塑料成型工藝學(xué)第四章壓縮模塑課件

第四章壓縮模塑4.1概述壓制成型，是塑料成型加工技術(shù)中歷史最久，也是最重要的方法之一，主要用于熱固性塑料的成型。根據(jù)材料的性狀和成型加工工藝的特征，又可分為模壓成型和層壓成型。模壓成型又稱壓縮模塑，這種方法是將粉狀、粒狀、碎屑狀或纖維狀的塑料放入加熱的陰模模槽中，合上陽(yáng)模后加熱使其熔化，并在壓力作用下使物料充滿模腔，形成與模腔形狀一樣的模制品，再經(jīng)加熱（使其進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化）或冷卻（對(duì)熱塑性塑料應(yīng)冷卻使其硬化），脫模后即得制品。模壓成型主要用于熱固性塑料制品的生產(chǎn)。對(duì)于熱塑性塑料由于模壓成型的周期長(zhǎng)，生產(chǎn)率較低（模具交替加熱和冷卻，生產(chǎn)周期長(zhǎng)），同時(shí)易損壞模具，故生產(chǎn)中很少采用。用模壓法加工的塑料主要有：酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅、硬聚氯乙烯、聚三氟氯乙烯、氯乙烯與醋酸乙烯共聚物、聚酰亞胺等。模壓成型與注射成型相比，生產(chǎn)過(guò)程控制、使用的設(shè)備和模具較簡(jiǎn)單，較易成型大型制品。缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長(zhǎng)，效率低，尺寸準(zhǔn)確性低。用于機(jī)械零部件、電器絕緣件、交通運(yùn)輸、日常生活用品的成型。工藝過(guò)程：原料的準(zhǔn)備模壓預(yù)壓（熱固性塑料）預(yù)熱（熱固性和熱塑性塑料）4.2預(yù)壓一、概述將松散的粉狀或纖維狀的熱固性塑料預(yù)先用冷壓法（模具不加熱）壓成質(zhì)量一定，形樣規(guī)整的密實(shí)體的作業(yè)，稱為預(yù)壓。所壓的物體稱為預(yù)壓物、壓片、錠料或形坯。預(yù)壓物的形狀有圓片、圓角或腰鼓形的長(zhǎng)條、扁球、與制品形狀相仿、空心體和雙合體等。各有優(yōu)缺點(diǎn)。二、預(yù)壓的優(yōu)點(diǎn)1.加料快，準(zhǔn)確而簡(jiǎn)單；以避免加料過(guò)多或不足時(shí)造成廢品；2.降低塑料的壓縮率，減小模具的裝料室、簡(jiǎn)化模具的結(jié)構(gòu)；3.避免壓縮粉的飛揚(yáng)、改善勞動(dòng)條件；4.預(yù)壓物中空氣含量少，傳熱加快，縮短了預(yù)熱和固化時(shí)間，并能避免制品出現(xiàn)較多的氣泡，有利于提高制品的質(zhì)量；5.便于運(yùn)轉(zhuǎn)；6.改進(jìn)預(yù)熱規(guī)程；7.便于模壓較大或帶有精細(xì)嵌件的制品。三、局限性1.如果生產(chǎn)效率低，則運(yùn)營(yíng)成本高；2.不適于松散度大的長(zhǎng)纖維塑料；3.不適于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、混色斑紋制品。三、傾倒性以120g壓縮粉通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)漏斗（圓錐角60o，管徑為10mm）的時(shí)間來(lái)表示。傾倒性為25～30s最好。四、壓縮率3.0左右五、潤(rùn)滑劑利于脫模，外形完美，但含量多，對(duì)制品的力學(xué)強(qiáng)度不利。六、溫度、壓力對(duì)不易在室溫下預(yù)壓的，溫度可提高到50～90℃，壓力控制在預(yù)壓物密度在制品最大密度的80％，一般為40～200MPa，視壓縮粉性質(zhì)和預(yù)壓物的形狀和尺寸而定。4.2.2預(yù)壓的設(shè)備和操作一、壓模壓模共分上陽(yáng)模、下陽(yáng)模和陰模三部分。4.3預(yù)熱為提高制品質(zhì)量和便于模壓進(jìn)行，須預(yù)熱。作用干燥提供熱料一、熱固性塑料預(yù)熱的優(yōu)點(diǎn)1.縮短閉模時(shí)間，加快固化速率，縮短模塑周期2.增進(jìn)制品固化的均勻性，提高制品物理力學(xué)性能3.提高塑料的流動(dòng)性，降低塑模損耗和廢品率，減小制品的收縮率和內(nèi)應(yīng)力，提高制品因次穩(wěn)定性和表面光潔度。4.降低模壓壓力二、預(yù)熱規(guī)程的確定在既定的預(yù)熱溫度下，找出預(yù)熱時(shí)間與流動(dòng)性的關(guān)系曲線，根據(jù)曲線定出預(yù)熱規(guī)程。如圖4-2，在規(guī)定溫度180±10℃下，最大流動(dòng)性的時(shí)間為5～7min，因此可將預(yù)熱規(guī)程定為此溫度和時(shí)間。三、預(yù)熱方法1.熱板加熱2.烘箱加熱3.紅外線加熱連續(xù)式、間歇式使用方便、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、溫度控制靈活；缺點(diǎn)：受熱不均，易于燒傷表面。發(fā)展遠(yuǎn)紅外加熱4.高頻電熱加熱極性分子塑料高頻電場(chǎng)作用，分子取向改變，由內(nèi)摩擦而生熱塑料各部分溫度同時(shí)上升。4.4壓縮模塑用的設(shè)備一、壓機(jī)作用：通過(guò)塑模對(duì)塑料施加壓力，開閉模具和頂出制品。工作參數(shù)：公稱重量、壓板尺寸、工作行程、柱塞直徑。決定壓機(jī)能模壓制品的面積、厚度以及最大模壓壓力。1.上動(dòng)式液壓機(jī)壓機(jī)的主壓筒處于壓機(jī)的上部，其中的主壓柱塞是與上壓板直接或間接相連的。下壓板是固定不動(dòng)的。模具的陰陽(yáng)模分別與上下壓板固定，依靠上壓板的升降即能完成模具的開閉和對(duì)塑料施加壓力等基本操作。二、塑模1.溢式塑模主要結(jié)構(gòu)：包括陰陽(yáng)模兩部分。特點(diǎn)：制造成本低廉；操作簡(jiǎn)單；宜于模壓扁平或近于碟狀的制品。對(duì)所壓塑料的形狀無(wú)嚴(yán)格要求，只要壓縮率較小即可。用過(guò)量料，陰陽(yáng)模閉合時(shí)，從溢料縫溢出，成為毛邊。2.不溢式塑模特點(diǎn)：不讓塑料從型腔中外溢和所加壓力完全座落在塑料上。適于：流動(dòng)性差、壓縮率大、牽引度較長(zhǎng)的制品。制品質(zhì)量均勻密實(shí)，無(wú)顯著溢料。缺點(diǎn)：不利于排氣，需延長(zhǎng)固化時(shí)間。3.半溢式塑模（1）無(wú)支承面與不溢式塑模相似，陰模略向外傾斜，形成溢料槽。加料方便，制品尺寸準(zhǔn)確，質(zhì)量均勻密實(shí)。4.5模壓過(guò)程和操作方法模壓工序：加料、閉模、排氣、固化、脫模、模具清理。有嵌件的需在加料前安放。一、嵌件的安放作為制品中導(dǎo)電部分或使制品與其它物體結(jié)合用的，如：軸套、軸帽、螺釘和接線柱等。埋入部分的外形采用滾花、鉆孔、棱角、型槽。用手或?qū)ｉT工具安放。要求安放正確、平穩(wěn)，可用浸膠布或墊圈。三、閉模加料完成后，即使陽(yáng)模和陰模相閉合。合模時(shí)先用快速，待陰、陽(yáng)?？旖佑|時(shí)改為慢速。先快后慢的操作法有利于縮短非生產(chǎn)時(shí)間，防止模具檫傷，避免模槽中原料因合模過(guò)快而被空氣帶出，甚至使嵌件移位，成型桿或模腔遭到破壞。待模具閉合即可增大壓力（對(duì)原料加熱、加壓）四、排氣排出水分和低分子揮發(fā)物及模內(nèi)空氣等。在塑模的模腔內(nèi)塑料反應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)時(shí)間后，可卸壓松模排氣很短時(shí)間。排氣操作能：縮短固化時(shí)間；提高制品的物理機(jī)械性能；避免制品內(nèi)部出現(xiàn)分層和氣泡。但排氣過(guò)早達(dá)不到排氣目的；排氣過(guò)遲則因物料表面已固化氣體排不出。五、固化熱固性塑料的固化是在模壓溫度下保持一段時(shí)間，使樹脂的縮聚反應(yīng)達(dá)到要求的交聯(lián)程度，使制品具有所要求的物理機(jī)械性能為準(zhǔn)。固化速率不高的塑料也可在制品能夠完整地脫模時(shí)固化就暫告結(jié)束，然后再用后處理來(lái)完成全部固化過(guò)程，以提高設(shè)備利用率。模內(nèi)固化時(shí)間通常為保溫保壓時(shí)間，一般30s至數(shù)分鐘不等，多數(shù)不超過(guò)30min。固化時(shí)間決定于塑料的種類、制品的厚度、預(yù)熱情況、模壓溫度和模壓壓力等。過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短的固化時(shí)間，對(duì)制品性能都有影響。六、脫模脫模通常是靠頂出桿來(lái)完成的。帶有成型桿或某些嵌件的制品，應(yīng)先用專門工具將成型桿擰脫，而后進(jìn)行脫模。七、塑模的清理脫模后，通常用壓縮空氣吹洗模腔和模具的模面。如果模具上的固著物較緊，還可用銅刀或銅刷清理，甚至用拋光劑試刷等。八、后處理為進(jìn)一步提高制品的質(zhì)量，熱固性塑料制品脫模后，也常在較高溫度下進(jìn)行后處理。后處理能使塑料：固化更趨完全，同時(shí)減少或消除制品的內(nèi)應(yīng)力，減少制品中的水分及揮發(fā)物等，有利于提高制品的電性能及強(qiáng)度。在一定環(huán)境或條件下進(jìn)行，所不同的僅是處理溫度不同而已。一般處理溫度約比成型溫度高10~50℃。4.6模壓成型的控制因素?zé)峁绦詷渲诔尚图庸み^(guò)程中，不僅有物理變化，而且還進(jìn)行著復(fù)雜的化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)。一、模壓壓力1.模壓壓力：是指模壓時(shí)迫使塑料充滿型腔和進(jìn)行固化而由壓機(jī)對(duì)塑料所加的壓力。不考慮壓機(jī)的摩擦損失：Pm:模壓壓力；G：壓機(jī)的公稱重力；A：陽(yáng)模與塑料接觸部分的投影面積?？紤]壓機(jī)的摩擦損失：PL:壓機(jī)實(shí)際使用的液壓壓力；R：主壓柱塞的半徑；2.模壓壓力對(duì)塑料性能的影響（1）塑料在塑模中加速流動(dòng)；（2）增加塑料的密實(shí)度；（3）克服樹脂在縮聚反應(yīng)中放出的低分子物及塑料中其他揮發(fā)分所產(chǎn)生的壓力，避免出現(xiàn)腫脹、脫層等缺陷；（4）使模具緊密閉合，從而使制品具有固定的尺寸、形狀和最小毛邊；（5）防止制品在冷卻時(shí)發(fā)生形變。塑料在整個(gè)模塑周期內(nèi)所受壓力與塑模類型有關(guān)，并不一定都等于Pm。3.影響模壓壓力的因素（1）壓縮率高的塑料，通常比壓縮率低的塑料需要更大的模壓壓力；（2）預(yù)熱的塑料所需的模壓壓力均比不預(yù)熱的小；（3）在一定范圍內(nèi)，提高模具溫度有利于模壓壓力降低；（4）其他條件不變，制品深度越大，所需的模壓壓力也應(yīng)越大；（5）制品的密度隨模壓壓力的增加而增加，但是有限。二、模壓溫度模壓溫度：指模壓時(shí)所規(guī)定的模具溫度，并不等于模具型腔內(nèi)塑料的溫度。模壓溫度是使熱固性塑料流動(dòng)、充模、并最后固化成型的主要原因，決定了成型過(guò)程中聚合物交聯(lián)反應(yīng)的速度，從而影響塑料制品的最終性能。模壓溫度對(duì)制品性能的影響：（1）溫度升高，加速熱固性塑料在模腔中的固化速度，固化時(shí)間縮短。高溫有利于縮短模壓周期；（2）過(guò)高溫度，會(huì)因固化速度太快而使塑料流動(dòng)性迅速降低，引起充模不滿，特別是形狀復(fù)雜、壁薄、深度大的制品；（3）溫度過(guò)高，能引起色料變色、有機(jī)填料等分解，使制品表面暗淡；（4）高溫下，外層固化比內(nèi)層快，以至內(nèi)層揮發(fā)物難以排除，會(huì)降低制品的機(jī)械性能，開啟模具時(shí)發(fā)生腫脹、開裂、變形和翹曲等；（5）對(duì)厚制品來(lái)講，降低溫度下，延長(zhǎng)模壓時(shí)間。4.7廢品類型、原因及其處理方法一般的產(chǎn)品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：1.外觀質(zhì)量；2.內(nèi)應(yīng)力的有無(wú)；3.尺寸和相對(duì)位置的準(zhǔn)確性；4.與成品有關(guān)的物理機(jī)械性能、電性能和化學(xué)性能等。不符合要求即可分為次品或廢品。原因及處理方法見附錄表7。4.8冷壓燒結(jié)成型氟塑料，熔體在成型溫度下具有很高的粘度，事實(shí)上難以熔化，不能用一般熱塑性塑料的方法成型。只能用類似粉末冶金燒結(jié)成型的方法，通稱冷壓燒結(jié)成型。成型時(shí)，先將一定量的含氟塑料放入常溫下的模具中，在壓力作用下，壓制成密實(shí)的形坯，然后送至烘室內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，冷卻后即成為制品。一、冷壓成型1.過(guò)篩：一般20目2.加料：需一次完成加料量，否則各次加料有界面，易在界面處開裂。3.加壓：在加料后立即加壓。宜緩慢進(jìn)行，嚴(yán)防沖擊。升壓速度，視制品的高度和形狀而定。直徑大而長(zhǎng)的型坯，升壓速度應(yīng)慢，反之則快；模壓壓力為30~50MPa。壓力過(guò)高，樹脂在模內(nèi)易滑動(dòng)，產(chǎn)生內(nèi)部裂紋；壓力過(guò)低，制品內(nèi)部結(jié)構(gòu)不緊密，物理機(jī)械性能下降。較高的制品應(yīng)上下同時(shí)加壓。4.保壓：保壓時(shí)間視制品情況而定。直徑大：10~15min一般：3~5min5.緩慢卸壓：以免強(qiáng)烈回彈產(chǎn)生裂紋。6.排氣：型坯面積大的易裹入空氣。7.脫模：型坯強(qiáng)度低，需小心。二、燒結(jié)燒結(jié)：將型坯加熱到樹脂熔點(diǎn)（327℃）以上，并在該溫度下，保持一段時(shí)間，以使單顆粒的樹脂相互擴(kuò)張，最后黏結(jié)熔合成一個(gè)密實(shí)的整體。燒結(jié)過(guò)程：1.升溫階段：將型坯由室溫加熱至燒結(jié)溫度。聚四氟乙烯的傳熱性能差，加熱應(yīng)按一定的升溫速率進(jìn)行。升溫太快，錠料內(nèi)外溫差過(guò)大，各部分膨脹不均勻，制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，甚至出現(xiàn)裂紋；升溫過(guò)快，外層溫度高而內(nèi)層溫度低，就此冷卻，會(huì)造成：“內(nèi)生外熟”的現(xiàn)象；升溫速度太慢，會(huì)使成型周期增長(zhǎng)。實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)視型坯的大小，厚薄等因素而定。大型制品：30~40℃/h；小型制品：80~120℃/h；分散性樹脂制薄板：30~40℃/h燒結(jié)溫度根據(jù)樹脂的熱穩(wěn)定性來(lái)確定。熱穩(wěn)定性高：燒結(jié)溫度：380~400℃；熱穩(wěn)定性差：燒結(jié)溫度：365~375℃。2.保溫將達(dá)到燒結(jié)溫度的型坯在該溫度下保持一段時(shí)間使其完全“燒透”的過(guò)程。保溫時(shí)間，取決于燒結(jié)溫度，樹脂的熱穩(wěn)定性以及制品的厚度等因素。生產(chǎn)中：大型制品，5~10h小型制品，1h3.冷卻將已經(jīng)燒結(jié)好的成型物從燒結(jié)溫度降到室溫的過(guò)程。無(wú)定型相晶相冷卻快慢決定了結(jié)晶度，直接影響制品的物理機(jī)械性能?？焖倮鋮s：淬火空氣淬火液體淬火淬火制品結(jié)晶度小，