高分子材料壓制成型

1、第六章壓制成型n壓制成型是高分子材料成型加工技術(shù)中歷史最悠久，也是最重要的一種工藝。幾乎所有的高分子材料都可以用此方法來成型制品。是目前四大成型方法之一。它不但可以成型熱固性塑料制品，還可以成型熱塑性制品。主要用于熱固性塑料的成型。n壓制成型的主要特點(diǎn)是需要較大的壓力n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。n對于熱塑性塑料由于壓制成型的周期長，模具交替加熱和冷卻，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)率較低，同時(shí)易損壞模具，故生產(chǎn)中很少采用。n模壓成型與注射成型相比，生產(chǎn)過程控制、使用的設(shè)備和模具較簡單，較易成型大型制品。缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長，效率低，尺寸準(zhǔn)確性低。n用模壓法加工的塑料主要有：

2、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。第一節(jié) 熱固性塑料的模壓成型 將熱固性模塑料置于已經(jīng)加熱到指定溫度的金屬模具中，然后閉模，在加熱加壓的情況下，使塑料熔融、流動，充滿型腔，經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆艢?、保壓后，塑料就適當(dāng)?shù)亟宦?lián)、固化為制品。因?yàn)闊峁绦运芰辖?jīng)交聯(lián)固化后，其分子結(jié)構(gòu)變成三維的體型結(jié)構(gòu)，所以制品可以趁熱脫模。一一. 熱固性模塑料的成型工藝性能：1.流動性：熱固性模塑料的流動性是指其在受熱和受壓情況下充滿整個(gè)模具型腔的能力。 n影響流動性的因素： q壓模塑料的性能和組成（分子量、顆粒形狀、小分子物質(zhì)） q模具與成型條件（光潔度、流道形

3、狀、預(yù)熱） n流動性要適中： q太大：溢出模外，塑料在型腔內(nèi)填塞不緊，或樹脂與填料分頭聚集。 q太小：難于在壓力下充滿型腔，造成缺料，不能模壓大型、 復(fù)雜及厚制品。 2.固化速率n定義：熱固性塑料在一定溫度和壓力下，從熔融、流動到交聯(lián)固化為制品的過程中，單位厚度的制品所需的時(shí)間，以 s/mm厚度表示，此值越小，固化速度越快。n用于衡量熱固性塑料在壓制成型時(shí)化學(xué)反應(yīng)（交聯(lián)）的速度。n影響因素：塑料的交聯(lián)反應(yīng)性質(zhì)，成型時(shí)的工藝條件，如：預(yù)壓、預(yù) 熱、成型溫度和壓力。 3.成型收縮率n定義：成型收縮率： n SL = （L0 L）/ L 100% n產(chǎn)生原因： q熱固性塑料在成型過程中發(fā)生化學(xué)交聯(lián)q

4、塑料與金屬的熱膨脹系數(shù)相差很大q制品脫模后有彈性回復(fù)和塑性變形n影響因素q成型工藝條件q制品形狀q塑料本身固有的性質(zhì) 4.壓縮率n定義：粉狀或粒狀的熱固性塑料的表觀比重與制品比重之比。即壓塑料在壓制前后的體積變化。 n Rp = d2 / d1 nRp值總是 1nRp 越大，所需的模具裝料室越大消耗模具鋼材，不利于傳熱，生產(chǎn)效率低，易混入空氣。 n解決方法： 預(yù)壓。二. 模壓成型的設(shè)備和模具：圖61圖62溢式模具示意圖不溢式模具示意圖三. 模壓成型工藝：三 、模壓成型工藝： 模具清理 和嵌件安放n壓塑料 計(jì)量 預(yù)壓、預(yù)熱 加料 閉模（模壓）排氣 保壓固化 脫模冷卻 修整 熱固性制品 n計(jì)量 q

5、重量法：按質(zhì)量加料。準(zhǔn)確但麻煩； q容量法：按體積加料。方便但不及重量法準(zhǔn)確。 q 記數(shù)法：按預(yù)壓坯料計(jì)數(shù)。操作最快，但預(yù)先有個(gè)預(yù)壓計(jì)量操作。 預(yù)壓 n 在室溫下，把定量的料預(yù)先用冷壓法壓成一定形狀規(guī)則的型坯 n 特點(diǎn)q 加料快，準(zhǔn)確，簡單，便于運(yùn)轉(zhuǎn)。 q 降低壓縮率，可減小模具的裝料量和模具高度。 q 預(yù)壓料中緊密，空氣含量少，傳熱快。 q 可提高預(yù)熱溫度，縮短預(yù)熱和固化時(shí)間，制品氣泡少q 便于成型較大或嗲有精密嵌件的制品 q增加一道工序，成本高。 n預(yù)壓壓力： q 一般控制在使預(yù)壓物的密度達(dá)到制品最大密度的80%為宜。預(yù)壓壓力的范圍： 40 200MPa n預(yù)壓設(shè)備q預(yù)壓機(jī)n偏心式偏心式n

6、旋轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)式n液壓式液壓式q壓模預(yù)熱n作用：作用：q 干燥：除去水分和揮發(fā)物。q 預(yù)熱：提供熱量便于模壓。n特點(diǎn)：特點(diǎn)：qa.縮短模塑時(shí)間，加快固化速率；qb.增加制品固化的均勻性，提高制品的物理機(jī)械性能；qc.提高塑料的流動性，降低模塑損耗和廢品率；qd .可以用較低的壓力進(jìn)行模壓，因此可以用較小噸位的液壓機(jī)模壓較大的制品。n嵌件安放q 加料前放入模具q平穩(wěn)，位置準(zhǔn)確n加料q準(zhǔn)確均勻q合理堆放n閉模q應(yīng)先快后慢陽模未接觸物料之前，應(yīng)盡可能使 閉模速度快，而當(dāng)陽模快要接觸到物料時(shí)，閉模速度要放慢。 q有利于縮短非生產(chǎn)時(shí)間 q防止模具損傷和嵌件移位； q有利于充分排除模內(nèi)空氣n排氣q趕走氣泡、水

7、份、揮發(fā)物，縮短固化時(shí)間q過早，不能完全排氣q過遲，制品表面已經(jīng)固化，氣體不能順利排出n保壓固化q經(jīng)過固化后，原來可溶可熔的線型樹脂變成了不溶不熔的體型結(jié)構(gòu)的材料。q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，然后再用后處理來完成全部固化過程，以提高設(shè)備利用率。 n脫模冷卻q熱固性塑料可趁熱脫模，通常靠頂出桿來完成。 n制品后處理 q熱處理消除內(nèi)應(yīng)力；進(jìn)一步固化，直至固化完全。 q處理溫度比成型溫度高1050。 q整修去除飛邊。q熱處理時(shí)間視塑料的品種、制品的結(jié)構(gòu)和壁厚而定 四、模壓成型工藝和條件限制模壓壓力的作用n促進(jìn)物料流動，充滿型腔提高成型效率。 n 增大制品密度，提高制

8、品的內(nèi)在質(zhì)量。 n克服放出的低分子物及塑料中的揮發(fā)物所產(chǎn)生的壓力，從而避免制品出現(xiàn)氣泡、腫脹或脫層。 n 閉合模具，賦予制品形狀尺寸。 2.模壓壓力的確定模壓壓力的確定n取決于塑料種類、模溫、制品形狀和尺寸以及其取決于塑料種類、模溫、制品形狀和尺寸以及其它工藝條件。它工藝條件。n塑料的流動性越小，硬化速率與快，壓縮率越大，塑料的流動性越小，硬化速率與快，壓縮率越大，需施加的壓力越大；需施加的壓力越大；n制品形狀越復(fù)雜，深度越大，面積越大時(shí)，需施制品形狀越復(fù)雜，深度越大，面積越大時(shí)，需施加的壓力越大；加的壓力越大；n預(yù)熱的塑料比未經(jīng)預(yù)熱的需施加的壓力小在一定預(yù)熱的塑料比未經(jīng)預(yù)熱的需施加的壓力小在

9、一定范圍內(nèi)，提高模具溫度可有利于模壓壓力的降低，范圍內(nèi)，提高模具溫度可有利于模壓壓力的降低，但模溫過高，靠近模壁的塑料會過早固化而使它但模溫過高，靠近模壁的塑料會過早固化而使它對降低模壓壓力沒有作用。對降低模壓壓力沒有作用。n增大壓力，除有利于增大物料的流動性外，增大壓力，除有利于增大物料的流動性外，還使制品更緊密，成型收縮率低，力學(xué)性還使制品更緊密，成型收縮率低，力學(xué)性能好。能好。n但模具壓力過大，對模具使用壽命有影響，但模具壓力過大，對模具使用壽命有影響，并增大設(shè)備功率消耗，也會降低制品的質(zhì)并增大設(shè)備功率消耗，也會降低制品的質(zhì)量。量。n若壓力過小，不能克服交聯(lián)反應(yīng)中放出低若壓力過小，不能克

10、服交聯(lián)反應(yīng)中放出低分子量的壓力，也會降低制品性能。分子量的壓力，也會降低制品性能。n2、模壓溫度q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。q模壓溫度是使熱固性塑料流動、充模、并最后固化成型的主要原因，決定了成型過程中聚合物交聯(lián)反應(yīng)的速度，從而影響塑料制品的最終性能。q模溫高固化不均勻，在模壓厚度較大的制品時(shí)，常不采用提高溫度而是采用降低模溫延長模壓時(shí)間的方法保證產(chǎn)品質(zhì)量。q 模溫低，固化慢，模壓時(shí)間長，而且效果差，也會發(fā)生腫脹。固化不完全，制品外層受不住內(nèi)部揮發(fā)物產(chǎn)生的壓力。3、模壓時(shí)間n塑料從充模加壓到完全固化為止的時(shí)間n影響因素：q制品的形狀、厚度q模壓溫度和壓力q是否預(yù)熱

11、、預(yù)壓n在一定的模壓壓力和溫度下，模壓時(shí)間是決定制品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。n太短，塑料固化不完全，制品物理機(jī)械性能差，外觀無光澤，容易翹曲變形n太長，樹脂降解，制品內(nèi)應(yīng)力大，生產(chǎn)效率低，能耗大 根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在選擇模壓成型的工藝條件時(shí)，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在選擇模壓成型的工藝條件時(shí)，可以從模壓壓力、溫度和時(shí)間三者中先固定一可以從模壓壓力、溫度和時(shí)間三者中先固定一個(gè)條件，如按經(jīng)驗(yàn)選定成型壓力，然后再變化個(gè)條件，如按經(jīng)驗(yàn)選定成型壓力，然后再變化成型的溫度和時(shí)間，從實(shí)驗(yàn)中找出合理的條件成型的溫度和時(shí)間，從實(shí)驗(yàn)中找出合理的條件來。來。第二節(jié) 橡膠制品的模型硫化一. 橡膠制品生產(chǎn)工藝：1.基本工藝過程：n 配合，生

12、膠塑煉，膠料混煉，成型，硫化2.按生產(chǎn)過程分類：n模型制品在模型中定型并硫化n非模型制品在模型中定型成未經(jīng)硫化的半成品3、橡膠制品品種 n 輪胎：生膠的5060 n 膠帶：運(yùn)輸膠帶、傳動膠帶 n 膠管：軟管、纖維增強(qiáng) n 膠鞋：貼合鞋、模壓鞋、注壓鞋 n 其他橡膠工業(yè)制品：油封、膠布、膠板、膠輥 二二. 橡膠制品的硫化：1.橡膠在硫化過程中的結(jié)構(gòu)與性能的變化n A.分子結(jié)構(gòu)n B.交聯(lián)密度n具體表現(xiàn)：（1）物理機(jī)械性能的變化（2）物理性質(zhì)的變化（3）化學(xué)穩(wěn)定性的變化2.硫化歷程：n焦燒階段qa 操作焦燒時(shí)間qb 剩余焦燒時(shí)間n預(yù)硫階段n正硫化階段n過硫階段3. 正硫化及正硫化點(diǎn)的確定：3.1

13、正硫化及正硫化時(shí)間3.2 正硫化點(diǎn)的測定方法3.2.1 物理機(jī)械性能法3.2.2 化學(xué)法3.2.3 專用儀器法n焦燒時(shí)間t10=(MH-ML)X10%+MLn正硫化時(shí)間t90=(MH-ML)X90%+ ML4. 硫化方法和硫化介質(zhì)：硫化方法和硫化介質(zhì)：4.1 室溫硫化法4.2冷硫化法4.3高溫輻射硫化法4.4熱硫化法4.5連續(xù)硫化法三. 模型硫化工藝及硫化條件n工藝過程q混煉膠和橡膠半成品 計(jì)量 加料 閉模排氣 保壓（硫化） 脫模 制品 n這一過程基本上與熱固性塑料的模壓成型相同，硫化工藝條件是硫化壓力、硫化溫度和硫化時(shí)間。 1.硫化壓力n大多數(shù)的橡膠制品的硫化是在一定壓力下進(jìn)行的 n一般模壓

14、制品的硫化壓力為24 MPa n 膠料流動性差，制品形狀復(fù)雜，制品表面花紋細(xì)致，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚制品，硫化溫度高，則硫化壓力高一些。n太高的硫化壓力會加速橡膠分子鏈的熱降解 2.硫化溫度n硫化速度 隨 溫 度 的 升 高 而 加 快，所以升高溫度能提高生產(chǎn)率。n硫化時(shí)間與溫度是相互制約的，有下式 3.硫化時(shí)間n在一定的硫化溫度和壓力下，橡膠有一最適宜的硫化時(shí)間。n硫化時(shí)間的長短須服從于達(dá)到正硫化時(shí)的硫化效應(yīng)為準(zhǔn)則。 n 硫化效應(yīng)：EIt， I 硫化強(qiáng)度，t 硫化時(shí)間n生產(chǎn)中通過測定硫化特性曲線來確定硫化工藝條件 第三節(jié) 復(fù)合材料壓制成型n高分子復(fù)合材料n玻璃鋼n方法高壓壓制成型，模壓成高壓壓制成型

15、，模壓成型型低壓手糊成型低壓手糊成型一. 層壓成型：n概念：增強(qiáng)熱固性塑料的層壓 以片狀連續(xù)材料（玻璃布、 紙、布）為填料（骨架材料）浸漬樹脂溶液，經(jīng)干燥 后而成為附膠材料，通過剪裁、疊合成層或卷制，在加熱、加壓的條件下，使樹脂交聯(lián)固化成型為片狀、棒狀或管狀的層壓制品。 2. 工藝： 浸漬壓制后加工處理二. 模壓成型：1 塊狀模塑料模壓成型工藝（Balk Molding Compound. BMC）n與熱固性塑料的模壓成型工藝相似n 配比q材料 質(zhì)量分?jǐn)?shù)聚酯樹脂 20%-35% 無機(jī)礦物填料 45%-55%短切玻璃纖維 10-25%引發(fā)劑、顏料 2%-3%潤滑劑 0.5%-2%1.2工藝過程2.片狀模塑料模壓成型（Sheet Molding Compound. SMC）2.1 配比：不飽和聚酯 約2030增稠劑 約 5無機(jī)填料 4050%引發(fā)劑 23脫模劑 0.51短切玻璃纖維或氈片 適量2.2 工藝過程三. 手糊成型：n特點(diǎn)q不加壓力，或僅加少許壓力，不必加熱，設(shè)備工藝簡單，生產(chǎn)成本低q對模具的要求低q制品性能優(yōu)良q結(jié)構(gòu)密實(shí)性欠