塑料的压缩成形工艺

1 江西工业工程职业技术院 毕 业 论 文 题 目 : 塑料压缩成型工艺 学生姓名 指导教师 专 业 模具设计与制造 江西工业工程职业技术学院 2010 年 5 月 2 任务书 学生姓名 指导老师 班级 模具 072 专业 模具设计与制造 论文题目 冲压模排样设计 开题日期 开始进行日期 计划完成日期 计划上交日期 2009 年 9 月 2009 年 11 月 2010 年 4 月 2010 年 5 月 毕业论文的基本要求： 1 学生应在深入实际的基础上，运用所学知识，独立撰写一篇具有一定质量的毕业论文。论文要求语言通畅、观点明确、材料翔实、论证充分、结构严谨。 2 毕业论文选题（原则上一人一题）应在指导教师指导下，在所学本科阶段专业范围内选定，写作形式只能为学术论文、研究报告、分析报告或毕业设计。调查报告、工作总结、文学作品或单纯的案例分析等文章不能作为毕业论文。选题后须按规定格式写一篇 1000 字左右的开题报告（含写作提纲），开题报告须用 A4 纸打印。 3 毕业论文正文字数以 6000 8000 字为宜 （ 指毕业论文的主体部分，不包括前置部分和附录部分） 。毕业论文要求制作成电子文档（磁盘自购）。 4 毕业论文的写作要求有三稿，即：经指导教师全面详细修改后的初稿；经指导教师重点修改后的二稿；指导教师同意定稿的三稿。三稿均用 A4 纸打印。 论文应包括的内容： 毕业论文的正稿应包括如下内容（按顺序装订）： 错误 !未找到引用源。 封面； 错误 !未找到引用源。 开题报告； 错误 !未找到引用源。 目录（一、二级标题名称及附录、参考文献等）； 错误 !未找到引用源。 题目；摘要（ 200 300 字） ；关键词（ 3 7 个）；正文；注释（有则写）； 错误 !未找到引用源。 参考文献（不少于 5 篇）。（以附录提供的样本为准） 进度计划： 1. 2010 年 1 月 10 日之前完成论文初稿（一稿） 2. 2010 年 3 月 10 日之前完成论文修改稿（二稿） 3. 2010 年 5 月 20 日之前完成论正稿（三稿） 要求学生呈缴论文日期 2010 年 5 月 填表日期 2010 年 5 月 3 目录 摘要 . 4 第一章 .塑料压缩模塑工艺 . 5 (一 )熔融 (塑化 ) . 5 （二 )流动 (成型 ). 5 （三）硬化速度 . 5 （ 四）压缩成型概述 . 6 第二章 .压缩模的种类 。 . 8 压缩模特点归纳 . 9 第三章 .模压设备 . 11 第四章 .压缩模塑工艺 . 12 第五章压缩模塑工艺条件 . 15 第六章 . 热固性塑料压缩成型常见问题及解决办法 . 18 结束语 . 19 参考文献： . . 20 4 塑料的压缩成形工艺 摘要： 压缩成型 又称为模压成型或压制。主要用于热固性塑料的成型，也可以用于热塑性塑料的成型。将塑料加入高温的型腔和加料室，然后以一定的速度将模具闭合，塑料在热和压力的作用下熔融流动，并且很快地充满整个型腔，树脂和固化剂作用发生交联反应，生成不熔不溶的体型化合物，塑料因而固化，成为具有一定形状的制品，当制品完全定型并且具有最佳性能时，即开启模具取出制品 . 关键词：压缩成型、成型工艺、 热固性塑料、 过程 前言： 塑料有很多加工成型方法，压制成型是其中应用最悠久的工艺之一，但同时又是年轻富有朝气并具有广阔应用前景的塑料加工技术。近年来随着科学技术的进步，新工艺、新材料的层出不穷，使压制成型制品的范围不断扩大。例如，在复合材料的模压成型工艺中，团状模塑料和片状模塑料的发展就取得了令人瞩目的成就，它们在复合材料中的占有量已达到 40%以上，广泛用于机械零件、电工器材、汽车部件、化工及日常生活等诸多领域。 塑料的品种很多，成型加工的方法也很 多，哪种塑料选用何种成型方法，需根据塑料堪 的种 类、制品的形状、经济上的合理等条件来支 决定。但其操作原理无非是熔融、流动、凝固 这三个基本变化过程，即分为下述三个阶段： 第 1 阶段塑化阶段 .熔融 第 2 阶段成型阶段 .流动； 第 3 阶段 冷却 (固化 )阶段 .凝固。 虽然仅以三个阶段，但对成型加工不能这样 简单理解，要能制造出合格的制品，并非容 易，而是应该努力了解成型过程的技术以及长年积累的实践经验 。 压缩成型中塑料被直接放入型腔，这种模具可以比其它模具更为简单。浇口及浇道就不需要了。这样还会节约材料，因为（在其它模具中）清理浇口和熔渣将会损失一 部分热固性塑料。用于压缩成形的压机通常是立式液压机。一台大型压机可能需要操作员全程关注；不过对于小型压机来说，数台压机只需要一个操作员。这些小型 压机布置便利，以便操作员能够挨个操作。当它 再次回到某台压机时，模具已准备好开模了。 5 第一章 .塑料压缩模塑工艺 压缩模塑原理 ： 将塑料加入高温的型腔和加料室，然后以一定的速度将模具闭合，塑料在热和压力的作用下熔融流动，并且很快地充满整个型腔，树脂和固化剂作用发生交联反应，生成不熔不溶的体型化合物，塑料因而固化，成为具有一定形状的制品，当制品完全定型并且 具有最佳性能时，即开启模具取出制品 . (一 )熔融 (塑化 ) 塑料在不同温度下其主要成份高分子台 成树脂表现出三种力学聚集状态，在温度较 低时，分子间的作用力很大，除少数分子链节 有些活动外，长链分子的运动基本被冻结，整个聚集物处于一种脚性状态，形变也很小，这 时表现为玻璃态。当温度上升，分子热运动 增大，塑料体积膨胀，分子链段也开始活动， 并能产生位移，这时塑料呈现柔软而富有弹 性的物质则称高弹态。如果温度继续上升直 到整个塑料大分子链都能移动而开始塑性流 动，财称为粘流态 （二 )流动 (成型 ) 塑科成 型，就在是压力的作用下将粘流 态的塑料在一定条件下的模具中流动成型， 注射成型时塑料是在加热的料筒中使塑料成 为粘流态，然后住入模具型腔，在压缩成型 时，塑料是加入热模中受热软化成为粘流状态并同时加压流动成型。 （ 1） 收缩率计算塑料成型收缩值可用 收缩率表示 ： 收缩率 =模具在室温下的单向尺寸一绪 /塑料件在室温下的单向尺寸 （ 2）影响收缩变化的因素 影响塑料收缩变化的因素，比较复杂，目 前国内外都在进一步探索。由于塑料品种，制品形状、壁厚以及模具结构分型面浇注系 统的因素而引起收缩变化，需要事先从选 材、模具结构上给予充分的考虑，除外就是成型工艺的因素，需要在成型过程中对加工工艺参数的调整和严格控制，一般的情况是这样： (1)增长硬化 (固化、冷却 )时间收缩减少 (2)提高模具温度，收缩增大 (3)塑料预热温度提高，收缩减少 (4)脱模速度快，收缩增大 (5)提高成型不力，收缩减少。 （ 三 ） 硬化速度 热塑性塑料的成型主要是根据受热软 化，受压流动充模，制品在一定的模温 6 的模具 中冷却一定时间固化定型，整个过程是一种 物理变化过程，热固性塑科同样也是受热软 化，受压流动充模，但它须在一定温度范 围内 的模其中，进行由线型小分子变成体型大分 子的化学变化，而这种变化完成的程度与模具结构、材料的导热性、制品的厚度，加热方法、成型温度、压力有关，硬化速度还应适合成型方法的要求，如热固性塑料注射成型时，就要求塑料在料筒中硬化速度缓慢而不损失 流动性，注 A 模内又要快速固化。我们还可以选择必要的手段来了解硬化程度如目测法， 就是看制品是否变形，脱摸是否顺利，制品表面是否光滑 I 用物理的方法可以测定制品的吸术性是否小，硬度、电性能是否好，用化学的方法可以看其在丙酮中的溶解性。除上述主要的工艺特性外，如塑料的比容， 压缩率、结晶性、挥发份含量，吸湿性等特性，我们在成型加工过程中都应很好了解和掌握，才能制得我们所需要的塑料制品。 （四）压缩成型概述 1.压缩成型 特点 （ 1） 塑料直接加入型腔，加料腔是型腔的延伸 （ 2） 模具是在塑件最终成型时才完全闭合 （ 3） 压力通过凸模直接传给塑料 （ 4） 有利于成型流动性较差的以纤维为填料的聚合物 （ 5） 不能压制带有精细、易断嵌件及较多嵌件的塑件 2.压缩成型优势： 1.操作简单，模具结构简单。 2没有浇注系统，料耗少 3可压制较大平面塑件或一次压制多个塑件 4 .生产周 期长、效率低。 7 3压缩模模具结构 8 第二章 .压缩模的种类。 用于压缩成形的模具分为四种基本类型，即：不溢式压缩模，台阶不溢式压缩模，溢式压缩模和半溢式压缩模。（与我国的分类稍有区别。）在不溢式压缩模中，安装于上模的柱塞会进入下模型腔。由于在下模型腔中没有台阶或挡块，柱塞将完全压在塑料上，并把所有的压力施加到塑料上。这样可得到具有良好的电学（指介电性）和物理学性能的致密塑件。加入型腔的塑料必须 准确计量，因为塑料的多少决定了制件的厚度。台阶不溢式压缩模类似于不溢式压缩模，但在预定的位置（指在高度上）添加了台阶来限制柱塞的行程。在这种情况下，台阶吸收了施加在塑件上的部分压力。塑件的厚度可以精确控制，但是密度变化相当大。在溢式压缩模中，上、下模中设置了溢料边。当上模在塑料上施加压力时，多余的塑料被挤到溢料边中，形成飞边。接着飞边被进一步压缩、硬化，最后将阻止上模下行。通常要控制加料使其有少许余量，以确保足够的压力来生产致密的塑件。这类模具在生产中应用广泛，因为它的制造相对容易，并能控制塑件的厚度和致密 度使其接近要求。半溢式压缩模是溢式和台阶不溢式压缩模的综合体。除了溢料边之外，还加进一个台阶来限制上模的行程。 9 压缩模特点归纳： 不溢式压缩模特点 : 加料腔是型腔向上的延续部分 ； 无挤压面 ； 凸模与加料腔有小间隙的配合塑件密度大、质量高 ； 对塑料要求不严 ； 塑件飞边薄且呈垂直状易于去除 ； 加料量必须精确，高度尺寸难于保证 ； 凸模与加料腔内壁有摩擦，易划伤加料腔内部，进而影响塑件外观质量，必须设推出机构； 模具必须设置推出机构； 一般为单型腔，生产效率低。 10 不溢式压缩模特点 : 加料腔是型腔向上的扩大延续部分 有挤压面 不必严格控制加料量 不会伤及凹模侧壁 塑件外形复杂时，凸模和加料腔的形状可以简化； 不适用于压制布片或纤维填料的塑料。 溢式压缩模特点 : 无加料腔 凸模与凹模无配合部分 有环形挤压面 结构简单，成本低 塑件易取出，易排气 安放嵌件方便 加料量无严格要求 模具寿命长 合模太快时，塑料易溢出，浪费原料；合模太慢时，易造成非边增厚； 水平状的非边难于去除，且影响塑件外观； 凸、凹模配合精度较低； 不适用于压制带状、片状或纤维填料的塑料和薄壁或壁厚均匀性要求高的塑件。 11 第三章 .模压设备 （ 1） .模压设备作用 ： 合模 、开模、 顶件 、 提供所需的压力 、 某些情况下也传递压缩过程中所需的热量 （ 2） .模压 设备的种类 按传动方式分 机械式压机 ： 螺旋式压力机 液压机 ： 水压机和油压机 液压机按机身结构分 : 框架式 ： 用于中小型压机 立柱式 ： 用于大中型压机 液压机按加压形式分 : 上压式 ：工作液缸位于上端，下部是固定工作台。 下压式 ： 工作液缸位于下端，操作不便，很少使用。 为了保证压缩模塑的正常进行，应选用适当的压机，并校核模具与压机的关系。 12 第四章 .压缩模塑工艺 （ 1） .模压前的准备 预压 ： 预压方法 ：为方便操作和提高塑件的质量，先用 预压模 将粉状、纤维状的 塑料粉在预压 机上压成 重量一定 、 形状一致 的 锭料 。 采用预压锭料的优点： 1.加料快而准确 2.降低压缩率，减小压料腔尺寸，空气含量少，不仅传热快且气泡少。 3.锭料与塑件形状类似，便于成型复杂或带细小嵌件的塑件。 4.可提高预热温度，缩短预热和固化时间。 5.避免加料过程粉尘飞扬，改善劳动条件 。 生产过程复杂，实际生产中一般不进行预压。 （ 2）对压塑粉的要求 颗粒最好大小相间 压缩率（塑料锭料）宜为 3.0 左右 含有润滑剂 预压条件： 温度：室温或 50 90预压 压力：压力范围 40 200MPa 原则：锭料的密度达到塑件最大密度的 80% 预热和干燥 塑料成型前加热的目的： 去除水分和挥发物 干燥 为压缩模提供热塑料 预热 塑料成型前加热的方法： 塑料预热的方法目前主要有下列几种， (1)模内预热。 (2)电热烘箱预热。 (3)红 外线预热。 (4)高频预热。 (5)螺杆混练预热。 (6)魏波炉预热。 监以 (4)， (5)， (6)为最理想。 嵌件的安放 嵌件 作为塑件中导电部分或使塑件与其它零件相连接的零件。 常用嵌件有轴套、螺钉、螺帽、接线柱等等 嵌件的安放要求位置正确、平稳 （ 3） .模压过程 加料 ：加料在加料之前还需作好各项准 备工作如材料，设备工艺参数调整， 13 模具加热 专用工具、以及要埋入的嵌件，用重量法或容 量法称料，然后打开模具，将要埋入的嵌件放 在下模固定位置，再将称好或预热好的料加 入下模型腔。并按模具大小形状台理分布，加 料也可采用加科器或自动加料。 加料的关键是加料量 定 量的方法： 重量法：准确、麻烦 容量法：方便但不很准 计件法：预压锭料，计数放入 合理堆放塑料，粉料或粒料的堆放要做到中间高四周低，便于气体排放。 合模 ：加完科后就进行闭模，尽量上模在未接 触料时下降速度快些，这样可缩短生产周期 和避免塑料早期固化，上模触及塑料后，速度 要慢些，不然，冷料在宋很好受热的情况下， 流动性较差，这样会产生薄塑型蕊损坏，嵌件 逃位损坏模具，另一方面缓慢加压可充分的 排除气体，但不能过慢，不然，塑料底部过 热，产生早期固化、损失流动性。一般达到完 全闭合约几秒钟 l0几秒不等。 加料后即可合模，合模时间一般从几秒到几十秒不等。 合模过程分为两个部分： 凸模触及塑料之前：尽量加快合模速度（缩短周期，避免塑料过早固化） 凸模触及塑料之后：减慢合模速度（利于排气） 排气 ：由于象酚醛塑料氨基塑科在压缩成型缩 聚固化反应过程中产生小分子物质如术等， 所以要将这些小分子气体排放出模外，排气 不但可以缩短固化时间，而且还有利制品性 能和表现质量的提高，排气一般在闭模后 1O 秒钟之后进行，次数 和时问应按需要而定，通 常排气次数一至二次，每次时间几秒到 1O几秒。又如不饱和聚酯塑料在固化过程中不产 生小分子，所以就不需要排气，总之除产生小 分子以外。塑料 #仍有水份和空气存在，需 要排除。 目的 ： 排除水分和挥发物变成的气体及化学反应的副产物，以免影响塑件性能与表面质量。 方法 ： 合模后加压至一定压力，立即卸压，凸模稍微抬起，连续次。 塑件带有小型金属嵌件则不采用排气操作，以免移位或损坏。 流动性好的塑料采用 迟压法 ，即 从 凸模与塑料接触 到 压模完全闭合的 过程中停顿 1530 秒。 保压与固化 固化：热塑性塑料的固化只需将模具冷却，而热固性塑料的固化是在一定温度的模具中保 持一定时间才能达到固化 固化速度不快的塑料，有时也不必将整个固化过程放在模内 完成，而只需制品完整地脱模即可，因为太长的固化时间会降低生产率。至于在何种温度、 时间、压力条件下固化最理想，就要取决于塑料的温度。 保压时间：从压模闭合加压至卸压取出塑件所用的时间。 保压时间长短受塑料类型、预热情况、塑件形状及压缩程度的影响。 14 固化阶段的要求：在成型压力与温度下保持一定的时间，使交联 反应进行到要求的程度。 脱模 塑件脱模方法： （ 1） 推出机构机自动推出 （ 2） 模外手动推出 （ 3） 复杂塑件在压力下冷却至一定温度后再脱模 3.模压后处理 模具清理 用铜铲或压缩空气清理，以免损模具外观 整形去应力 对薄壁易变形件 在整形模中冷却 大型、厚壁件 脱模后放入一定温度的油池或烘箱中缓慢冷却，或者进行退火处理 修饰抛光 去飞边、毛刺、表面抛光 特殊处理 二次加工：防潮、美观 (电镀、喷涂 ) 15 第五章 压缩模塑工艺条件 要生产出 高质量塑件，除了合理的 模具结构 ，还要正确选择 工艺条件 。 模压压力（成型压力） 模压温度（成型温度） 模压时间 （ 1） .成型压力 成型压力 指压缩塑件时凸模对 塑料熔体 和 固化时在分型面 单位投影面积上的压力（单位 MPa） 较高的压力能使流动性增大并得到密度大的制品，每种塑料由于树脂填料的不同，所需的成型压力也各异，如酚醛玻璃纤维模压塑料的成型压力要 450 50 千克厘米木粉填料为 250l斗 50 千克厘米而湿法生产的不饱和聚酯压塑料则需70 150 千克厘米就够了，过高的成型压力对设备，摸具都是不利的， 而且在较高的成型压力下制得制品，脆性提高，韧性下降。相反过低的成型压力会使制品疏松缺料、影响成型压力变化的因素还有如； (1)成型材料中树脂含量增加，压力就比较低 I (2)树脂缩台变低 I 压力就比较低； (3)含水份多的成型材料流动性好，压力就比较低 (4)制品形状如平板形压力就小而薄壁较高的园简形压力就要高 (5)由于不同制品的投影面积不相同， 但每种成型塑料都有它们自己的单位压力， 投影面积大的压力就高。 施加成型压力的目的： 使塑料充满型腔 使粘流态物质在一定压力下固化 克服塑料在成型过程 中产生的各种顶模力 使模具闭合，防止飞边 16 （ 2） .成型温度 成型温度 指压缩时所需的模具温度，对塑件质量、模压时间影响很大 热固性塑料的模内温度高于模具温度 （ 3） .模压时间 模压时间 指塑料在闭合模具中固化变硬所需的时间。与塑料品种、含水量、塑件形状尺寸、成型温度、压缩模具结构、预压预热、成型压力等因素有关。 （ 4） .成型时间：是指塑料加入模具型腔待模具闭合并加到规定压力开始到制品出模的时间每种压塑料都有规定单位成型时间是有差异的，一般均在 0 8 2 5 17 分中之间，塑料 压制件的成型时间计算原理是最厚部分壁厚乘以所用塑料 单位成型时间即得。 成型时间过短，塑料硬化不好，制品极易变形，起泡表面灰暗无光，严重影响制品性 能。 压制时间太长，生产效率差，制品发晦，极易粘模，也会影响制品性能，为了提高生产 效率，缩短成型时间，但又不影响制品性能，可采用快固化塑料来压制品之外，最有效的 办法是塑料预热。 18 第六章 . 热固性塑料压缩成型常见问题及解决办法 19 结束语 ： 在压缩成形中，粉状或预压塑料 被放入加热过的金属型腔中。这种模具的分型面处于水平方向，工作时模具的上半部分垂直下降，