第五章压制成型tint

1、第五章第五章 压制成型压制成型历史最久，最重要的方法之一。历史最久，最重要的方法之一。广泛用于广泛用于热固性塑料和橡胶制品热固性塑料和橡胶制品的成型加工。的成型加工。压制成型是指主要依靠外压的作用，实现成型物料压制成型是指主要依靠外压的作用，实现成型物料造型的造型的一次成型一次成型技术。技术。可分为可分为模压成型模压成型和和层压成型层压成型两大类，前者包括两大类，前者包括热固热固性塑料性塑料的模压成型的模压成型(即即压缩模塑压缩模塑)、橡胶的模压成型、橡胶的模压成型(即即模型硫化模型硫化)和增强复合材料的模压成型，后者包括和增强复合材料的模压成型，后者包括复合材料复合材料的高压和低压压制成型。

2、的高压和低压压制成型。 压制成型的主要特点是需要压制成型的主要特点是需要较大的压力较大的压力，加速成型，加速成型时的物理化学变化，防止制品出现气泡，保证制品时的物理化学变化，防止制品出现气泡，保证制品的质量。的质量。 第一节第一节 热固性塑料的模压成型热固性塑料的模压成型通常称压缩模塑。其工艺过程是将通常称压缩模塑。其工艺过程是将模塑料在已加热模塑料在已加热到指定温度的模具中加压到指定温度的模具中加压，使物料熔融流动并均匀，使物料熔融流动并均匀地充满模腔，在地充满模腔，在加热和加压加热和加压的条件下经过一定的时的条件下经过一定的时间，使其发生间，使其发生化学交联化学交联反应而变成具有三维体型结

3、反应而变成具有三维体型结构的热固性塑料制品。构的热固性塑料制品。 模压成型是间歇操作，模压成型是间歇操作，工艺成熟工艺成熟，生产，生产控制方便控制方便，成型成型设备和模具设备和模具较较简单简单，所得制品的，所得制品的内应力小内应力小，取取向程度低向程度低，不易变形，稳定性较好。但其，不易变形，稳定性较好。但其缺点缺点是生是生产产周期长周期长，生产，生产效率低效率低，较难实现生产自动化，因，较难实现生产自动化，因而劳动强度较大，不能成型而劳动强度较大，不能成型形状复杂和较厚制品形状复杂和较厚制品。适用于模压成型的热固性塑料主要有适用于模压成型的热固性塑料主要有酚醛塑料酚醛塑料、氨氨基塑料、环氧树

4、脂、有机硅树脂、聚酯树脂、聚酰基塑料、环氧树脂、有机硅树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺亚胺等。制品类型很多，主要有电器制品、机器零等。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。部件以及日用制品等。 一、热固性模塑料的成型工艺性能一、热固性模塑料的成型工艺性能 模塑料的主要成型工艺性能有以下几点：模塑料的主要成型工艺性能有以下几点：1流动性流动性 热固性模塑料的流动性是指其在受热和热固性模塑料的流动性是指其在受热和受压作用下受压作用下充满模具型腔的能力充满模具型腔的能力。流动性首先与模塑料流动性首先与模塑料本身的性质本身的性质有关，其次与有关，其次与模具模具和成型工艺和成型工艺条件有关。条

5、件有关。 不同的模压制品要求有不同的流动性。不同的模压制品要求有不同的流动性。 2固化速率固化速率 热固性塑料成型时热固性塑料成型时特有的特有的也是也是最重要最重要的的工艺性能，它是衡量热固性塑料成型时工艺性能，它是衡量热固性塑料成型时化学反应化学反应的速度的速度。固化速率主要由热固性塑料的固化速率主要由热固性塑料的交联反应性质交联反应性质决定，决定，并受成型前的并受成型前的预压预压、预热预热条件以及条件以及成型工艺成型工艺条件如条件如温度和压力等多种因素的影响。温度和压力等多种因素的影响。固化速率应当固化速率应当适中适中。 3. 成型收缩率成型收缩率 成型收缩率成型收缩率SL定义为：在常温常

6、压下，模具定义为：在常温常压下，模具型腔的型腔的单向尺寸单向尺寸L0和和制品相应的单向尺寸制品相应的单向尺寸L之差之差与模具型与模具型腔的单向尺寸腔的单向尺寸L0之比之比：成型收缩率大的制品易发生成型收缩率大的制品易发生翘曲变形翘曲变形，甚至，甚至开裂开裂。 产生制品收缩的因素很多，产生制品收缩的因素很多，首先首先，发生了化学交联，发生了化学交联，密度变大，产生收缩；密度变大，产生收缩；其次其次是塑料和金属的热膨胀是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系数相差很大，故冷却后塑料的收缩比金属模具大得多；得多；第三第三是制品脱模后有弹性回复和塑性变形产是制品脱模后有弹性回

7、复和塑性变形产生使制品的生使制品的体积发生变化体积发生变化。%10000LLLSL 影响成型收缩率的因素主要有影响成型收缩率的因素主要有成型工艺条件成型工艺条件，制品的制品的形状大小形状大小以及塑料以及塑料本身固有的性质本身固有的性质。表表51为热固性塑料的成型收缩率。为热固性塑料的成型收缩率。模塑料模塑料密度密度/(g/cm3)压缩率压缩率成型收缩率成型收缩率/%PF木粉木粉PF石棉石棉PF布布UF - -纤维素纤维素MF - -纤维素纤维素MF石棉石棉EP玻璃纤维玻璃纤维PDAP玻璃纤维玻璃纤维UP玻璃纤维玻璃纤维1.321.451.522.01.36 1.431.47 1.521.47

8、1.521.7 2.01.8 2.01.55 1.882.14.42.0143.5 182.2 3.02.1 3.12.1 2.52.7 7.01.9 4.80.40.90.6 1.40.5 1.50.1 0.50.1 0.50.1 1.2表表 51 热固性塑料的成型收缩率和压缩率热固性塑料的成型收缩率和压缩率4压缩率压缩率热固性模塑料的表观相对密度热固性模塑料的表观相对密度d1与制品的相与制品的相对密度对密度d2相差很大，模塑料在模压前后的体相差很大，模塑料在模压前后的体积变化很大，可用压缩率积变化很大，可用压缩率Rp来表示：来表示：Rp总是大于总是大于1。通常降低压缩率的方法是模。通常降低

9、压缩率的方法是模压成型前对物料进行预压。表压成型前对物料进行预压。表51为热固性为热固性塑料的压缩率。塑料的压缩率。12ddRp二、模压成型的设备和模具 1压机压机模压成型的主要设备是模压成型的主要设备是压机压机，压机的种类很，压机的种类很多，有多，有机械式和液压式机械式和液压式。目前常用的是液压。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机，且多数是油压机。液压机的结构形式很多，主要的是多，主要的是上压式上压式液压机和液压机和下压式下压式液压机。液压机。(1)上压式液压机上压式液压机 如图如图51所示，压机的工作所示，压机的工作油缸设在压机的上方，柱塞由上往下压，下油缸设在压机的

10、上方，柱塞由上往下压，下压板是固定的。模具的压板是固定的。模具的阳模和阴模阳模和阴模可以分别可以分别固定在上下压板上，靠上压板的升降来完成固定在上下压板上，靠上压板的升降来完成模具的启闭和对塑料施加压力。模具的启闭和对塑料施加压力。图图 51 上压式液压机上压式液压机1主油缸主油缸 2主油缸柱赛主油缸柱赛3上梁上梁 4支柱支柱 5活动板活动板6上模板上模板 7阳模阳模 8阴模阴模9下模板下模板 10机台机台 11顶出缸柱塞顶出缸柱塞 12顶出油缸顶出油缸 13机座机座 (2)下压式液压机下压式液压机 如图如图52所示，压所示，压机的工作机的工作油缸油缸设在设在压机的压机的下方下方，柱塞，柱塞由

11、由下往上压下往上压。压机的主要参数是压机的主要参数是公称压力公称压力、柱塞直柱塞直径径、压板尺寸压板尺寸和和工工作行程作行程。 图图 52 下压式液压机下压式液压机1固定垫板固定垫板 2绝热层绝热层 3上模板上模板4拉杆拉杆 5柱塞柱塞 6压筒压筒7行程调节套行程调节套 8下模板下模板 9活动垫板活动垫板10机座机座 11液压管线液压管线一般用公称压力来表示压机的规格，可按下一般用公称压力来表示压机的规格，可按下式计算：式计算： 式中式中 D油压柱塞直径，油压柱塞直径，cm pL压机能承受的最高压力，压机能承受的最高压力，MPa压板压板尺寸决定了压机能模压尺寸决定了压机能模压制品的面积大小制品

12、的面积大小，而工作而工作行程行程决定了模具的决定了模具的高度高度，也决定了能，也决定了能模压模压制品的厚度制品的厚度。 22104DppL2模具模具模压成型用的模具按其模压成型用的模具按其结构特点分主要有结构特点分主要有溢式、溢式、不溢式和半溢式不溢式和半溢式模具三模具三种。种。 (1)溢式模具溢式模具 结构如图结构如图53所示，是由所示，是由阴模阴模和和阳模阳模两部分组成，阴阳两部分组成，阴阳两部分的准确闭合由导两部分的准确闭合由导合钉来保证，制品的脱合钉来保证，制品的脱模靠顶出杆完成，但小模靠顶出杆完成，但小型的溢式模具不一定有型的溢式模具不一定有导合钉和顶出杆。导合钉和顶出杆。图图 53

13、 溢式模具示意图溢式模具示意图1上模板上模板 2组合式阳模组合式阳模3导合钉导合钉 4阴模阴模5气口气口 6下模板下模板7推顶杆推顶杆 8制品制品 9溢料缝溢料缝(2)不溢式模具不溢式模具 结构如图结构如图54所示，特点是不让物所示，特点是不让物料从模具型腔中溢出，料从模具型腔中溢出，模模压压力全部施加在物料上压压力全部施加在物料上，可得高密度制品。不但可可得高密度制品。不但可以以适用于流动性较差和压适用于流动性较差和压缩率缩率较大的塑料，而且可较大的塑料，而且可压制压制牵引度较长的制品牵引度较长的制品。模具模具结构结构较为较为复杂复杂，成本成本高高，压制时操作，压制时操作技术要求技术要求较高

14、较高。必须用。必须用重量法加料重量法加料。此外，模压时不易排气，此外，模压时不易排气，固化时间较长。固化时间较长。图图 54 不溢式模具示意图不溢式模具示意图1阳模阳模 2阴模阴模3制品制品 4脱模杆脱模杆5定位下模板定位下模板(3)半溢式模具半溢式模具 结构介于滥式和不滥式之间，结构介于滥式和不滥式之间，分分有支承面有支承面和和无支承面无支承面两种形式两种形式5-5所示。所示。1)有支承面有支承面：除装料室外，与溢式模具相似。：除装料室外，与溢式模具相似。成本高，容易使压力损失。成本高，容易使压力损失。2)无支承面无支承面：与不溢式模具很相似，所不同：与不溢式模具很相似，所不同的是阴模在进口

15、处开设向外倾斜的斜面，的是阴模在进口处开设向外倾斜的斜面，制造成本及操作要求均较不溢式模具低。制造成本及操作要求均较不溢式模具低。 在上述模具基本结构特征的基础上，还有在上述模具基本结构特征的基础上，还有多槽模和瓣合模多槽模和瓣合模等。等。 图图 55 半溢式模具示意图半溢式模具示意图（a）有支承面）有支承面 （b）无支承面）无支承面1阳模阳模 2制品制品 3阴模阴模 4溢料刻槽溢料刻槽 5支承面支承面（A段为装料室，段为装料室，B段为平直段）段为平直段）三、模压成型工艺热固性塑料模压成型工艺过程通常由成型物热固性塑料模压成型工艺过程通常由成型物料的料的准备、成型和制品后处理准备、成型和制品后

16、处理三个阶段组成，三个阶段组成，工艺过程见图工艺过程见图56所示。所示。压塑料计量预压或预热加料模具清理和嵌件安放闭模排气保压固化脱模制品后处理热固性塑料制品图 56 热固性塑料模压成型工艺流程1. 计量计量计量主要有计量主要有重量法重量法和和容量法容量法。2. 预压预压预压有如下作用和优点：预压有如下作用和优点： 1)加料快、准确、无粉尘加料快、准确、无粉尘；2)降低压缩率，可降低压缩率，可减小模具装料室和模具高度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缩短了预热和固化的时

17、间，制品也，制品也不易出现气泡不易出现气泡；4)便于成型较大或带有精细嵌件的制品便于成型较大或带有精细嵌件的制品。影响预压料质量的因素主要有模塑料的影响预压料质量的因素主要有模塑料的水分水分，颗粒大小，压颗粒大小，压缩率，预压温度和压力缩率，预压温度和压力等。等。 一般预压在一般预压在室温下室温下进行，如果在室温下不易预压也可将预压进行，如果在室温下不易预压也可将预压温度提高到温度提高到50一一90；预压物的密度一般要求达到制品密度；预压物的密度一般要求达到制品密度的的80。预压的主要设备是预压的主要设备是预压机和压模预压机和压模。常用的预压机有。常用的预压机有偏心式和偏心式和旋转式旋转式两种

18、；压模结构由上阳模、下阳模和阴模三部分组成。两种；压模结构由上阳模、下阳模和阴模三部分组成。 3预热预热模压前对塑料进行加热具有模压前对塑料进行加热具有预热和干燥预热和干燥两个两个作用。作用。热固性塑料在模压前进行预热有以下优点：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，缩短成型时能加快塑料成型时的固化速度，缩短成型时间；间；2)提高塑料流动性，增进固化的均匀性，提高提高塑料流动性，增进固化的均匀性，提高制品质量，降低废品率；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可降低模压压力，可成型流动性差的塑料或较大的制品。较大的制品。预热温度和时间根

19、据塑料品种而定。表预热温度和时间根据塑料品种而定。表5-2为为各种热固性塑料预热温度。各种热固性塑料预热温度。PFUF MFPDAPEP预热温度/预热时间/S9012060601004060100607011030609030表表 52 热固性塑料的预热温度（高频预热）热固性塑料的预热温度（高频预热）热固性树脂是有反应热固性树脂是有反应活性的，预热温度过活性的，预热温度过高或时间过长，会降高或时间过长，会降低流动性低流动性(图图57) 。常用预热方法有常用预热方法有电热电热板加热、烘箱加热、板加热、烘箱加热、红外线加热和高频电红外线加热和高频电热热等。等。图图 57 预热时间对流动性的影响预热

20、时间对流动性的影响 热塑性酚醛压塑料热塑性酚醛压塑料 ，（，（1801801010）4嵌件安放嵌件安放模压带嵌件的制品时，嵌件必须在模压带嵌件的制品时，嵌件必须在加料前放入模具加料前放入模具。嵌件安放要求嵌件安放要求平稳准确平稳准确。5加料加料把已计量的模塑料加入模具内，加料关键是把已计量的模塑料加入模具内，加料关键是准确均准确均匀匀。6闭模闭模加料完毕后闭合模具，操作时应加料完毕后闭合模具，操作时应先快后慢先快后慢。7排气排气在闭模后塑料受热软化、熔融，并开始交联缩聚反在闭模后塑料受热软化、熔融，并开始交联缩聚反应，副产物有应，副产物有水和低分子物水和低分子物，因而要，因而要排出排出气体。气

21、体。掌握排气掌握排气时间时间，排气的，排气的次数和时间次数和时间根据具体情况而根据具体情况而定。定。 8保压固化保压固化在在一定的模压压力和温度下一定的模压压力和温度下保持一段时间，保持一段时间，使热固性树脂的使热固性树脂的缩聚反应缩聚反应推进到所需的程度。推进到所需的程度。保压固化时间取决于保压固化时间取决于塑料的类型塑料的类型、制品的厚制品的厚度、预热情况、模压温度和压力度、预热情况、模压温度和压力等，过长或等，过长或过短的固化时间对制品性能都不利。过短的固化时间对制品性能都不利。一般在模内的保压固化时间为一般在模内的保压固化时间为数分钟数分钟。9脱模冷却脱模冷却 固化完毕即可固化完毕即可

22、趁热脱模趁热脱模，以，以缩短缩短成型成型周期周期。脱模通常是靠脱模通常是靠顶出杆顶出杆来完成的，带有嵌件和来完成的，带有嵌件和成型杆的制品应先用专门工具将成型杆的制品应先用专门工具将成型杆等拧成型杆等拧脱再行脱模脱再行脱模。 10制品后处理制品后处理制品的外观和内在质量，脱模后需对制品进制品的外观和内在质量，脱模后需对制品进行行修整和热处理修整和热处理。修整主要是去掉修整主要是去掉毛边毛边；热处理是使制品；热处理是使制品固化固化更趋完全更趋完全，同时，同时减少减少或消除制品的或消除制品的内应力内应力，提高制品的耐热性、电性能和强度。提高制品的耐热性、电性能和强度。热处理的温度一般热处理的温度一

23、般比成型温度高比成型温度高1050，而热处理而热处理时间时间则视塑料的品种、制品的结构则视塑料的品种、制品的结构和壁厚而定。和壁厚而定。 四、模压成型工艺条件及控制图图58 热固性塑料模压成型热固性塑料模压成型 时的压力温度体积关系时的压力温度体积关系：无支承面：无支承面 ：有支承面：有支承面在在无支承面无支承面的模具中，当模的模具中，当模具完全闭合时，物料所承受具完全闭合时，物料所承受的压力是不变。的压力是不变。A点为模具点为模具处在处在开启开启状态下加料时物料状态下加料时物料的压力、温度和体积情况；的压力、温度和体积情况；B点为模具点为模具闭合闭合并施加压力，并施加压力，物料受压而物料受压

24、而体积减小体积减小，温度温度升高，压力升高升高，压力升高；B点之后点之后，当模腔内当模腔内压力达最大时压力达最大时，体体积积也压缩到所也压缩到所对应的值对应的值，物，物料料温度温度也达也达一定值一定值；随后由于物料吸热膨胀，在模腔压力不变的情况下随后由于物料吸热膨胀，在模腔压力不变的情况下体积胀大，到体积胀大，到C点物料温度达到模具相同的温度点物料温度达到模具相同的温度，体积体积也膨胀到一定值；随着交联固化反应的进行，也膨胀到一定值；随着交联固化反应的进行，因反应放热，因反应放热，物料温度会升高物料温度会升高，甚至高于模温，到，甚至高于模温，到D点达最高点达最高；同时由于交联以及反应过程中低分

25、子；同时由于交联以及反应过程中低分子物放出引起物料物放出引起物料体积收缩体积收缩，之后虽然，之后虽然压力和温度均压力和温度均保持不变保持不变，但交联固化反应的继续进行使，但交联固化反应的继续进行使物料体积物料体积不断减小不断减小；E点模压完成后点模压完成后卸压卸压，模内压力迅速降模内压力迅速降至常压至常压，但开模后成型物的体积由于压缩弹性形变，但开模后成型物的体积由于压缩弹性形变的的回复而再次胀大回复而再次胀大，脱模后脱模后制品在常压下逐渐冷却，制品在常压下逐渐冷却，温度下降温度下降，体积体积也随之也随之减小减小；F点点以后，制品逐渐以后，制品逐渐冷至冷至室温室温，由于体积收缩的滞后，制品体积

26、减小到，由于体积收缩的滞后，制品体积减小到与室温相对应的值需要与室温相对应的值需要相当长的时间相当长的时间。在在有支承面有支承面的模具中，物料的压力的模具中，物料的压力温度温度体积的体积的关系关系与无支承面与无支承面的模具情况的模具情况稍有不同稍有不同，这是因为有，这是因为有支承面的模具闭合后模腔内的支承面的模具闭合后模腔内的容积容积保持保持不变不变，多余，多余的物料在高压下可经排气槽和分型面少量溢出，所的物料在高压下可经排气槽和分型面少量溢出，所以合模施压之后以合模施压之后(B点之后点之后)，模腔内的，模腔内的压力压力上升到上升到最最大值之后又很快下降大值之后又很快下降，后因物料吸热但无法膨

27、胀，后因物料吸热但无法膨胀，导致导致压力有所回升压力有所回升，随后因交联反应的进行，也由，随后因交联反应的进行，也由于阳模不能下移，物料体积不能减小而使模腔内的于阳模不能下移，物料体积不能减小而使模腔内的压力逐渐下降。压力逐渐下降。对热固性塑料的实际模压成型过程来说，物料的对热固性塑料的实际模压成型过程来说，物料的压压力、温度和体积力、温度和体积随时间变化的关系是随时间变化的关系是介于上述两种介于上述两种典型情况之间典型情况之间。 影响模压成型过程的影响模压成型过程的主要因素主要因素是是压力、温度和时间压力、温度和时间。 1模压压力模压压力模压压力是指成型时压机对塑料所施加的压力，可模压压力是

28、指成型时压机对塑料所施加的压力，可用下式计算：用下式计算： 式中式中 pm 模压压力，模压压力，MPa； Pg 压机实际使用的液压，压机实际使用的液压，MPa； D 压机主油缸活塞的直径，压机主油缸活塞的直径，cm； Am塑料制件在受压方向的投影面积，塑料制件在受压方向的投影面积，cm2。gmmpADp42模压压力取决于塑模压压力取决于塑料的料的工艺性能和成工艺性能和成型工艺条件型工艺条件。实际上模压压力主实际上模压压力主要受物料在模腔内要受物料在模腔内的的流动流动情况制约。情况制约。从图从图5-9可以看出压可以看出压力对流动性的影响。力对流动性的影响。图图59 热固性塑料模压压力热固性塑料模

29、压压力 对流动固化曲线的影响对流动固化曲线的影响 a：pm=50MPa b：pm=20MPa c：pm=10MPa如果预热温度过高如果预热温度过高或预热时间过长会或预热时间过长会使塑料在预热过程使塑料在预热过程中有部分固化，会中有部分固化，会抵消预热增大流动抵消预热增大流动性效果，模压时需性效果，模压时需更高的压力来保证更高的压力来保证物料充满型腔物料充满型腔(见图见图5-10)。 图图510 热固性塑料预热温热固性塑料预热温 度对模压压力的影响度对模压压力的影响2模压温度模压温度 模压温度是指成型时所规定的模压温度是指成型时所规定的模具模具温度。温度。在一定的温度范围内，在一定的温度范围内，

30、模温升高模温升高，物料，物料流动性流动性提高，提高，充模顺利充模顺利，交联交联固化速度固化速度增加增加，模压，模压周期缩短周期缩短，生，生产产效率高效率高。但过高的模压温度会使塑料的交联反应。但过高的模压温度会使塑料的交联反应过早过早开始和固化速度太快而使塑料的熔融开始和固化速度太快而使塑料的熔融粘度增加粘度增加，流动性下降，造成充模不全，见图流动性下降，造成充模不全，见图5-11。模压形状。模压形状复杂、壁薄、深度大复杂、壁薄、深度大的制品，的制品，-不宜选用高模温不宜选用高模温，但，但经过经过预热预热的塑料进行模压时，由于内外层温度较均的塑料进行模压时，由于内外层温度较均匀，流动性好，匀，

31、流动性好，可选用较高模温可选用较高模温。模压温度模压温度过低过低时，不仅物料时，不仅物料流动性差流动性差，而且固化，而且固化速速度慢度慢，交联反应难以充分进行，会造成制品，交联反应难以充分进行，会造成制品强度低强度低，无光泽，甚至制品表面出现肿胀。无光泽，甚至制品表面出现肿胀。幻灯片幻灯片 30图图511 热固性塑料流量与温度的关系热固性塑料流量与温度的关系apm=30MPabpm=10MPa3模压时间模压时间 模压时间模压时间是指塑料从充模加压到完全固化为是指塑料从充模加压到完全固化为止的这段时间。止的这段时间。模压时间主要与模压时间主要与塑料的固化速度有关塑料的固化速度有关，而固，而固化速

32、度决定于化速度决定于塑料的种类塑料的种类。此外此外，与制品的，与制品的形状、厚度、模压温度和压力，以及是否预形状、厚度、模压温度和压力，以及是否预热和预压等有关。热和预压等有关。模压模压温度升高温度升高，塑料的固化速度加快，模压，塑料的固化速度加快，模压时间减少时间减少。固化。固化时间时间与制品与制品厚度厚度成成正比正比(见图见图5-12所示所示)，合适的合适的预热预热条件可以加快物料在模腔内充模条件可以加快物料在模腔内充模和升温过程，因而有利于和升温过程，因而有利于缩短模压时间缩短模压时间。 第二节第二节 橡胶制品的模型硫化橡胶制品的模型硫化图图512 酚醛塑料制品厚度与模压温酚醛塑料制品厚

33、度与模压温 度和固化时间的关系度和固化时间的关系第二节第二节 橡胶制品的模型硫化橡胶制品的模型硫化通常把橡胶的模压称作通常把橡胶的模压称作模型硫化模型硫化，在橡胶制，在橡胶制品生产中，模型硫化在硫化工艺中应用最为品生产中，模型硫化在硫化工艺中应用最为广泛。广泛。 硫化是橡胶制品生产过程中硫化是橡胶制品生产过程中最重要的工艺最重要的工艺过过程，橡胶经历了一系列的程，橡胶经历了一系列的物理和化学变化物理和化学变化，其物理其物理机械机械性能和性能和化学性化学性能得到了能得到了改善改善 。硫化是橡胶硫化是橡胶大分子链大分子链发生化学交联反应的过发生化学交联反应的过程，这一过程是在一定程，这一过程是在一

34、定温度、压力和时间温度、压力和时间条条件下完成的。件下完成的。 一、橡胶制品及生产工艺一、橡胶制品及生产工艺橡胶制品通常可分为如下几大类：橡胶制品通常可分为如下几大类：1)轮胎轮胎 轮胎是橡胶制品中主要的产品之一，在橡胶轮胎是橡胶制品中主要的产品之一，在橡胶中所占的中所占的比例最大比例最大，世界上有，世界上有50一一60的生胶用的生胶用于生产各种轮胎。于生产各种轮胎。2)胶带胶带 按其功能不同可以分为运输物料用的运输胶按其功能不同可以分为运输物料用的运输胶带和传递动力用的传动胶带。带和传递动力用的传动胶带。 3)胶管胶管 根据胶管的材料和结构不同，有全胶胶管、根据胶管的材料和结构不同，有全胶胶

35、管、夹布胶管、编织胶管、缠绕胶管、针织胶管和吸引夹布胶管、编织胶管、缠绕胶管、针织胶管和吸引胶管。胶管。 4)胶鞋胶鞋 在橡胶制品所占的比例也很大，胶鞋根据不在橡胶制品所占的比例也很大，胶鞋根据不同的生产方法有贴合鞋、模压鞋和注压鞋。同的生产方法有贴合鞋、模压鞋和注压鞋。 ，5)橡胶工业制品橡胶工业制品 如密封件、胶辊、胶布、胶板、减如密封件、胶辊、胶布、胶板、减震制品等，品种繁多。震制品等，品种繁多。 橡胶制品的基本工艺过程包括橡胶制品的基本工艺过程包括配合配合、生胶、生胶塑塑炼炼、胶料、胶料混炼混炼、成型、成型、硫化硫化五个基本过程，五个基本过程，如图如图513所示。所示。 生胶生胶塑炼塑

36、炼配合配合混炼混炼配合剂配合剂模压模压压延压延压出压出注压注压成型成型硫化硫化制品制品图图513 橡胶制品生产工艺过程示意图橡胶制品生产工艺过程示意图在各种橡胶制品生产工艺过程中，在各种橡胶制品生产工艺过程中，配合、塑配合、塑炼、混炼炼、混炼工序基本相同，工序基本相同，模压和注压模压和注压工序中工序中成型与硫化实际上是成型与硫化实际上是同时同时进行的。进行的。压延和压压延和压出出所得的可以是所得的可以是直接直接进行硫化的半成品，也进行硫化的半成品，也可以经压延、压出后得一定形状的可以经压延、压出后得一定形状的坯料坯料，制，制成各种成各种半成品半成品，再经，再经硫化得制品硫化得制品。 橡胶制品可

37、以分为橡胶制品可以分为模型模型制品和制品和非模型非模型制品两制品两大类。模型制品是指在大类。模型制品是指在模型中定型模型中定型并硫化的并硫化的制品。而不用模型制造的，如胶布、胶管以制品。而不用模型制造的，如胶布、胶管以及压延制得的胶片、胶布、贴合制造的贴合及压延制得的胶片、胶布、贴合制造的贴合鞋、氧气袋、胶辊等都是非模型制品。模型鞋、氧气袋、胶辊等都是非模型制品。模型制品的制造工艺主要有两种，即模压法和注制品的制造工艺主要有两种，即模压法和注压法。压法。二、橡胶制品的硫化二、橡胶制品的硫化硫化硫化是橡胶制品制造工艺的一个是橡胶制品制造工艺的一个必要过程，必要过程，也是橡也是橡胶加工所胶加工所特

38、有特有的工序。橡胶通过硫化获得了必需的的工序。橡胶通过硫化获得了必需的物理机械性能和化学性能。物理机械性能和化学性能。1橡胶在硫化过程中的结构与性能的变化橡胶在硫化过程中的结构与性能的变化硫化前，橡胶分子是呈卷曲状的硫化前，橡胶分子是呈卷曲状的线型线型结构，其分子结构，其分子链具有运动的独立性，大分子之间是以范德华力相链具有运动的独立性，大分子之间是以范德华力相互作用的，当受外力作用时，大分子链段易发生位互作用的，当受外力作用时，大分子链段易发生位移，在性能上表现出较大的变形，可塑性大，强度移，在性能上表现出较大的变形，可塑性大，强度不大，具有不大，具有可溶性可溶性。硫化后，橡胶大分子被交联成

39、。硫化后，橡胶大分子被交联成网状网状结构，大分子链之间有主价键力的作用，使大结构，大分子链之间有主价键力的作用，使大分子链的相对运动受到一定的限制，在外力作用下，分子链的相对运动受到一定的限制，在外力作用下，不易发生较大的位移，变形减小，强度增大，失去不易发生较大的位移，变形减小，强度增大，失去可溶性，只能有限可溶性，只能有限溶胀溶胀。(1)物理机械性能的变化物理机械性能的变化 橡胶在硫化过程中，随橡胶在硫化过程中，随着线型大分子逐渐变为着线型大分子逐渐变为网状结构，可塑性减小，网状结构，可塑性减小，拉伸强度、定伸强度、拉伸强度、定伸强度、硬度、弹性增加硬度、弹性增加，而，而伸伸长率、永久变形

40、、疲劳长率、永久变形、疲劳生热生热等相应等相应减小减小，但若，但若继续继续硫化，则硫化，则拉伸强度、拉伸强度、弹性逐渐下降弹性逐渐下降，伸长率、伸长率、永久变形永久变形反而会反而会上升上升的的现象，如图现象，如图5-14。图图514 橡胶在硫化过程中橡胶在硫化过程中 物理机械性能的变化物理机械性能的变化1拉伸强度拉伸强度 2定伸强度定伸强度3弹性弹性 4伸长率伸长率5硬度硬度 6永久变形永久变形(2)物理性质的变化物理性质的变化 橡胶在硫化过程中，橡胶在硫化过程中，交联密度交联密度发生了显著的发生了显著的变变化化。橡胶的。橡胶的密度增加密度增加，透气性、透水性减少透气性、透水性减少，相对分子质

41、量增大，能使生胶溶解的溶剂只能相对分子质量增大，能使生胶溶解的溶剂只能使硫化胶使硫化胶溶胀溶胀，而且交联度越大，溶胀越少，而且交联度越大，溶胀越少。硫化也硫化也提高提高了橡胶的了橡胶的热稳定性和使用温度热稳定性和使用温度范围。范围。(3)化学稳定性的变化化学稳定性的变化 硫化后，化学活性比较高的基团或原子上发生硫化后，化学活性比较高的基团或原子上发生了交联，老化反应难以进行。橡胶形成网状结了交联，老化反应难以进行。橡胶形成网状结构后，使低分子扩散受到更大的阻碍，导致橡构后，使低分子扩散受到更大的阻碍，导致橡胶老化的自由基难以扩散，胶老化的自由基难以扩散，提高提高了橡胶的了橡胶的化学化学稳定性稳

42、定性。 2硫化历程硫化历程硫化历程图如图硫化历程图如图515所示，橡胶的硫化历所示，橡胶的硫化历程可分为四个阶段：程可分为四个阶段：焦烧阶段、预硫阶段、焦烧阶段、预硫阶段、正硫化阶段和过硫阶段正硫化阶段和过硫阶段。 图图515 橡胶硫化历程图橡胶硫化历程图A起硫快速的胶料起硫快速的胶料 B有迟延特性的胶料有迟延特性的胶料C过硫后定伸强度继续上升的胶料过硫后定伸强度继续上升的胶料D具有返原性的胶料具有返原性的胶料a1操作焦烧时间操作焦烧时间a2剩余焦烧时间剩余焦烧时间b模型硫化时间模型硫化时间(1)焦烧阶段焦烧阶段 又称硫化又称硫化诱导期诱导期，是指橡胶在硫，是指橡胶在硫化开始前的延迟作用时间，

43、在此阶段胶料化开始前的延迟作用时间，在此阶段胶料尚尚未开始交联未开始交联，胶料在模型内有良好的流动性。，胶料在模型内有良好的流动性。 胶料的实际焦烧时间包括操作焦烧时间胶料的实际焦烧时间包括操作焦烧时间(a1)和残余焦烧时间和残余焦烧时间(a2)两部分。两部分。(2)预硫阶段，焦烧期以后橡胶预硫阶段，焦烧期以后橡胶开始交联开始交联的阶段。的阶段。 预硫阶段的长短反映了橡胶硫化反应速度的预硫阶段的长短反映了橡胶硫化反应速度的快慢，主要快慢，主要取决于取决于胶料的胶料的配方配方。 (3)正硫化阶段正硫化阶段 橡胶的交联反应达到一定的程度，此橡胶的交联反应达到一定的程度，此时的各项物理机械性能均达到

44、或接近最佳值，其时的各项物理机械性能均达到或接近最佳值，其综综合性能最佳合性能最佳。也称为。也称为平坦平坦硫化阶段。此阶段所取的硫化阶段。此阶段所取的温度和时间称为正硫化温度和正硫化时间。硫化平温度和时间称为正硫化温度和正硫化时间。硫化平坦阶段的长短取决于胶料的配方，主要是坦阶段的长短取决于胶料的配方，主要是促进剂和促进剂和防老剂防老剂的种类。的种类。 (4)过硫阶段过硫阶段 正硫化以后正硫化以后继续硫化继续硫化便进入过硫阶段。便进入过硫阶段。在过硫阶段断链多于交联而出现在过硫阶段断链多于交联而出现硫化返原现象硫化返原现象；过；过硫阶段胶料的性能变化情况反映了硫化平坦期的长硫阶段胶料的性能变化

45、情况反映了硫化平坦期的长短，不仅表明了胶料热稳定性的高低，而且对硫化短，不仅表明了胶料热稳定性的高低，而且对硫化工艺的安全性及制品硫化质量有直接影响。硫化平工艺的安全性及制品硫化质量有直接影响。硫化平坦期的长短，除了橡胶本身分子结构影响以外，在坦期的长短，除了橡胶本身分子结构影响以外，在很大程度上取决于很大程度上取决于硫化体系硫化体系。如图。如图16所示。所示。 图图516 硫化曲线类型硫化曲线类型如硫磺硫化体系，且用超促进剂如硫磺硫化体系，且用超促进剂(如如TMTD)的胶料，易产生疏化返原现象的胶料，易产生疏化返原现象(如图如图516a线线)。非硫磺硫化体系，或者硫磺硫化体系，虽用超促进剂但

46、硫磺用量。非硫磺硫化体系，或者硫磺硫化体系，虽用超促进剂但硫磺用量较低较低(即低硫高促即低硫高促)，可获得较长的平坦期，可获得较长的平坦期(如图如图516b线线)，甚至对有些胶料，甚至对有些胶料(如如丁苯、丁腈橡胶丁苯、丁腈橡胶)，出现过疏期性能仍上升的现象，出现过疏期性能仍上升的现象(如图如图516c线线)。3正硫化及正硫化点的确定正硫化及正硫化点的确定测定正硫化点的方法很多，主要有测定正硫化点的方法很多，主要有物理机械性能法、物理机械性能法、化学法和专用仪器法化学法和专用仪器法。 (1)物理机械性能法物理机械性能法 通常测定在一定硫化温度下，不同硫化时间的硫化通常测定在一定硫化温度下，不同

47、硫化时间的硫化胶物理机械性能，作出性能与硫化时间的曲线，再胶物理机械性能，作出性能与硫化时间的曲线，再根据产品的要求进行综合分析，找出适当的正硫化根据产品的要求进行综合分析，找出适当的正硫化点。此法的缺点是麻烦，不经济。点。此法的缺点是麻烦，不经济。 (2)化学法化学法 测定橡胶在硫化过程中游离硫的含量，以及用溶胀测定橡胶在硫化过程中游离硫的含量，以及用溶胀法测定硫化胶的网状结构的变化来确定正硫化点。法测定硫化胶的网状结构的变化来确定正硫化点。此法误差较大，适应性不广，有一定限制。此法误差较大，适应性不广，有一定限制。 (3)专用仪器法专用仪器法 用专门的测试仪器来测定橡胶硫用专门的测试仪器来

48、测定橡胶硫化特性并确定正硫化点。目前主化特性并确定正硫化点。目前主要有门尼粘度计和各类硫化仪，要有门尼粘度计和各类硫化仪，其中转子旋转振荡式硫化仪用得其中转子旋转振荡式硫化仪用得最为广泛。最为广泛。图图5-17为由硫化仪测得胶料的硫为由硫化仪测得胶料的硫化曲线。化曲线。最小转矩最小转矩ML反映胶料在一定温反映胶料在一定温度下的可塑性，最大转矩度下的可塑性，最大转矩MH反反映硫化胶的模量，一般取值是：映硫化胶的模量，一般取值是：转矩达到转矩达到(MHML)10ML时所需的时间时所需的时间t10为焦烧时间；为焦烧时间；转矩达到转矩达到(MHML)90ML时所需的时间时所需的时间t90为正硫化时间；

49、为正硫化时间；t90t10为硫化反应速度。其值为硫化反应速度。其值越小，硫化速度越快。越小，硫化速度越快。 图图517 硫化曲线硫化曲线ML最小转矩最小转矩 MH最大转矩最大转矩tL达到最低粘度对应的时间达到最低粘度对应的时间tH达到最大粘度对应的时间达到最大粘度对应的时间t10焦烧时间焦烧时间 t90正硫化时间正硫化时间4硫化方法和硫化介质硫化方法和硫化介质(1)室温硫化法室温硫化法 此法是让橡胶半成品在室温及此法是让橡胶半成品在室温及不加压的条件下进行硫化。不加压的条件下进行硫化。(2)冷硫化法冷硫化法 此法多用于薄层浸渍制品的硫化，此法多用于薄层浸渍制品的硫化，制品在含有制品在含有2一一

50、5的一氯化硫溶液中的一氯化硫溶液中(溶剂溶剂为二硫化碳、苯或四氯化碳等为二硫化碳、苯或四氯化碳等)浸渍几秒至几浸渍几秒至几分钟即可完成硫化；也可把制品置于有氯化分钟即可完成硫化；也可把制品置于有氯化硫蒸汽的衬铅室中进行硫化。硫蒸汽的衬铅室中进行硫化。(3)高能辐射硫化法高能辐射硫化法 将半成品置于高能射线将半成品置于高能射线(如：如：射线、射线、x射线射线)或高能质点（如或高能质点（如射线、高速射线、高速运动的电子、质子运动的电子、质子)作用下，使橡胶分子受引作用下，使橡胶分子受引发产生自由基而交联起来。发产生自由基而交联起来。 (4)热硫化法热硫化法 橡胶加工中应用最广泛的硫化方橡胶加工中应

51、用最广泛的硫化方法，热硫化法是分别使用水蒸汽、热空气、法，热硫化法是分别使用水蒸汽、热空气、热水、电热来加热硫化橡胶制品。热水、电热来加热硫化橡胶制品。 a直接硫化直接硫化 水中加入超促进剂，加热到水中加入超促进剂，加热到100附近，将半成品放入，受热硫化。附近，将半成品放入，受热硫化。 b直接蒸汽硫化直接蒸汽硫化 半成品放人硫化罐内，硫化半成品放人硫化罐内，硫化时罐内通蒸汽，利用蒸汽的热量和压力来硫时罐内通蒸汽，利用蒸汽的热量和压力来硫化制品。化制品。c热空气硫化热空气硫化(或间接蒸汽硫化或间接蒸汽硫化) d. 模型加压硫化模型加压硫化 胶料或半成品放在金属模具胶料或半成品放在金属模具的模腔

52、内，从模外加热、加压一段时间，制的模腔内，从模外加热、加压一段时间，制得与模腔形状相同的模型制品得与模腔形状相同的模型制品 (5)连续硫化法连续硫化法 a鼓式硫化机硫化鼓式硫化机硫化 主要用于硫化胶板、平型胶带主要用于硫化胶板、平型胶带和三角带等。硫化工艺过程如图和三角带等。硫化工艺过程如图518所示。所示。b蒸汽管道硫化蒸汽管道硫化 橡胶压出制品连续通过密封的通橡胶压出制品连续通过密封的通有高压蒸气的管道进行硫化，主要用于胶管、电线有高压蒸气的管道进行硫化，主要用于胶管、电线电缆等制品。电缆等制品。c热空气连续硫化热空气连续硫化 主要用于胶布等。主要用于胶布等。 d液体介质硫化液体介质硫化

53、液体介质通常为低熔点共熔盐。液体介质通常为低熔点共熔盐。e红外线硫化红外线硫化 适用于胶布等薄壁制品。适用于胶布等薄壁制品。 f高频和微波硫化高频和微波硫化 特别适用于厚制品的硫化。特别适用于厚制品的硫化。g沸腾床硫化沸腾床硫化 沸腾床的结构和工艺如图沸腾床的结构和工艺如图5-19所示。所示。 图图518 鼓式硫化机连续硫化示意图鼓式硫化机连续硫化示意图1导开架导开架 2预热台预热台 3毡滚毡滚 4上辊上辊 5硫化鼓硫化鼓 6加热钢带加热钢带7液压缸液压缸 8硫化制品硫化制品 9卷曲装置卷曲装置 10拉紧辊拉紧辊 11电加热器电加热器 12下辊下辊图图519 卧式沸腾床结构示意图卧式沸腾床结构

54、示意图1通风罩通风罩 2牵引装置牵引装置 3床体床体 4玻璃珠粒层玻璃珠粒层 5电热器电热器6隔离板隔离板 7旋塞旋塞 8进气管进气管 9T型三通阀型三通阀 10压出机头压出机头三、模型硫化工艺及硫化条件三、模型硫化工艺及硫化条件模型硫化是将模型硫化是将混炼胶混炼胶或经成型后制得的橡胶或经成型后制得的橡胶半成品半成品(坯料坯料)置于闭合的金属模具内加热加置于闭合的金属模具内加热加压，使橡胶压，使橡胶硫化硫化交联而交联而定型定型为制品，其工艺为制品，其工艺过程与热固性塑料的模压较类似，见图过程与热固性塑料的模压较类似，见图520。混炼胶混炼胶橡胶半成品橡胶半成品计量计量加热加热闭模闭模排气排气保

55、压硫化保压硫化脱模脱模橡胶制品橡胶制品图图 520 橡胶制品模型硫化工艺流程橡胶制品模型硫化工艺流程在硫化过程中主要控制的工艺条件是硫化的在硫化过程中主要控制的工艺条件是硫化的压力、温度和时间压力、温度和时间。 1. 硫化压力硫化压力模型硫化时必须模型硫化时必须施以压力施以压力。硫化压力有助于。硫化压力有助于提高胶料的流动性，利于充满模腔。提高胶料的流动性，利于充满模腔。 硫化压力的选取主要根据胶料的硫化压力的选取主要根据胶料的性质、产品性质、产品结构和其他工艺条件结构和其他工艺条件等等决定决定。对流动性较差。对流动性较差的，产品形状结构复杂的，或者产品较厚、的，产品形状结构复杂的，或者产品较

56、厚、层数多的宜选用较大的硫化压力。硫化温度层数多的宜选用较大的硫化压力。硫化温度提高，硫化压力也应高一些。但过高压力对提高，硫化压力也应高一些。但过高压力对橡胶的性能也不利，高压会橡胶的性能也不利，高压会加速加速橡胶分子链橡胶分子链的的热降解热降解。 2. 硫化温度硫化温度 硫化温度是促进硫化反应的主要因素，提高硫化温硫化温度是促进硫化反应的主要因素，提高硫化温度可以加快硫化速度，缩短硫化时间，提高生产效度可以加快硫化速度，缩短硫化时间，提高生产效率。硫化温度与硫化时间是相互制约的，可用范特率。硫化温度与硫化时间是相互制约的，可用范特霍夫方程式表示：霍夫方程式表示： 式中式中 t1温度为温度为

57、T1时所需的硫化时间，时所需的硫化时间，min； t2温度为温度为T2时所需的硫化时间，时所需的硫化时间，min； K硫化温度系数，大多数橡胶在硫化温硫化温度系数，大多数橡胶在硫化温度度 为为120180范围内范围内K1.52.5之之 间，通常取间，通常取K2。102112TTKtt从公式说明，要达到相从公式说明，要达到相同的硫化效果，硫化温同的硫化效果，硫化温度每升高或降低度每升高或降低10，则硫化时间则硫化时间缩短或延长缩短或延长一倍。一倍。 提高硫化温度，在提高硫化温度，在加速加速硫化交联硫化交联反应反应的同时也的同时也加速了分子加速了分子断链断链反应，反应，结果使硫化曲线的正硫结果使硫

58、化曲线的正硫化阶段化阶段(平坦区平坦区)缩短，易缩短，易进入过硫阶段，难以得进入过硫阶段，难以得到性能优良的硫化胶，到性能优良的硫化胶，见图见图5-21所示。所示。硫化温度的高低取决于硫化温度的高低取决于橡胶的种类和硫化体系。橡胶的种类和硫化体系。 图图521 不同硫化温度的硫不同硫化温度的硫 化特性曲线（化特性曲线（T1T2）3. 硫化时间硫化时间在一定的硫化温度和压力下，橡胶有一最宜在一定的硫化温度和压力下，橡胶有一最宜的硫化时间，时间太长则过硫，时间太短则的硫化时间，时间太长则过硫，时间太短则欠硫，对产品性能都不利。欠硫，对产品性能都不利。 硫化效应硫化效应E等于硫化强度等于硫化强度I与

59、硫化时间与硫化时间t的乘积，的乘积，即：即： E=It 式中式中 E硫化效应；硫化效应； I硫化强度；硫化强度； t硫化时间，硫化时间，min。硫化强度硫化强度I是胶料在一定温度下，单位时间所是胶料在一定温度下，单位时间所达到的硫化程度，也反映了胶料在一定温度达到的硫化程度，也反映了胶料在一定温度下的硫化速度，它与硫化温度下的硫化速度，它与硫化温度T和温度系数和温度系数K有关：有关： 式中式中 K硫化温度系数；硫化温度系数； T硫化温度，硫化温度，。硫化胶的性能取决于硫化程度，因此同一种硫化胶的性能取决于硫化程度，因此同一种胶料要在不同硫化条件下制得具有相同性能胶料要在不同硫化条件下制得具有相

60、同性能的硫化胶，就应使它们的硫化程度相同，即的硫化胶，就应使它们的硫化程度相同，即硫化效应相同。硫化效应相同。 10100TKI第三节第三节 复合材料压制成型复合材料压制成型高分子复合材料是指由高分子复合材料是指由高聚物高聚物和各种和各种填充材填充材料料或或增强材料增强材料所组成的所组成的多相多相复合体。复合体。复合材料制品：复合材料制品：热固性热固性增强塑料制品，纤维增强塑料制品，纤维增强增强热塑性热塑性树脂复合材料成型制品。常用的树脂复合材料成型制品。常用的热固性树脂主要有酚醛、氨基、环氧、不饱热固性树脂主要有酚醛、氨基、环氧、不饱和聚酯、有机硅等树脂。和聚酯、有机硅等树脂。常用的增强材料