壓縮成型原理及工藝

1、壓縮成型原理及工藝 壓縮成型又稱為壓塑成型、壓制成型等，是將粉狀或松散粒狀的固態(tài)塑料直接加入到模具中， 通過加熱、加壓的方法使它們逐漸軟化熔融，然后根據(jù)模腔形狀成型、經(jīng)固化成為塑件，主 要用于成型熱固性塑料。與注射模相比，壓縮模沒有澆注系統(tǒng)，使用的設(shè)備和模具比較簡單， 主要應(yīng)用于日用電器、電信儀表等熱固性塑件的成型。一壓縮成型原理及特點(diǎn)壓縮成型原理如圖 2-2 所示。成型時，先將粉狀、粒狀、碎屑狀或纖維狀的熱固性塑料原 料直接加入到敞開的模具加料室內(nèi)，如圖 2-2a所示；然后合模加熱，使塑料融化，在合模壓 力的作用下，熔融塑料充滿型腔各處，如圖 2-2b所示；這時，型腔中的塑料產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)反

2、應(yīng)，使熔融塑料逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗鄣挠不ㄐ偷乃芗?，最后脫模將塑件從模具中取出，如圖 2-2c所示。圖 2-2 壓縮成型原理壓縮成型主要用于熱固性塑料的成型。與注射成型相比，壓縮成型的優(yōu)點(diǎn)是：可以使用普 通壓力機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)；因壓縮模沒有澆注系統(tǒng)，所以模具結(jié)構(gòu)比較簡單；塑件內(nèi)取向組織少，取向程度低，性能比較均勻；成型收縮率??；可以生產(chǎn)一些帶有碎屑狀、片狀或長纖維狀填 充劑、流動性很差且難于用注射方法成型的塑件和面積很大、厚度較小的大型扁塑件。壓縮 成型的缺點(diǎn)是：成型周期長、勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)環(huán)境差、生產(chǎn)操作多用手工而不易實現(xiàn)自動 化；塑件經(jīng)常帶有溢料飛邊，高度方向的尺寸精度不易控制；模具易磨損，使用壽命較

3、短。壓縮成型也可以成型熱塑性塑料。在壓縮成型熱塑性塑料時，模具必須交替地進(jìn)行加熱和 冷卻，才能使塑料塑化和固化，故成型周期長，生產(chǎn)效率低，因此，它僅適用于成型光學(xué)性 能要求高的有機(jī)玻璃鏡片、不宜高溫注射成型的硝酸纖維汽車駕駛盤以及一些流動性很差的 熱塑性塑料(如聚酰亞胺等)。二壓縮成型工藝1.成型前的準(zhǔn)備熱固性塑料比較容易吸濕，貯存時易受潮，所以，在對塑料進(jìn)行加工前應(yīng)對其進(jìn)行預(yù)熱和 干燥處理。同時，又由于熱固性塑料的比容比較大，因此，為了使成型過程順利進(jìn)行，有時 還要先對塑料進(jìn)行預(yù)壓處理。(1) 預(yù)熱與干燥在成型前，應(yīng)對熱固性塑料進(jìn)行加熱。加熱的目的有兩個：一是對塑料進(jìn)行預(yù)熱，以便對 壓縮模提

4、供具有一定溫度的熱料，使塑料在模內(nèi)受熱均勻，縮短壓縮成型周期；二是對塑料 進(jìn)行干燥，防止塑料中帶有過多的水分和低分子揮發(fā)物，確保塑件的成型質(zhì)量。預(yù)熱與干燥 的常用設(shè)備是烘箱和紅外線加熱爐。(2) 預(yù)壓預(yù)壓是指壓縮成型前，在室溫或稍高于室溫的條件下，將松散的粉狀、粒狀、碎屑狀、片 狀或長纖維狀的成型物料壓實成重量一定、形狀一致的塑料型坯，使其能比較容易地被放入 壓縮模加料室。預(yù)壓坯料的形狀一般為圓片形或圓盤形，也可以壓成與塑件相似的形狀。預(yù)壓壓力通?？梢栽?40200MPa 的范圍內(nèi)選擇，經(jīng)過預(yù)壓后的坯料密度最好能達(dá)到塑件密度的 80左右，以保證坯料有一定的強(qiáng)度。2. 壓縮成型過程模具裝上壓力機(jī)

5、后要進(jìn)行預(yù)熱，若塑件帶有嵌件，加料前應(yīng)將預(yù)熱嵌件放入模具型腔內(nèi)。熱固性塑料的成型過程一般可分為加料、閉模、排氣、固化和脫模等幾個階段。（1） 加料加料就是在模具型腔中加入已預(yù)熱的定量的物料， 這是壓縮成型生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。 加料是 否準(zhǔn)確，將直接影響到塑件的密度和尺寸精度。常用的加料方法有體積質(zhì)量法、容量法和記 數(shù)法三種。體積質(zhì)量法需用衡器稱量物料的體積質(zhì)量大小，然后加入到模具內(nèi)，采用該方法 可準(zhǔn)確地控制加料量，但操作不方便。容量法是使具有一定容積或帶有容積標(biāo)度的容器向模 具內(nèi)加料，這種方法操作簡便，但加料量的控制不夠準(zhǔn)確。記數(shù)法適用于預(yù)壓坯料。對于形 狀較大或較復(fù)雜的模腔，還應(yīng)根據(jù)物料在模具中

6、的流動情況和模腔中各部位用料量的多少， 合理地堆放物料，以免造成塑件密度不均或缺料現(xiàn)象。（2） 閉模加料完成后進(jìn)行閉模， 即通過壓力使模具內(nèi)成型零部件閉合成與塑件形狀一致的模腔。 在 凸模尚未接觸物料之前，應(yīng)盡量使閉模速度加快，以縮短模塑周期和塑料過早固化和過多降 解。而在凸模接觸物料之后， 閉模速度應(yīng)放慢， 以避免模具中嵌件和成型桿件的位移和損壞， 同時也有利于空氣的順利排放，避免物料被空氣排出模外而造成缺料。閉模時間一般為幾秒 至幾十秒不等。（3）排氣壓縮熱固性塑料時， 成型物料在模腔中會放出相當(dāng)數(shù)量的水蒸氣、 低分子揮發(fā)物以及在交 聯(lián)反應(yīng)和體積收縮時產(chǎn)生的氣體，因此，模具閉后有時還需要卸

7、壓以排出模腔中的氣體，否 則，會延長物料傳熱過程，延長熔料固化時間，且塑件表面還會出現(xiàn)燒糊、燒焦和氣泡等現(xiàn) 象，表面光澤也不好。排氣的次數(shù)和時間應(yīng)按需要而定， 通常為 13 次，每次時間為 320s。（4） 固化壓縮成型熱固性塑料時， 塑料依靠交聯(lián)反應(yīng)固化定型的過程稱為固化或硬化。 熱固性塑料 的交聯(lián)反應(yīng)程度（即硬化程度）不一定達(dá)到100，其硬化程度的高低與塑料品種、模具溫度及成型壓力等因素有關(guān)。當(dāng)這些因素一定時，硬化程度主要取決于硬化時間。最佳硬化時 間應(yīng)以硬化程度適中時為準(zhǔn)。固化速率不高的塑料，有時也不必將整個固化過程放在模內(nèi)完 成，只要塑件能夠完整地脫模即可結(jié)束固化，因為延長固化時間會降

8、低生產(chǎn)效率。提前結(jié)束 固化時間的塑件需用后烘的方法來完成它的固化。通常酚醛壓縮塑件的后烘溫度范圍為90150C，時間為幾小時至幾十小時不等，視塑件的厚薄而定。模內(nèi)固化時間取決于塑料的種類、 塑件的厚度、物料的形狀及預(yù)熱和成型的溫度等，一般由三十秒至數(shù)分鐘不等，具體時間的 長短需由實驗方法確定，過長或過短對塑件的性能都會產(chǎn)生不利的影響。（5） 脫模 固化過程完成以后，壓力機(jī)將卸載回程，并將模具開啟，推出機(jī)構(gòu)將塑件推出模外，帶有側(cè)向型芯或嵌件時，必須先完成抽芯才能脫模。熱固性塑件與熱塑性塑件的脫模條件不同。 對于熱塑性塑件， 必須使其在模具中冷卻到自 身具有一定的強(qiáng)度和剛度之后才能脫模；但對于熱固

9、性塑件，脫模條件應(yīng)以其在熱模中的硬 化程度達(dá)到適中時為準(zhǔn)，在大批量生產(chǎn)中，為了縮短成型周期，提高生產(chǎn)效率，亦可在制件 尚未達(dá)到硬化程度適中的情況下進(jìn)行脫模，但此時塑件必須有足夠的強(qiáng)度和剛度以保證在脫 模過程中不發(fā)生變形和損壞。對于硬化程度不足而提前脫模的塑件，必須將它們集中起來進(jìn) 行后烘處理。3. 壓后處理塑件脫模以后，應(yīng)對模具進(jìn)行清理，有時還要對塑件進(jìn)行后處理。 （1）模具的清理脫模后，要用銅簽或銅刷去除留在模內(nèi)的碎屑、飛邊等，然后再用壓縮空氣將模具型腔吹 凈。如果這些雜物留在下次成型的塑件中，將會嚴(yán)重影響塑件的質(zhì)量。（2）塑件的后處理塑件的后處理主要是指退火處理，其主要作用是消除內(nèi)應(yīng)力，提

10、高塑件尺寸的穩(wěn)定性，減 少塑件的變形與開裂。進(jìn)一步交聯(lián)固化，可以提高塑件的電性能和機(jī)械性能。退火規(guī)范應(yīng)根 據(jù)塑件材料、形狀、嵌件等情況確定。對于厚壁和壁厚相差懸殊以及易變形的塑件，退火處 理時以采用低溫度和較長時間為宜；對于形狀復(fù)雜、薄壁、面積大的塑件，為防止變形，退 火處理時最好在夾具上進(jìn)行。常用熱固性塑件的退火處理規(guī)范可參考表 2-3。表 2-3 常用熱固性塑件退火處理規(guī)范塑料種類退火溫度/ c保溫時間/ h酚醛塑料制件80 1304 24n酚醛纖維塑料制件130160424氨基塑料制件70 8010 12三壓縮成型的工藝參數(shù)壓縮成型的工藝參數(shù)主要是指壓縮成型溫度、壓縮成型壓力和壓縮時間。

11、1.壓縮成型溫度壓縮成型溫度是指壓縮成型時所需的模具溫度。顯然，成型物料在模具溫度的作用下，必 須經(jīng)由玻璃態(tài)熔融成粘流態(tài)之后才能流動充模， 最后還要經(jīng)過交聯(lián)反應(yīng)才能固化定型為塑件， 所以壓縮過程中的模具溫度對塑件的成型過程和成型質(zhì)量的影響，比注射成型時顯得更為重 要。壓縮成型溫度的高低影響模內(nèi)塑料熔體的充模是否順利，也影響成型時的硬化速度，進(jìn)而影響塑件質(zhì)量。隨著溫度的升高，塑料固體粉末逐漸融化，粘度由大到小，開始交聯(lián)反應(yīng)， 當(dāng)其流動性隨溫度的升高而出現(xiàn)峰值時，迅速增大成型壓力，使塑料在溫度還不很高而流動 性又較大時充滿型腔。在一定的溫度范圍內(nèi)，模具溫度升高，成型周期縮短，生產(chǎn)效率提高。如果模具

12、溫度太高，將使樹脂和有機(jī)物分解，塑件表面顏色就會暗淡。由于塑件外層首先硬 化，影響物料的流動，將引起充模不滿，特別是壓縮成型形狀復(fù)雜、薄壁、深度大的塑件時 最為明顯。同時，由于水分和揮發(fā)物難以排除，塑件內(nèi)應(yīng)力大，模具開啟時，塑件易發(fā)生腫 脹、開裂、翹曲等。如果模具溫度過低，硬化周期過長，硬化不足，塑件表面將會無光，其 物理性能和力學(xué)性能下降。常用熱固性塑料的壓縮成型溫度見表2-4。表 2-4 常用熱固性塑料的壓縮成型溫度和成型壓力塑料類型壓縮成型溫度/c壓縮成型壓力/ MPa酚醛塑料（PF）146180742二聚氰胺甲醛塑料（MF）1401801456脲甲醛塑料（UF）1351551456聚酯

13、塑料（UP）85 1500.35 3.5鄰苯二甲酸二丙烯酯塑料（PDPO）1201603.5 14環(huán)氧樹脂塑料（EP）1452000.7 14有機(jī)硅塑料（DSMC）1501907562.壓縮成型壓力壓縮成型壓力是指壓縮時壓力機(jī)通過凸模對塑料熔體在充滿型腔和固化時在分型面單位 投影面積上施加的壓力，簡稱成型壓力，可采用下式進(jìn)行計算：（2-1）式中p成型壓力，一般為 1530MPa； pb壓力機(jī)工作液壓缸表壓力， MPa； D壓力機(jī)主缸活塞直徑，m;A塑件與凸模接觸部分在分型面上的投影面積，m2。施加成型壓力的目的是促使物料流動充模，提高塑件的密度和內(nèi)在質(zhì)量，克服塑料樹脂在成 型過程中因化學(xué)變化釋

14、放的低分子物質(zhì)及塑料中的水分等產(chǎn)生的脹模力，使模具閉合，保證 塑件具有穩(wěn)定的尺寸、形狀，減少飛邊，防止變形，但過大的成型壓力則會降低模具的使用 壽命。壓縮成型壓力的大小與塑料種類、塑件結(jié)構(gòu)以及模具溫度等因素有關(guān)，一般情況下，塑料 的流動性愈小、塑件愈厚及形狀愈復(fù)雜，固化速度和壓縮比愈大，所需的成型壓力亦愈大。常用熱固性塑料的壓縮成型壓力見表 2-4。3.壓縮時間熱固性塑料壓縮成型時，要在一定溫度和一定壓力下保持一定時間， 才能使其充分地交固 化，成為性能優(yōu)良的塑件， 這一時間稱為壓縮時間。 壓縮時間與塑料的種類 （樹脂種類、 揮 發(fā)物含量等） 、塑件形狀、壓縮成型的工藝條件（溫度、壓力）以及操

15、作步驟（是否排氣、預(yù) 壓、預(yù)熱）等有關(guān)。壓縮成型溫度升高，塑料固化速度加快，所需壓縮時間減少，因而壓縮 周期隨模具溫度提高也會減少。壓縮成型壓力對壓縮時間的影響不及壓縮成型溫度那么明顯， 但隨壓力增大，壓縮時間也會略有減少。由于預(yù)熱減少了塑料充模和開模時間，所以預(yù)熱塑 料的壓縮時間比不預(yù)熱時要短。通常壓縮時間還會隨塑件厚度的增加而增加。壓縮時間的長短對塑件的性能影響很大。壓縮時間過短，塑料硬化不足，將使塑件的外觀 性能變差，力學(xué)性能下降，易變形。適當(dāng)增加壓縮時間，可以減少塑件收縮率，提高其耐熱 性能和其它物理、力學(xué)性能。但如果壓縮時間過長，不僅降低生產(chǎn)率，而且會使樹脂交聯(lián)過 度，從而使塑件收縮率增加，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致力學(xué)性能下降，嚴(yán)重時會使塑件破裂。一般 的酚醛塑料，壓縮時間為12min，有機(jī)硅塑料達(dá) 27min。表 2-5 列出了酚醛塑料和氨基塑料的壓縮成型工藝參數(shù)。表 2-5 部分熱固性塑料壓縮成型的工藝