材料制备与加工原理：高分子材料常用成型方法-模压成型

1、高分子材料常用成型方法挤出成型注射成型吹塑成型模压成型引言 热固性塑料模压成型（压缩模塑） 模压成型 橡胶的模压成型（模型硫化） 增强复合材料的模压成型 第一节 热固性塑料的模压成型一、模压成型特点 模压成型是热固性塑料的主要成型工艺，通常称压缩模塑。工艺过程: 将压塑料置于金属模具的型腔内，然后闭模在加热、加压的情况下，使塑料熔融、流动，充满型腔，经适当的放气，保压后，塑料就充分交联固化为制品。 因为热固性塑料经交联固化后，其分子结构变成三维交联的体型结构，所以制品可以趁热脱模。 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。热固性塑料的模压

2、成型热固性塑料的模压成型工艺特点：成型工艺及设备成熟，是较老的成型工艺，设备和模具比注射成型简单。制品质量好，不会产生内应力或分子取向，不易变形。能压制较大面积的制品，但不能压制形状复杂及厚度较大的制品。制品成型后，可趁热脱模。间歇成型，生产周期长，生产效率低，劳动强度大，难以自动化。热固性塑料的模压成型二、 模压成型的设备和模具1、成型设备压机 压机的作用：通过模具对塑料传热和施加压力；提供成型的必要条件：T，P；开启模具和顶出制品。 压机机械加压、液压（上压式、下压式）热固性塑料的模压成型 !注意安全热固性塑料的模压成型2、模具 模压成型用的模具常用的有三种：1）溢式模具2）不溢式模具3）

3、半溢式模具热固性塑料的模压成型溢式模具示意图1-上模板；2-组合式阳模；3-导柱；4-阴模；5-气孔；6-下模板；7-顶杆；8-制品；9-溢料缝热固性塑料的模压成型不溢式模具示意图1-阳模； 2-阴模； 3-制品；4-顶杆；5-定位下模板热固性塑料的模压成型半溢式模具示意图 （a）有支撑面（b）无支撑面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）热固性塑料的模压成型三、模压成型工艺计量压缩料模具清理和嵌件安放闭模加料排气保压固化脱模制品后处理热固性塑料制品预压或预热热固性塑料的模压成型1、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

4、重量法准确。记数法：按预压坯料计数。操作最快，但预先有预压计量操作。2、预压 在室温下，把定量的料预先用冷压法压成一定形状大小的胚料。热固性塑料的模压成型预压的优点：加料快、准确、无粉尘；降低压缩率，可减小模具装料室和模具高度；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；便于成型较大或带有精细嵌件的制品。预压的缺点：如果预压生产效率低，则运营成本高；不适合于松散度大的长纤维塑料；不适合于结构复杂、混色斑纹制品。 热固性塑料的模压成型3、预热 热固性塑料在模压前的加热有预热和干燥双重意义。预热的优点：加快固化速度，缩短成型时间。提高流动性，增

5、进固化的均匀性。减小制品的内应力，提高制品质量。降低模压压力。（预热：1520 MPa，未预热：2535MPa） 热固性塑料的模压成型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。嵌件一般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，以免造成废品或损伤模具。热固性塑料的模压成型5、加料 加料的关键是准确均匀。 加料量多，则制品毛边厚，难以脱模；少则制品不紧密，光泽差；所以加料量要准确。 加料工序强调的是加料准确和合理堆放。一般应堆成“中间高，四周低”的形式。原因：有利于排气。热固性塑料的模压成型6、闭模 应先快后慢阳模未接触物料之前，应

6、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。 先快的优点：有利于缩短非生产时间； 避免塑料在未施压前即固化； 避免塑料降解。 后慢的优点：防止模具损伤和嵌件移位； 有利于充分排除模内空气。热固性塑料的模压成型7、排气排气的原因：热固性塑料在加工中因缩聚等化学反应会释放出小分子物质，在成型温度下体积膨胀，形成气泡。排气的作用：赶走气泡、水份、挥发物，缩短固化周期，避免制品内部出现气泡或分层现象。排气的方式：卸压，松模，时间很短即可（零点几秒几秒），如此连续几次（25次）。何时排气：不能过早，也不能过迟，过早达不到排气目的，过迟则因塑料表面已固化气体排不出。热固性塑料的模压成型8

7、、保压固化在一定的P、T下，经过一定的t，使缩聚反应达到要求的交联程度。保压固化时间取决于塑料的类型、制品的厚度、预热情况、模压温度和压力等，过长或过短的固化时间对制品性能都不利，一般30s至数分钟不等。在实际操作中，全部固化过程不一定完全在固化阶段完成，而在脱模以后的“后烘”工序完成，以提高设备的利用率。例：酚醛塑料的后烘温度：90150 时间：几小时几十小时。热固性塑料的模压成型9、脱模冷却热固性塑料可趁热脱模，通常靠顶出杆来完成。热脱模须注意两个问题：1）防止冷却翘曲：制件应放在与模型相仿的型面上加压冷却。 2）防止产生内应力：在烘箱中慢冷，以减少因冷热不均而产生内应力 热固性塑料的模压

8、成型10、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1050。）修整修边。热固性塑料的模压成型四、模压成型工艺条件及控制模压压力模压温度模压时间热固性塑料的模压成型1、 模压压力 压机对制品平面垂直方向施加的单位压力，生产上常用压机的表压表示，可以换算。热固性塑料的模压成型压力的作用：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，赋予制品固定的形状尺寸，防止变形。 一般，热固性塑料如PF、UF：Pm 1530 MPa热固性塑料的模压成型 模压压力的选

9、择与压塑料的工艺性能和制品的成型条件有关： 流动性 模压压力 工艺性能 固化速度 模压压力 压缩率 模压压力 经过预热 模压压力？ 模压温度 模压压力？ 成型条件 制品深度 模压压力 形状复杂 模压压力 制品密度 模压压力 热固性塑料的模压成型50MPa20MPa10MPa热固性塑料的模压成型2、模压温度 模压温度是指成型时所规定的模具温度，对塑料的熔融、流动和树脂的交联反应速度有决定性的影响。 在一定的温度范围内，模温升高、物料流动性提高，充模顺利，交联固化速度增加，模压周期缩短，生产效率高。 热固性塑料的模压成型模温太高的后果：树脂和有机物分解；硬化速度太快，造成外层先固化，不再流动，气体

10、难以排出，制品缺料，内应力，制品质量。模温太低的后果：硬化不足，质量下降；硬化周期长 日用模塑料（PF、UF）的模压成型温度：145155热固性塑料的模压成型30MPa10MPa热固性塑料的模压成型3、模压时间 模压时间是指塑料从充模加压到完全固化为止的这段时间。 模压时间的长短决定于：硬化速度（与树脂种类有关）；制品的形状、厚度；压模工艺条件（T，P）；是否预压、预热。热固性塑料的模压成型热固性塑料的模压成型模压时间太长：不仅生产效率降低，能耗增大，而且会因树脂过度交联而导致制品收缩增大，引起树脂与填料间产生较大的内应力，制品表面发暗、起泡，甚至出现裂纹，而且在高温下过长时间，树脂也可能降解

11、，使制品性能降低。模压时间太短：塑料固化不完全，制品的物理机械性能差，外观无光泽，且容易出现翘曲变形等现象。 一般，PF、UF的模压时间为：1min / 1mm制品厚度。第二节 橡胶制品的模型硫化1、橡胶制品品种轮胎：主要品种，生胶的5060胶带：运输胶带、传动胶带胶管：全胶胶管、夹布胶管、编织胶管、缠绕胶管、针织胶管和吸引胶管胶鞋：贴合鞋、模压鞋、注压鞋其他橡胶工业制品：油封、胶布、胶板、胶辊橡胶制品的模型硫化生胶塑炼配合配合剂混炼模压注压压出压延成型硫化制品橡胶制品生产工艺过程示意图混合设备开炼机一对安装在同一平面内的中空辊筒；辊筒中间可以通介质加热或冷却；两辊筒的辊距可调；工作时两辊相向

12、旋转；两辊筒转速略有差异，转速比（1:1.15 1:1.27）。混合设备混合设备 注意安全！割刀的位置 红线以下!混合设备密炼机一个塑炼室，上部为加料口，下部为排料口，上下各有一顶栓，当上顶栓和下顶栓关闭后，即形成一密闭式塑炼室；塑炼室内有一对相向旋转的转子，转子横截面呈梨形，沿纵向为Z形螺旋；塑炼室外壁有冷却（加热）夹套；转子转速略有不同，存在一定的转速比；混合设备转子生胶的塑炼一、生胶的塑炼橡胶是强韧的高弹态高分子 解决的办法 塑炼成型加工需要柔软的塑性状态塑炼的定义 为了满足各种加工工艺的要求，必须使生胶由强韧的弹性状态变成柔软而具有可塑性的状态，这种使弹性生胶变成可塑状态的工艺过程称作

13、塑炼。塑炼的目的降低弹性，增加可塑性，获得流动性；混炼时配合剂易于分散均匀，便于操作；使生胶分子量分布变窄，胶料质量均匀一致。生胶的塑炼生胶塑炼胶开炼机塑炼机理生胶塑炼的实质：橡胶分子断链，分子量降低。生胶塑炼的方法：机械塑炼、化学塑炼。机械塑炼分类：低温塑炼机械降解作用为主，氧起稳定游离基作用。高温塑炼自动氧化降解作用为主，机械作用强化橡胶与氧的接触。生胶的塑炼一、机械塑炼机理 橡胶的机械塑炼的实质是力化学反应过程，即以机械力作用及在氧或其他自由基受体存在下进行的。在机械塑炼过程中，机械力作用使大分子链断裂，氧对橡胶分子起化学降解作用，这两个作用同时存在。 生胶的塑炼机械力作用对橡胶塑炼的直

14、接结果，就是使橡胶分子断裂。造成橡胶分子断裂的主要作用力，就是塑炼中的剪切力。橡胶大分子断裂时有如下几种特征： 1）主链断裂的可能性侧链 2）分子链中部断裂可能性两端 3）弱键断裂的可能性强键 4）分子量大的橡胶分子断裂的可能性分子量小的 结果：相对分子质量下降、分子量分布变窄。生胶的塑炼氧的作用 1）机械力作用橡胶分子断裂生成链自由基 2）橡胶链自由基与空气中的氧作用发生氧化反应 使断裂后的分子丧失再聚合成大分子的可能 3）过氧化后的自由基活性很大引发其它橡胶分子为自由基一起参与到断裂的过程 4）氧化后生成的过氧化物、环氧化物不稳定容易发生分子重排分子进一步断裂分子量进一步减小生胶的塑炼生胶

15、的塑炼温度的作用低温 机械力作用高温 热氧自动催化氧化作用生胶的塑炼链引发：R-H+O2R+HOO链增长：R+O2ROO；ROO+RHROOH+R链终止：ROOHRO+OHRCHO+ROH （R=R+R+C）高温塑炼时，因为氧化对相对分子质量最大和最小部分同样起作用，所以并不发生相对分子质量分布变窄的情况。 生胶的塑炼静电作用橡胶塑炼中，分子反复摩擦 表面带电（电压可达几千、数万伏） 引起高压放电 放电使周围空气中的氧活化为原子态氧或臭氧 促使橡胶分子进一步氧化断裂。生胶的塑炼二、化学塑炼机理 在低温和高温塑炼过程中，加入化学增塑剂能加强氧化作用，促进橡胶分子断裂，从而增加塑炼效果。 自由基接

16、受型：如硫酚、苯酚和偶氮苯等。 引发型：如过氧化二苯甲酰和偶氮二异丁腈等。 混合型或链转移型：如硫醇类和二邻苯甲酰氨基 苯基二硫化物类。化学增塑剂生胶的塑炼 物料粘度高，剪切作用大，机械作用效果大温度低 化学反应速度低，化学作用效果小 物料粘度低，剪切作用小，机械作用效果小温度高 化学反应速度高，化学作用效果大结论：1）在较高和较低的温度下塑炼，效果最好； 2）使用引发型塑解剂时，宜在较高温度下塑炼； 使用接受型塑解剂时，宜在较低温度下塑炼。生胶的塑炼4. 塑炼工艺 在橡胶工业中，应用最广泛的塑炼方法是机械塑炼法。用于塑炼的机械是开炼机、密炼机和螺杆式塑炼机。生胶的塑炼胶料的混炼二、胶料的混炼

17、混炼将可塑度合乎要求的生胶或塑炼胶与配合剂，在一定的温度和机械力作用下混合均匀，制成性能均一、可供成型的混炼胶的过程。混炼的任务使各种配合剂都能均匀地分散在橡胶中，保证胶料的组成和各种性能均匀一致。混炼的成品混炼胶。塑炼胶配合剂开炼机混炼胶混炼工艺混炼需借助强大机械力作用进行。混炼设备主要是开炼机和密炼机。混炼时加料顺序的基本原则： 先加塑炼胶（或具有一定可塑性的生胶）； 后加用量少的、难分散的配合剂； 再加用量多的、易分散的配合剂； 最后加硫磺等硫化剂。胶料的混炼（1）开炼机混炼适应性强，可以混炼各种胶料；混炼后的胶料成片状，直接可进行后加工，不需辅助混炼；但生产效率低，劳动强度大，污染环境

18、。胶料的混炼开炼机混炼中最常用的投料顺序是： 生胶 固体软化剂 促进剂、活性剂、防老剂 补强剂、填充剂 液体软化剂 硫磺及超促进剂对特殊配方要作特殊处理，例如：对于补强填充剂很多的配方，可以是补强填充剂与液体软化剂分批交替加入，但不能一起加，以免粉剂结团；对于硫磺含量高达30-50份的硬质胶，应先加硫磺，后加促进剂。胶料的混炼（2）密炼机混炼混炼温度高、压力大；混炼容量大；效率高；自动化程度高；劳动条件改善。对温度敏感的胶料不适合密炼；密炼后的胶料形状不规则，还需配备开炼机补充加工。胶料的混炼密炼机混炼的投料顺序：基本同开炼机混炼，但交联剂和促进剂须在密炼后的开炼辅助操作中加入。胶料的混炼橡胶制品的模型硫化混炼胶计量橡胶半成品加料闭模排气保压硫化脱模橡胶制品三、模型硫化工艺及硫化条件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。平板硫化机 模具切成胶片标准拉伸试样性能测试混炼胶橡胶加工平板硫化机平板硫化机模具模型硫化时，平板硫化机及模具