塑料成型工艺学第四章压缩模塑课件

第四章压缩模塑4.1概述压制成型，是塑料成型加工技术中历史最久，也是最重要的方法之一，主要用于热固性塑料的成型。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。模压成型又称压缩模塑，这种方法是将粉状、粒状、碎屑状或纤维状的塑料放入加热的阴模模槽中，合上阳模后加热使其熔化，并在压力作用下使物料充满模腔，形成与模腔形状一样的模制品，再经加热（使其进一步发生交联反应而固化）或冷却（对热塑性塑料应冷却使其硬化），脱模后即得制品。模压成型主要用于热固性塑料制品的生产。对于热塑性塑料由于模压成型的周期长，生产率较低（模具交替加热和冷却，生产周期长），同时易损坏模具，故生产中很少采用。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。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。用于机械零部件、电器绝缘件、交通运输、日常生活用品的成型。工艺过程：原料的准备模压预压（热固性塑料）预热（热固性和热塑性塑料）4.2预压一、概述将松散的粉状或纤维状的热固性塑料预先用冷压法（模具不加热）压成质量一定，形样规整的密实体的作业，称为预压。所压的物体称为预压物、压片、锭料或形坯。预压物的形状有圆片、圆角或腰鼓形的长条、扁球、与制品形状相仿、空心体和双合体等。各有优缺点。二、预压的优点1.加料快，准确而简单；以避免加料过多或不足时造成废品；2.降低塑料的压缩率，减小模具的装料室、简化模具的结构；3.避免压缩粉的飞扬、改善劳动条件；4.预压物中空气含量少，传热加快，缩短了预热和固化时间，并能避免制品出现较多的气泡，有利于提高制品的质量；5.便于运转；6.改进预热规程；7.便于模压较大或带有精细嵌件的制品。三、局限性1.如果生产效率低，则运营成本高；2.不适于松散度大的长纤维塑料；3.不适于结构复杂、混色斑纹制品。三、倾倒性以120g压缩粉通过标准漏斗（圆锥角60º，管径为10mm）的时间来表示。倾倒性为25～30s最好。四、压缩率3.0左右五、润滑剂利于脱模，外形完美，但含量多，对制品的力学强度不利。六、温度、压力对不易在室温下预压的，温度可提高到50～90℃，压力控制在预压物密度在制品最大密度的80％，一般为40～200MPa，视压缩粉性质和预压物的形状和尺寸而定。4.2.2预压的设备和操作一、压模压模共分上阳模、下阳模和阴模三部分。4.3预热为提高制品质量和便于模压进行，须预热。作用干燥提供热料一、热固性塑料预热的优点1.缩短闭模时间，加快固化速率，缩短模塑周期2.增进制品固化的均匀性，提高制品物理力学性能3.提高塑料的流动性，降低塑模损耗和废品率，减小制品的收缩率和内应力，提高制品因次稳定性和表面光洁度。4.降低模压压力二、预热规程的确定在既定的预热温度下，找出预热时间与流动性的关系曲线，根据曲线定出预热规程。如图4-2，在规定温度180±10℃下，最大流动性的时间为5～7min，因此可将预热规程定为此温度和时间。三、预热方法1.热板加热2.烘箱加热3.红外线加热连续式、间歇式使用方便、设备简单、成本低、温度控制灵活；缺点：受热不均，易于烧伤表面。发展远红外加热4.高频电热加热极性分子塑料高频电场作用，分子取向改变，由内摩擦而生热塑料各部分温度同时上升。4.4压缩模塑用的设备一、压机作用：通过塑模对塑料施加压力，开闭模具和顶出制品。工作参数：公称重量、压板尺寸、工作行程、柱塞直径。决定压机能模压制品的面积、厚度以及最大模压压力。1.上动式液压机压机的主压筒处于压机的上部，其中的主压柱塞是与上压板直接或间接相连的。下压板是固定不动的。模具的阴阳模分别与上下压板固定，依靠上压板的升降即能完成模具的开闭和对塑料施加压力等基本操作。二、塑模1.溢式塑模主要结构：包括阴阳模两部分。特点：制造成本低廉；操作简单；宜于模压扁平或近于碟状的制品。对所压塑料的形状无严格要求，只要压缩率较小即可。用过量料，阴阳模闭合时，从溢料缝溢出，成为毛边。2.不溢式塑模特点：不让塑料从型腔中外溢和所加压力完全座落在塑料上。适于：流动性差、压缩率大、牵引度较长的制品。制品质量均匀密实，无显著溢料。缺点：不利于排气，需延长固化时间。3.半溢式塑模（1）无支承面与不溢式塑模相似，阴模略向外倾斜，形成溢料槽。加料方便，制品尺寸准确，质量均匀密实。4.5模压过程和操作方法模压工序：加料、闭模、排气、固化、脱模、模具清理。有嵌件的需在加料前安放。一、嵌件的安放作为制品中导电部分或使制品与其它物体结合用的，如：轴套、轴帽、螺钉和接线柱等。埋入部分的外形采用滚花、钻孔、棱角、型槽。用手或专门工具安放。要求安放正确、平稳，可用浸胶布或垫圈。三、闭模加料完成后，即使阳模和阴模相闭合。合模时先用快速，待阴、阳模快接触时改为慢速。先快后慢的操作法有利于缩短非生产时间，防止模具檫伤，避免模槽中原料因合模过快而被空气带出，甚至使嵌件移位，成型杆或模腔遭到破坏。待模具闭合即可增大压力（对原料加热、加压）四、排气排出水分和低分子挥发物及模内空气等。在塑模的模腔内塑料反应进行适当时间后，可卸压松模排气很短时间。排气操作能：缩短固化时间；提高制品的物理机械性能；避免制品内部出现分层和气泡。但排气过早达不到排气目的；排气过迟则因物料表面已固化气体排不出。五、固化热固性塑料的固化是在模压温度下保持一段时间，使树脂的缩聚反应达到要求的交联程度，使制品具有所要求的物理机械性能为准。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。模内固化时间通常为保温保压时间，一般30s至数分钟不等，多数不超过30min。固化时间决定于塑料的种类、制品的厚度、预热情况、模压温度和模压压力等。过长或过短的固化时间，对制品性能都有影响。六、脱模脱模通常是靠顶出杆来完成的。带有成型杆或某些嵌件的制品，应先用专门工具将成型杆拧脱，而后进行脱模。七、塑模的清理脱模后，通常用压缩空气吹洗模腔和模具的模面。如果模具上的固着物较紧，还可用铜刀或铜刷清理，甚至用抛光剂试刷等。八、后处理为进一步提高制品的质量，热固性塑料制品脱模后，也常在较高温度下进行后处理。后处理能使塑料：固化更趋完全，同时减少或消除制品的内应力，减少制品中的水分及挥发物等，有利于提高制品的电性能及强度。在一定环境或条件下进行，所不同的仅是处理温度不同而已。一般处理温度约比成型温度高10~50℃。4.6模压成型的控制因素热固性树脂在成型加工过程中，不仅有物理变化，而且还进行着复杂的化学交联反应。一、模压压力1.模压压力：是指模压时迫使塑料充满型腔和进行固化而由压机对塑料所加的压力。不考虑压机的摩擦损失：Pm:模压压力；G：压机的公称重力；A：阳模与塑料接触部分的投影面积。考虑压机的摩擦损失：PL:压机实际使用的液压压力；R：主压柱塞的半径；2.模压压力对塑料性能的影响（1）塑料在塑模中加速流动；（2）增加塑料的密实度；（3）克服树脂在缩聚反应中放出的低分子物及塑料中其他挥发分所产生的压力，避免出现肿胀、脱层等缺陷；（4）使模具紧密闭合，从而使制品具有固定的尺寸、形状和最小毛边；（5）防止制品在冷却时发生形变。塑料在整个模塑周期内所受压力与塑模类型有关，并不一定都等于Pm。3.影响模压压力的因素（1）压缩率高的塑料，通常比压缩率低的塑料需要更大的模压压力；（2）预热的塑料所需的模压压力均比不预热的小；（3）在一定范围内，提高模具温度有利于模压压力降低；（4）其他条件不变，制品深度越大，所需的模压压力也应越大；（5）制品的密度随模压压力的增加而增加，但是有限。二、模压温度模压温度：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。模压温度对制品性能的影响：（1）温度升高，加速热固性塑料在模腔中的固化速度，固化时间缩短。高温有利于缩短模压周期；（2）过高温度，会因固化速度太快而使塑料流动性迅速降低，引起充模不满，特别是形状复杂、壁薄、深度大的制品；（3）温度过高，能引起色料变色、有机填料等分解，使制品表面暗淡；（4）高温下，外层固化比内层快，以至内层挥发物难以排除，会降低制品的机械性能，开启模具时发生肿胀、开裂、变形和翘曲等；（5）对厚制品来讲，降低温度下，延长模压时间。4.7废品类型、原因及其处理方法一般的产品检验标准：1.外观质量；2.内应力的有无；3.尺寸和相对位置的准确性；4.与成品有关的物理机械性能、电性能和化学性能等。不符合要求即可分为次品或废品。原因及处理方法见附录表7。4.8冷压烧结成型氟塑料，熔体在成型温度下具有很高的粘度，事实上难以熔化，不能用一般热塑性塑料的方法成型。只能用类似粉末冶金烧结成型的方法，通称冷压烧结成型。成型时，先将一定量的含氟塑料放入常温下的模具中，在压力作用下，压制成密实的形坯，然后送至烘室内进行烧结，冷却后即成为制品。一、冷压成型1.过筛：一般20目2.加料：需一次完成加料量，否则各次加料有界面，易在界面处开裂。3.加压：在加料后立即加压。宜缓慢进行，严防冲击。升压速度，视制品的高度和形状而定。直径大而长的型坯，升压速度应慢，反之则快；模压压力为30~50MPa。压力过高，树脂在模内易滑动，产生内部裂纹；压力过低，制品内部结构不紧密，物理机械性能下降。较高的制品应上下同时加压。4.保压：保压时间视制品情况而定。直径大：10~15min一般：3~5min5.缓慢卸压：以免强烈回弹产生裂纹。6.排气：型坯面积大的易裹入空气。7.脱模：型坯强度低，需小心。二、烧结烧结：将型坯加热到树脂熔点（327℃）以上，并在该温度下，保持一段时间，以使单颗粒的树脂相互扩张，最后黏结熔合成一个密实的整体。烧结过程：1.升温阶段：将型坯由室温加热至烧结温度。聚四氟乙烯的传热性能差，加热应按一定的升温速率进行。升温太快，锭料内外温差过大，各部分膨胀不均匀，制品易产生内应力，甚至出现裂纹；升温过快，外层温度高而内层温度低，就此冷却，会造成：“内生外熟”的现象；升温速度太慢，会使成型周期增长。实际生产中，应视型坯的大小，厚薄等因素而定。大型制品：30~40℃/h；小型制品：80~120℃/h；分散性树脂制薄板：30~40℃/h烧结温度根据树脂的热稳定性来确定。热稳定性高：烧结温度：380~400℃；热稳定性差：烧结温度：365~375℃。2.保温将达到烧结温度的型坯在该温度下保持一段时间使其完全“烧透”的过程。保温时间，取决于烧结温度，树脂的热稳定性以及制品的厚度等因素。生产中：大型制品，5~10h小型制品，1h3.冷却将已经烧结好的成型物从烧结温度降到室温的过程。无定型相晶相冷却快慢决定了结晶度，直接影响制品的物理机械性能。快速冷却：淬火空气淬火液体淬火淬火制品结晶度小，