膨胀系数相差很大，故冷却后塑料的收缩比金属模具大得多；♣第三是制品脱模后由于压力下降有弹性回复和塑性变形产生使制品的体积发生变化。一般高分子材料的SL在13%，是模具设计的重要指标。高分子材料教研室塑料的加工成型4、压缩率热固性模塑料一般是粉状或粒状料，其表观相对密度d1与制品的相对密度d2相差很大，模塑料在模压前后的体积变化很大，可用压缩率Rp来表示。Rp总是大于1。模塑料的细度和均匀度影响其表观相对密度dl，进而影响压缩率Rp。压缩率大的物料所需要模具的装料室也要大，耗费模具材料，不利于传热，生产效率低，而且装料时容易混入空气。通常降低压缩率的方法是模压成型前对物科进行预压。酚醛压塑粉经预压：Rp从2.8→1.25高分子材料教研室塑料的加工成型5、水份与挥发物的含量游离水，以及受热受压时所释放出的氨、甲醛与结合水。将产生以下后果：流动性太大，收缩率大，翘曲，无光泽，波纹。解决方法：预热。6、细度与均匀度细度：颗粒直径大小；均匀度：颗粒间直径大小的差距。高分子材料教研室塑料的加工成型二、模压成型的设备和模具1、压机模压成型的主要设备是压机，压机是通过模具对塑料施加压力，在某些场合下压机还可开启模具或顶出制品。压机的种类很多，有机械式和液压式。目前常用的是液压机，且多数是油压机。液压机的结构形式很多，主要的是上压式液压机和下压式液压机。压板尺寸决定了压机能模压制品的面积大小，而工作行程决定了模具的高度，也决定了能模压制品的厚度。高分子材料教研室塑料的加工成型高分子材料教研室塑料的加工成型高分子材料教研室塑料的加工成型2、模具模压成型用的模具按其结构特点分主要有溢式、不溢式和半溢式模具三种。溢式模具示意图l-上模板2-组合式阳模3-导合钉4-阳模5-气口6-下模板7-推顶杆8-制品9-溢料缝(1)溢式模具高分子材料教研室塑料的加工成型溢式模具是由阴模和阳模两部分组成，阴阳两部分的准确闭合由导合钉来保证，制品的脱模靠顶出杆完成，但小型的溢式模具不一定有导合钉和顶出杆。这种模具结构比较简单，操作容易，制造成本低，对压制扁平盘状或蝶状制品较为合适，适用于压制各种类型塑料，但因阴模较浅，不宜压制收缩率大的塑料。在模压时，多余物料可溢出。由于溢料关系，压制时闭模不能太慢，否则溢料多而形成较厚的毛边，去除毛边费工费时，制品外观也受影响。闭模也不能太快，否则溅出较多的料，模压压力部分损失在模具的支撑面上，制品密度下降，性能降低。高分子材料教研室塑料的加工成型(2)不溢式模具。这种模具的特点是不让物料从模典型腔中溢出，使模压压力全部施加在物料上，可得高密度制品。这种模具不但对以适用于流动性较差和压缩率较大的塑料，而且可用来压制牵引度较大的制品。1-阳模2-阴模3-制品4-脱模杆5-定位下模板高分子材料教研室塑料的加工成型这种模具结构较为复杂，制造成本高，要求阴模和阳模内部分闭合十分准确，为了防止操作不慎而造成压力过大，损坏阴模，要求阴模壁特别强。为了脱模方便、保证制品质量，阴模必须带有顶出杆，或阴模制造成可拆卸的几个部分。因此，压制时操作技术要求较高。由于是不溢式，要求加料量更准确，必须用重量法加料。此外，模压时不易排气，间化时间较长。高分子材料教研室塑料的加工成型(3)半溢式模具。结构介于溢式和不溢式之间，分有支承面和无支承面两种形式。半溢式模具示意图(a)有支承面(b)无支承面1-阳模2-制品3-阴模4-溢料刻槽5-支撑面(A段为装料室，B段为平直段)高分子材料教研室塑料的加工成型1)有支承面：这种模具除装料室外，与溢式模具相似。出于有装料室，可以适用于压缩率较大的塑料。物料的外溢在这种模具中是受到限制的，因为当阳模仲入阴模时，溢料只能从阳模上开设的溢料槽中溢出。这种模具的特点是制造成本高，模压时物料容易积留在支承面上，从而使型腔内的物料得不到足够的压力。2)无支承面：与不溢式模具很相似，所不同的是阴模在进口处开设向外倾斜的斜面，因而阴模阳模之间形成一个溢料糟，多余料可从溢料糟溢出，但受到一定限制，这种模具有装料室，加料可略过量，而不必十分准确，所得制品尺寸则很准确，质量均匀密实。这种模具的制造成本及操作要求均较不溢式模具低。高分子材料教研室塑料的加工成型高分子材料教研室塑料的加工成型高分子材料教研室塑料的加工成型高分子材料教研室塑料的加工成型高分子材料教研室塑料的加工成型高分子材料教研室塑料的加工成型三、模压成型工艺压模成型用的压塑料大多数是由热固性树脂加上粉状或纤维状的填料等配合剂而成。热固性塑料模压成型工艺过程通常由成型物料的准备、成型和制品后处理三个阶段组成。高分子材料教研室塑料的加工成型1、计量计量主要有重量法和容量法。重量法是按重量计量，较准确，但较麻烦，多用在模压尺寸较准确的制品；容量法是按体积计量，此法不如重量法准确，但操作方便，一般用在粉料较宜。2、预压预压就是在室温下将松散的粉状或纤维状的热固性模塑料压成重量一定、形状规则的型坯的工序。高分子材料教研室塑料的加工成型预压有如下作用和优点：1)加料快、准确、无粉尘；2)降低压缩率，可减小模具装料室和模具高度：3)预压料紧密，空气含量少，传热快，又可提高预热温度，从而缩短了预热和固化的时间，制品也不易出现气泡；4)便于成型较大或带有精细嵌件的制品。一般预压在室温下进行，如果在室温下不易预压也可将预压温度提高到50~90℃；预压物的密度一般要求达到制品密度的80%，故预压时施加的压力一般在40~200MPa。顶压的主要设备是预压机和压模。常用的预压机有偏心式和旋转式两种。高分子材料教研室塑料的加工成型3、预热模压前对塑料进行加热具有预热和干燥两个作用，前者是为了提高料温，便于成型，后者是为了去除水分和其他挥发物。热固性塑料在模压前进行预热有以下优点：1)能加快塑料成型时的固化速度，缩短成型时间；2)提高塑料流动性，增进同化的均匀性，提高制品质量，降低废品率；3)可降低模压压力，可成型流动性差的塑料或较大制品。（预热：15～20MPa，未预热：25～35MPa）高分子材料教研室塑料的加工成型热固性树脂是含有反应活性的，预热温度过高或时间过长，会降低流动性，在既定的预热温度下，预热时间必须控制在获得最大流动件的时间范围以内。预热的方法有多种，常用的有电热板加热、烘箱加热红外线加热和高频电热等。4、嵌件安放模压带嵌件的制品时，嵌件必须在加料前放入模具。嵌件一股是制品中导电部分或与其他物件结合用的，如轴套、轴帽、螺钉、接线柱等。嵌件安放要求平稳准确。高分子材料教研室塑料的加工成型5、加料把已计量的模塑料加入模具内，加料的关键是淮确均勾。若加入的是顶压物则较容易、按计数法加。若加粉料或粒料，则应按塑料在模具型腔内的流动情况和各部位所需用量的大致情况合理堆放，以避免局部缺料，这对流动性差的塑料尤应注意。6、闭模加料完毕后闭合模具，操作时应先快后慢，即当阳模未触及塑料前应用高速闭模，以缩短成型周期；而在接触塑料时，应降低闭模速度，以免模具中嵌件移位或损坏型腔，有利于模中的空气顺利排除，也避免粉料被空气吹出，造成缺料。高分子材料教研室塑料的加工成型7、排气在闭模后塑料受热软化、熔融，并开始交联缩聚反应，副产物有水和低分子物，因而要排除这些气体。排气不但能缩短硬化时