高分子材料压制成型

第六章压制成型压制成型是高分子材料成型加工技术中历史最悠久，也是最重要的一种工艺。几乎所有的高分子材料都可以用此方法来成型制品。是目前四大成型方法之一。它不但可以成型热固性塑料制品，还可以成型热塑性制品。主要用于热固性塑料的成型。压制成型的主要特点是需要较大的压力根据材料的性状和成型加工工艺的特征，又可分为模压成型和层压成型。对于热塑性塑料由于压制成型的周期长，模具交替加热和冷却，生产周期长，生产率较低，同时易损坏模具，故生产中很少采用。模压成型与注射成型相比，生产过程控制、使用的设备和模具较简单，较易成型大型制品。缺点是生产周期长，效率低，尺寸准确性低。用模压法加工的塑料主要有：酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂、有机硅、硬聚氯乙烯、聚三氟氯乙烯、氯乙烯与醋酸乙烯共聚物、聚酰亚胺等。第一节热固性塑料的模压成型将热固性模塑料置于已经加热到指定温度的金属模具中，然后闭模，在加热加压的情况下，使塑料熔融、流动，充满型腔，经过适当的放气、保压后，塑料就适当地交联、固化为制品。因为热固性塑料经交联固化后，其分子结构变成三维的体型结构，所以制品可以趁热脱模。一.热固性模塑料的成型工艺性能：1.流动性：热固性模塑料的流动性是指其在受热和受压情况下充满整个模具型腔的能力。影响流动性的因素：压模塑料的性能和组成（分子量、颗粒形状、小分子物质）模具与成型条件（光洁度、流道形状、预热）流动性要适中：太大：溢出模外，塑料在型腔内填塞不紧，或树脂与填料分头聚集。太小：难于在压力下充满型腔，造成缺料，不能模压大型、复杂及厚制品。2.固化速率定义：热固性塑料在一定温度和压力下，从熔融、流动到交联固化为制品的过程中，单位厚度的制品所需的时间，以s/mm厚度表示，此值越小，固化速度越快。用于衡量热固性塑料在压制成型时化学反应（交联）的速度。影响因素：塑料的交联反应性质，成型时的工艺条件，如：预压、预热、成型温度和压力。3.成型收缩率定义：成型收缩率：SL=（L0—L）/L×100%产生原因：热固性塑料在成型过程中发生化学交联塑料与金属的热膨胀系数相差很大制品脱模后有弹性回复和塑性变形影响因素成型工艺条件制品形状塑料本身固有的性质4.压缩率定义：粉状或粒状的热固性塑料的表观比重与制品比重之比。即压塑料在压制前后的体积变化。Rp=d2/d1Rp值总是＞1Rp越大，所需的模具装料室越大消耗模具钢材，不利于传热，生产效率低，易混入空气。解决方法：预压。二.模压成型的设备和模具：图6－1图6－2溢式模具示意图不溢式模具示意图三.模压成型工艺：三、模压成型工艺：模具清理和嵌件安放压塑料→计量→预压、预热→加料→闭模（模压）→排气→保压固化→脱模冷却→修整→热固性制品计量重量法：按质量加料。准确但麻烦；容量法：按体积加料。方便但不及重量法准确。记数法：按预压坯料计数。操作最快，但预先有个预压计量操作。预压在室温下，把定量的料预先用冷压法压成一定形状规则的型坯特点加料快，准确，简单，便于运转。降低压缩率，可减小模具的装料量和模具高度。预压料中紧密，空气含量少，传热快。可提高预热温度，缩短预热和固化时间，制品气泡少便于成型较大或嗲有精密嵌件的制品增加一道工序，成本高。预压压力：一般控制在使预压物的密度达到制品最大密度的80%为宜。预压压力的范围：40—200MPa预压设备预压机偏心式旋转式液压式压模预热作用：干燥：除去水分和挥发物。预热：提供热量便于模压。特点：a.缩短模塑时间，加快固化速率；b.增加制品固化的均匀性，提高制品的物理机械性能；c.提高塑料的流动性，降低模塑损耗和废品率；d.可以用较低的压力进行模压，因此可以用较小吨位的液压机模压较大的制品。嵌件安放加料前放入模具平稳，位置准确加料准确均匀合理堆放闭模应先快后慢——阳模未接触物料之前，应尽可能使闭模速度快，而当阳模快要接触到物料时，闭模速度要放慢。有利于缩短非生产时间防止模具损伤和嵌件移位；有利于充分排除模内空气排气赶走气泡、水份、挥发物，缩短固化时间过早，不能完全排气过迟，制品表面已经固化，气体不能顺利排出保压固化经过固化后，原来可溶可熔的线型树脂变成了不溶不熔的体型结构的材料。固化速率不高的塑料也可在制品能够完整地脱模时固化就暂告结束，然后再用后处理来完成全部固化过程，以提高设备利用率。脱模冷却热固性塑料可趁热脱模，通常靠顶出杆来完成。制品后处理热处理——消除内应力；进一步固化，直至固化完全。处理温度比成型温度高10～50℃。整修——去除飞边。热处理时间视塑料的品种、制品的结构和壁厚而定四、模压成型工艺和条件限制模压压力的作用促进物料流动，充满型腔提高成型效率。增大制品密度，提高制品的内在质量。克服放出的低分子物及塑料中的挥发物所产生的压力，从而避免制品出现气泡、肿胀或脱层。闭合模具，赋予制品形状尺寸。2.模压压力的确定取决于塑料种类、模温、制品形状和尺寸以及其它工艺条件。塑料的流动性越小，硬化速率与快，压缩率越大，需施加的压力越大；制品形状越复杂，深度越大，面积越大时，需施加的压力越大；预热的塑料比未经预热的需施加的压力小在一定范围内，提高模具温度可有利于模压压力的降低，但模温过高，靠近模壁的塑料会过早固化而使它对降低模压压力没有作用。增大压力，除有利于增大物料的流动性外，还使制品更紧密，成型收缩率低，力学性能好。但模具压力过大，对模具使用寿命有影响，并增大设备功率消耗，也会降低制品的质量。若压力过小，不能克服交联反应中放出低分子量的压力，也会降低制品性能。2、模压温度指模压时所规定的模具温度，并不等于模具型腔内塑料的温度。模压温度是使热固性塑料流动、充模、并最后固化成型的主要原因，决定了成型过程中聚合物交联反应的速度，从而影响塑料制品的最终性能。模温高固化不均匀，在模压厚度较大的制品时，常不采用提高温度而是采用降低模温延长模压时间的方法保证产品质量。模温低，固化慢，模压时间长，而且效果差，也会发生肿胀。固化不完全，制品外层受不住内部挥发物产生的压力。3、模压时间塑料从充模加压到完全固化为止的时间影响因素：制品的形状、厚度模压温度和压力是否预热、预压在一定的模压压力和温度下，模压时间是决定制品质量的关键因素。太短，塑料固化不完全，制品物理机械性能差，外观无光泽，容易翘曲变形太长，树脂降解，制品内应力大，生产效率低，能耗大根据实践经验，在选择模压成型的工艺条件时，可以从模压压力、温度和时间三者中先固定一个条件，如按经验选定成型压力，然后再变化成型的温度和时间，从实验中找出合理的条件来。第二节橡胶制品的模型硫化一.橡胶制品生产工艺：1.基本工艺过程：配合，生胶塑炼，胶料混炼，成型，硫化2.按生产过程分类：模型制品——在模型中定型并硫化非模型制品——在模型中定型成未经硫化的半成品3、橡胶制品品种轮胎：生胶的50～60％胶带：运输胶带、传动胶带胶管：软管、纤维增强胶鞋：贴合鞋、模压鞋、注压鞋其他橡胶工业制品：油封、胶布、胶板、胶辊二.橡胶制品的硫化：1.橡胶在硫化过程中的结构与性能的变化A.分子结构B.交联密度具体表现：（1）物理机械性能的变化（2）物理性质的变化（3）化学稳定性的变化2.硫化历程：焦烧阶段a操作焦烧时间b剩余焦烧时间预硫阶段正硫化阶段过硫阶段3.正硫化及正硫化点的确定：3.1正硫化及正硫化时间3.2正硫化点的测定方法3.2.1物理机械性能法3.2.2化学法3.2.3专用仪器法焦烧时间＝t10=(MH-ML)X10%+ML正硫化时间＝t90=(MH-ML)X90%+ML4.硫化方法和硫化介质：4.1室温硫化法4.2冷硫化法4.3高温辐射硫化法4.4热硫化法4.5连续硫化法三.模型硫化工艺及硫化条件工艺过程混炼胶和橡胶半成品→计量→加料→闭模→排气→保压（硫化）→脱模→制品这一过程基本上与热固性塑料的模压成型相同，硫化工艺条件是硫化压力、硫化温度和硫化时间。1.硫化压力大多数的橡胶制品的硫化是在一定压力下进行的一般模压制品的硫化压力为2～4MPa胶料流动性差，制品形状复杂，制品表面花纹细致，结构复杂，厚制品，硫化温度高，则硫化压力高一些。太高的硫化压力会加速橡胶分子链的热降解2.硫化温度硫化速度随温度的升高而加快，所以升高温度能提高生产率。硫化时间与温度是相互制约的，有下式3.硫化时间在一定的硫化温度和压力下，橡胶有一最适宜的硫化时间。硫化时间的长短须服从于达到正硫化时的硫化效应为准则。硫化效应：E＝It，I硫化强度，t硫化时间生产中通过测定硫化特性曲线来确定硫化工艺条件第三节复合材料压制成型高分子复合材料玻璃钢方法高压－－压制成型，模压成型低压－－手糊成型一.层压成型：概念：增强热固性塑料的层压以片状连续材料（玻璃布、纸、布）为填料（骨架材料）浸渍树脂溶液，经干燥后而成为附胶材料，通过剪裁、叠合成层或卷制，在加热、加压的条件下，使树脂交联固化成型为片状、棒状或管状的层压制品。2.工艺：浸渍－压制－后加工处理二.模压成型：1块状模塑料模压成型工艺（BalkMoldingCompound.BMC）与热固性塑料的模压成型工艺相似配比材料质量分数聚酯树脂20%-35%无机矿物填料45%-55%短切玻璃纤维10-25%引发剂、颜料2%-3%润滑剂0.5%-2%1.2工艺过程2.片状模塑料模压成型（SheetMoldingCompound.SMC）2.1配比：不饱和聚酯约20～30％增稠剂约5％无机填料40~50%引发剂2～3％脱模剂0.5～1％短切玻璃纤维或毡片适量2.2工艺过程三.手糊成型：特点不加压力，或仅加少许压力，不必加热，设备工艺简单，生产成本低对模具的要求低制品性能优良结构密实性欠佳，尺寸控制难以一致工艺用手工在预先涂好脱模剂的模具上，刷上一层树脂液，铺上一层玻璃布，排除气泡，如此重复，直至达到所需厚度，固化、脱模、修整第四节传递模塑特点与热固性塑料的模压成型工艺相似与压缩模塑的区别是所用的模具在成型型腔之外另有一加料室与注射成型的区别是物料在压模上的加料室内受热熔融一.传递模塑形式及设备1.活板式2.罐式3.柱塞式传递：图6－384.螺杆式图6－39二.工艺过程：三.工艺条件：成型压力模塑温度模塑时间本章结束谢谢大家！