材料制備與加工

樹脂基快速模具制造技術(shù)摘要：樹脂基復(fù)合材料越來越多地應(yīng)用于快速模具上，其中應(yīng)用最為普遍的是環(huán)氧樹脂和聚氨脂。本文敘述了復(fù)合材料的現(xiàn)狀，分析了適用于快速模具制造技術(shù)的樹脂基復(fù)合材料，并分析和敘述了樹脂基快速模具制造技術(shù)的材料選擇、加工工藝、加工步驟，并分析和解決了加工過程中可能出現(xiàn)的一些問題和應(yīng)該注意的事項(xiàng)。一、復(fù)合材料概述復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同物質(zhì)以不同方式組合而成的材料，它可以發(fā)揮各種材料的優(yōu)點(diǎn)，克服單一材料的缺陷，擴(kuò)大材料的應(yīng)用范圍。樹脂基復(fù)合材料采用的增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。用于高性能復(fù)合材料的玻璃纖維主要有高強(qiáng)度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。二、適用于快速模具的樹脂基復(fù)合材料樹脂模具技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不但縮短了模型、模具制作時(shí)間、降低了模型及模具制作成本、提高模型及模具加工精度等，而且推動(dòng)了模型、模具工業(yè)的快速發(fā)展。環(huán)氧樹脂系統(tǒng)可制作各種金屬薄板成形模具，真空熱成型模，結(jié)構(gòu)發(fā)泡模，鑄造模型和型腔以及陶瓷模具型板等，主要用于汽車、飛機(jī)制造廠中的板金車間、翻砂鑄造及沖壓車間和陶瓷工業(yè)。在國(guó)外某些工業(yè)中，該系統(tǒng)的用量已占所有模具生產(chǎn)的75％。三、樹脂基快速模具制造技術(shù)3.1基體材料的選擇環(huán)氧樹脂(通稱為Epoxyresins)，是一種環(huán)氧低聚物，當(dāng)與固化劑(Hardener)反應(yīng)便可形成三維網(wǎng)狀的熱固性塑料。環(huán)氧樹脂通常是在液體狀態(tài)下使用的，經(jīng)常溫或加熱進(jìn)行固化，達(dá)到最終的使用目的。液態(tài)體系的環(huán)氧樹脂具有在固化反應(yīng)過程中收縮率小，其固化物的粘接性、耐熱性、耐化學(xué)藥品性以及機(jī)械性能和電氣性能優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)，是熱固性樹脂中應(yīng)用量較大的一個(gè)品種。缺點(diǎn)是韌性差，但是可以通過對(duì)固化劑的選擇在一定程度上加以克服和改進(jìn)。環(huán)氧樹脂是先進(jìn)復(fù)合材料中應(yīng)用最廣泛的樹脂體系，它可適用于多種成型工藝，可配制成不同配方，可調(diào)節(jié)粘度范圍大：以便適應(yīng)于不同的生產(chǎn)工藝。它的貯存壽命長(zhǎng)，固化時(shí)不釋出揮發(fā)物，固化收縮率低，固化后的制品具有極佳的尺寸穩(wěn)定性、良好的耐熱、耐濕性能和高的絕緣性。因此環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在航空工業(yè)和民用工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。3.2E型環(huán)氧樹脂的性能及用途常用的雙酚A型環(huán)氧樹脂為E型環(huán)氧樹脂(E-51、&44、E-42)和F型環(huán)氧樹脂(酚醛型環(huán)氧樹脂)。E型環(huán)氧樹脂(E-51、E-44、E-42)在未固化前為線性熱塑性樹脂，與固化劑配合固化后交聯(lián)成不熔不溶的樹脂固化物，表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能、加工性能、耐化學(xué)藥品性、電氣絕緣性、尺寸穩(wěn)定性、低吸水率、粘接性能、耐腐蝕性好等特點(diǎn)。E型環(huán)氧樹脂可作為各種金屬非金屬(玻璃、木料、陶瓷、混凝土及布等)及大多數(shù)熱固性塑料的粘接劑；層壓制品、玻璃鋼制品粘膠劑；澆鑄零件及模具；多種電器零件、電子元件的浸漬涂敷、包封材料。3.3模具樹脂使用工藝模具樹脂依照不同的應(yīng)用環(huán)境及產(chǎn)品，使用工藝也各不相同。其主要工藝有表面膠衣法、表面澆注法、整體澆注法、超快澆注法、偶聯(lián)層及填料填充法、結(jié)構(gòu)支架法和模型裝造法等等。3.4模具制造采用的工藝基于快速原型及澆注法，樹脂模具制作工藝流程大致如下：1)母模準(zhǔn)備充當(dāng)母模的原型表面必須進(jìn)行光整處理，來提高原型表面光潔度，從而達(dá)到使用要求。2)構(gòu)件型框?？蚩梢杂山饘?，塑料，木材等制作。根據(jù)原型的大小和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作?？?。?？虻淖饔茫阂皇窃跐沧渲旌狭蠒r(shí)防止混合料外溢；二是樹脂固化后?？蚺c樹脂粘結(jié)在一起形成模具，?？?qū)渲袒w起強(qiáng)化和支撐的作用。?？虻拈L(zhǎng)和寬應(yīng)比原型尺寸放大一些，一般原型放到?？騼?nèi)，?？騼?nèi)腔與原型的間隔應(yīng)在40～60mm，如圖5．6所示。高度也應(yīng)適當(dāng)考慮。澆注時(shí)?？虮砻嬉盟穆然记逑?，去除油污、鐵銹、雜物，以使環(huán)氧樹脂固化體能與?？蚪Y(jié)合牢固。3)選擇分型面封填母模內(nèi)腔無論是澆注環(huán)氧樹脂模具還是考慮用模具生產(chǎn)產(chǎn)品，都要合理選擇模具分型面。這不僅為脫模提供方便，而且是提高產(chǎn)品質(zhì)量、盡可能減少重復(fù)休整工作等必須考慮的技術(shù)措施。分型面的選擇直接影響脫模，如果分型面選擇不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致難以脫模甚至脫不出來，所以正確合理的選擇分型面非常重要。分型面選擇最重要的是選在原型的截面積最大位置處，且盡量選在有拔模斜度的位置，嚴(yán)禁出現(xiàn)倒拔模斜度。為防止原型內(nèi)腔被樹脂混合物充填而導(dǎo)致難脫模，需在原型內(nèi)腔預(yù)先封填。4)上脫模劑脫模劑的選用非常重要，選用得當(dāng)，則有利于條產(chǎn)品質(zhì)量延長(zhǎng)模具使用壽命。不同材料的母模，需要選用不同的脫模劑。脫模劑要均勻涂刷在原型及分型面上。5)涂刷膠衣樹脂通常，膠衣是以不飽和聚酯樹脂為基礎(chǔ)，以苯乙烯單體為基本組分的，所以膠衣樹脂易于與不飽和樹脂粘合，適宜用在不飽和樹脂符合材料的場(chǎng)合。將膠衣樹脂按一定的配方比例，先后與促進(jìn)劑、催化劑、固化劑均勻混合，即可用硬毛刷等工具將膠衣樹脂刷在原型表面，一般刷0,2～0.5mm即可。6)澆注樹脂按一定的配方比例先加稀釋劑和增韌劑混合攪拌直到樹脂粘度降低到一定程度，然后加入填料混合均勻，最后加入固化劑，快速攪拌均勻后開始澆注。澆注時(shí)完畢后放入烘干箱迸行固化。7)分模取出原型及修模模具固化完畢后，進(jìn)行分模，取出原型并進(jìn)行必要的修整。分模時(shí)要輕打輕敲，應(yīng)盡量避免重力敲擊，以防止模具開裂以及損壞原型件。本實(shí)驗(yàn)采用整體澆注法進(jìn)行模具制作，其制各工藝過程為：先進(jìn)行母模設(shè)計(jì)，制造出母模；用木板在母模四周制作圍板，再在其表層涂脫模劑，然后貼上4～6層玻璃布后填充EP基復(fù)合材料模塑料，固化后烘干、起模、修整制得陰模；將配制好的EP基復(fù)合材料模塑料澆注到陰模中使之固化、起模并進(jìn)行修整，制得快速模具。3.5環(huán)氧樹脂模具制作的關(guān)鍵在翻制環(huán)氧樹脂模具時(shí)，其材料的配比、脫模劑的選擇、模具壽命、模具型腔表面質(zhì)量、模具的氣泡情況、上下半模分離難易及尺寸精度是重點(diǎn)考慮的因素。本文在實(shí)際制作環(huán)氧樹脂模具的中總結(jié)過程出以下幾點(diǎn)制作技巧：1)型框尺寸型框尺寸較小，可以節(jié)省樹脂模具材料的用量，降低制模成本，但是型框太小，不利于樹脂的澆注。型框的大小取決于原型尺寸的大小。為了環(huán)氧樹脂模具大小適中，在搭建樹脂模型框的時(shí)候，通常型框四壁距原型件邊緣20mm，側(cè)面擋板高度為原型高度h(mm)再加上90mm，留出50mm的高度，以保證脫泡時(shí)樹脂材料不能溢出來。2)脫模劑的涂抹及陰模的制作為了順利脫模，脫模劑的選擇和涂抹非常重要。為了找到合適的脫模劑及脫模劑的使用方法。通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)如下：不同的脫模劑使用方法有很大的不同，針對(duì)不同的脫模劑需要修正使用方法。一般來說脫模劑使用方法如下：型框的底部和原型上表面涂上第一層脫模劑，涂抹一定要均勻，涂層厚度大概在0.2mm左右，大概l0min后，待第一層脫模劑干燥，再涂第二層涂2～3層即可。待脫模劑干燥后，涂上事先配比好的環(huán)氧樹脂材料，同樣涂抹～定要均勻，厚度在0.2～0.3mm之間，然后再將準(zhǔn)備好的玻璃布貼在樹脂涂層上，這樣循環(huán)貼涂，最后使陰模厚度達(dá)到2～3mm。3)由陰模制作陽模的關(guān)鍵技術(shù)陰模制作完畢之后，下一步工序是陽模的制作。制作陽模時(shí)常出現(xiàn)型框搭建不規(guī)整，部分樹脂沿型框內(nèi)壁流到陽模邊沿，和陽模粘合在一起，導(dǎo)致陰陽模不能順利脫模，為了易于脫模，必須對(duì)型框的搭建進(jìn)行改進(jìn)。一是努力使搭建的型框規(guī)整，內(nèi)壁沒有空隙，樹脂不能流下模邊沿；二是在陰模的上面搭建型框，這樣就避免了型框搭建不規(guī)整的因素。第二