聚合物成型加工 (4)課件

第四章壓縮模塑

4.1概述4.2成型前的準(zhǔn)備工作4.3壓縮模塑用的設(shè)備4.4模壓過程與操作方法4.5模壓成型的控制因素4.6冷壓燒結(jié)成型2023/2/214.1概述一.簡介

壓縮模塑又稱壓制成型、模壓成型，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。主要用來制造熱固性塑料和一些流動性較差的或熔體粘度較大的熱塑性塑料。

2023/2/222023/2/232023/2/24成型熱固性塑料：加熱加壓，熔融流動，充模，交聯(lián)固化，開模取出制品。成型熱塑性塑料：加熱加壓，熔融流動，充模，冷卻，硬化定型。

2023/2/25二.壓縮模塑的優(yōu)點：

1.相對于其它成型方法來說，工藝成熟，過程簡單，容易掌握；

2.可模塑較大平面的制品和利用多腔模生產(chǎn)大批量的小制品；

3.制品各向同性；制品密實度高。

4.制模費用低，較經(jīng)濟(jì)。

2023/2/26三.缺點：

1.生產(chǎn)周期長，效率低；

2.尺寸準(zhǔn)確性差。每次生產(chǎn)的制品尺寸都有差異，公差大，不適宜制造尺寸準(zhǔn)確性要求高的制品；

3.制品內(nèi)應(yīng)力大；物料內(nèi)部溫度分布不均勻。不太適合用于較厚制品生產(chǎn)。

4.自動化程度較差，工人勞動強(qiáng)度大。2023/2/27

4.2成型前的準(zhǔn)備工作一.塑料的貯存應(yīng)注意吸濕性、貯存溫度和貯存時間等問題。

1.吸濕性要求有嚴(yán)密的包裝，貯存庫房的相對濕度最好不超過70%，對脲甲醛等易吸濕的塑料則更需要嚴(yán)加控制。2023/2/28

2.貯存溫度貯存溫度一般不超過25℃，特別是熱固性酚醛樹脂基塑料、尿甲醛塑料等，溫度過高會使其化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)推進(jìn)，從而使其性能下降。

2023/2/293.貯存時間貯存時間不宜過長，否則樹脂的化學(xué)反應(yīng)也可能繼續(xù)推進(jìn)，使原料變質(zhì)。其中尿甲醛樹脂貯存最好不超過三個月，熱固性酚醛樹脂基塑料應(yīng)不超過六個月，熱塑性酚醛基塑料，如包裝良好，放置在陰涼干燥處，三年后尚可使用，但其流動性下降，故不宜貯存太久。2023/2/210二、預(yù)壓

1.定義：將松散的粉狀或纖維狀塑料預(yù)先用冷壓法壓成重量一定、形狀規(guī)整的密實體的操作成為預(yù)壓。所壓的物料稱為預(yù)壓物。

2023/2/2112.要求：

a.形狀：無嚴(yán)格的限制，一般以能用整數(shù)而又能十分緊密的配入模具中為最好。通常是圓片形、扁球形或與制品形狀相仿等。

b.密度：達(dá)到制品密度的80%。因為這種密度的預(yù)壓物傳熱好，并有一定的強(qiáng)度，經(jīng)得起運轉(zhuǎn)。3.預(yù)壓原因：主要是針對壓縮模塑周期長、效率低的特點而采取的措施。2023/2/2124.好處：

a.加料快、準(zhǔn)確簡單；

b.降低了塑料的壓縮率，從而減少了模具的裝料室，簡化了模具的結(jié)構(gòu)。壓縮率=制品的比重/塑料的表觀比重>1-3<粉的體積/制品的體積

c.避免粉塵飛揚；

d.預(yù)壓物中的空氣含量少，使傳熱加快，縮短加熱和固化時間；

e.便于運輸；

f.改善預(yù)熱規(guī)程；

g.便于成型較大或帶有精細(xì)嵌件的制品。2023/2/2135.缺點：需要相應(yīng)的工藝和設(shè)備，在壓制復(fù)雜或混色斑紋的制品時還不如直接用粉狀物料好。6.常用的預(yù)壓設(shè)備：偏心式預(yù)壓機(jī)、旋轉(zhuǎn)式預(yù)壓機(jī)和液壓式預(yù)壓機(jī)。

2023/2/2147.預(yù)壓的選擇：所謂預(yù)壓性是指塑料的壓縮能力，它依賴于它的水分、顆粒的均勻度、傾倒性、壓縮率、潤滑劑含量以及預(yù)壓的溫度與壓力。a.水分的影響：水分含量很少時不利于預(yù)壓；很大時對模壓不利，使制品質(zhì)量變差。含量一般要求3-4.5%左右。2023/2/215b.顆粒均勻度的影響：預(yù)壓時希望壓縮粉的顆粒最好大小相間，大小顆粒分布要適中，各占一半最好。如果出現(xiàn)過多的大顆粒，會使預(yù)壓物中含有很多空隙，強(qiáng)度不高；如果細(xì)顆粒過多，容易使加料裝置發(fā)生阻塞，或使空氣封入預(yù)壓物中。

2023/2/216c.傾倒性：以120克壓縮粉通過標(biāo)準(zhǔn)漏斗的時間來表示的。這一性能是保證重力流動將料斗中壓縮粉準(zhǔn)確的送到預(yù)壓模中的先決條件。用作預(yù)壓的壓縮粉，其傾倒性應(yīng)為20-30秒。傾倒性差，加料不便。

2023/2/217d.壓縮率壓縮率太大，壓縮料比重小，含有大量空氣，在預(yù)壓時排氣困難，形成氣墊，給預(yù)壓造成麻煩；太小，無需預(yù)壓。故應(yīng)控制在3.0左右。2023/2/218e.潤滑劑潤滑劑的存在有利于預(yù)壓物的脫模，且外形美觀，但含量過多會使制品性能降低；f.預(yù)壓的溫度：一般預(yù)壓是在不加熱的情況下進(jìn)行的，但對室溫下不易預(yù)壓時，可將溫度提高到50-90℃。2023/2/219g.預(yù)壓壓力：一般39-196MPa，其大小取決于壓縮粉的性質(zhì)和預(yù)壓的形狀與尺寸。2023/2/220壓機(jī)形式結(jié)構(gòu)（帶動陽模的方式不同）特點偏心式?jīng)_壓機(jī)壓力大（可壓制大制品）效率較低旋轉(zhuǎn)式連桿式壓力小，效率高液壓式液壓式結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；計量準(zhǔn)確，操作簡單2023/2/221三、預(yù)熱與干燥1.作用：干燥：除去水分和揮發(fā)物。預(yù)熱：提供熱量便于模壓。熱塑性塑料：干燥，熱固性塑料：預(yù)熱和干燥，且以預(yù)熱為主。2023/2/222預(yù)熱是針對模壓周期長、制品質(zhì)量差而采取的措施。制品質(zhì)量差是指物料在模腔中受熱不均勻，固化速率不一，制品內(nèi)應(yīng)力大，性能不均一。所以預(yù)熱是預(yù)先給物料加熱以提高物料的整體溫度。2023/2/223預(yù)熱的好處：

a.縮短模塑時間，加快固化速率；

b.增加制品固化的均勻性，提高制品的物理機(jī)械性能；

c.提高塑料的流動性，降低模塑損耗和廢品率；

d.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。

2023/2/224

2.預(yù)熱和干燥的設(shè)備和操作常用方法有：熱板加熱、烘箱加熱、紅外線加熱、高頻加熱等。紅外線加熱：缺點：物料傳熱不均勻易燒傷表面。優(yōu)點：使用方便，設(shè)備簡單，成本低，溫度控制比較靈活。遠(yuǎn)紅外加熱的優(yōu)點是：不受物料厚度、形狀限制。

2023/2/225高頻加熱是利用被預(yù)熱物作為電容器介質(zhì)原理，對塑料進(jìn)行加熱。它只適用于極性分子。優(yōu)點：不受物料厚度、形狀的限制，加熱均勻。容易調(diào)節(jié)，能自動化，能顯著的縮短預(yù)熱時間。缺點：電熱效率不高，水分不易驅(qū)盡。2023/2/226

4.3壓縮模塑用的設(shè)備一、壓機(jī)模壓成型通常是在油壓機(jī)上進(jìn)行的。作用是對塑料進(jìn)行加熱、加壓、起閉模具和頂出制品。液壓機(jī)的主要參數(shù)：

1.公稱噸位：表示壓機(jī)的總壓力。

G=（πD2/4）×（P/1000）

P：油泵最大輸出壓力D：主機(jī)柱塞直徑油壓機(jī)的實際噸位一般是公稱噸位的80%-90%。原因是柱塞運動要克服阻力，消耗能量，壓機(jī)的密封性差也消耗能量。2023/2/227

2.壓板尺寸：確定壓模外形尺寸（長、寬）。

3.工作行程：柱塞上下運動距離，決定壓模的厚度（高）。

4.電熱功率：確定成型加工最高溫度。液壓機(jī)的分類：

a.上動式液壓機(jī)

b.下動式液壓機(jī)2023/2/228（1）從液壓結(jié)構(gòu)上分（上壓式、下壓式、特種液壓機(jī)）特種液壓機(jī)包括：角式液壓機(jī)、層壓機(jī)、壓鑄機(jī)等（2）從機(jī)架結(jié)構(gòu)上分（柱式、框式）（3）從操作方式上分（手動、半自動、全自動）（4）從傳動方式上分（機(jī)械液壓式、液壓式）2023/2/2292023/2/2302023/2/231二、塑模

1.作用：賦予制品形狀的工具，又是熱固性塑料由線形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w形結(jié)構(gòu)的場所。

2023/2/2322.分類：

a.溢式模：特點：·沒有專用的加料室，模具的型腔就是加料室；模具有支承面適用：壓縮率小的物料或預(yù)壓物料，而不適用于強(qiáng)度要求很高的制品，只能適合于扁平的或碟狀的制品。另外制品帶有毛邊外觀較差。優(yōu)點：操作容易，結(jié)構(gòu)簡單，造價低。2023/2/2332.不溢式模特點：無溢料縫，有裝料室，無支承面。因此，要求加料量要準(zhǔn)確。由于沒有支承面，制品的密實度高，而且還適合于成型流動性差的物料或壓縮率比較大的塑料。優(yōu)點：沒有溢料痕跡，制品的外觀較好。缺點：a.模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求尺寸準(zhǔn)確，造價高；

b.易磨損，陰陽模之間有一定配合，影響模具壽命。2023/2/234

3.半溢料式模半溢模，有些溢料，但溢料上可從模具結(jié)構(gòu)加以限制，它可以克服上述兩種模具部分缺點。分類：

a.無支承面：這種模具和不溢料式相似，不同是型腔上部有一定錐度，能夠進(jìn)行溢料，因此加料量要求過量一些，且壓機(jī)壓力全施加在制品上，因此制品尺寸較準(zhǔn)確，制品的質(zhì)量比較均勻密實。2023/2/235b.有支承面：這種模具與溢料式模相同，但設(shè)有加料室，因此可壓制壓縮率大的物料。由于有支承面，仍然不適合壓制抗沖擊性、強(qiáng)度要求高的制品，而且產(chǎn)品帶有毛邊。優(yōu)點：模具不易損傷。2023/2/236

溢料縫原料排氣加料室制品尺寸及性能溢式有，浪費在5%以內(nèi)要求不嚴(yán)格（浪費）易無尺寸精度不高，施壓不準(zhǔn)確，力學(xué)性能不易控制不溢式無計量嚴(yán)格不易有尺寸精度、質(zhì)量性能好半溢式部分溢料不嚴(yán)格較易有尺寸精確，質(zhì)量性能較好半溢式部分溢料不嚴(yán)格有

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4.4模壓過程與操作方法模壓工序可分為加料、閉模、排氣、固化、脫模、模具洗理等。一.嵌件安放制品若帶有嵌件，則第一個工序就是嵌件的安放。嵌件通常是作為制品中的導(dǎo)電元件或是制品與其它物體相互連接的部件。嵌件安放要求準(zhǔn)確、平穩(wěn)。

2023/2/238二.加料要求定量加料。若加多了，制品的毛邊厚，尺寸準(zhǔn)確性差，難以脫模，并可能損壞模具。若加少了，制品不穩(wěn)定，光澤差，甚至造成缺料而產(chǎn)生廢品。2023/2/239方法：

a.重量法：比較準(zhǔn)確，但比較麻煩。當(dāng)制品尺寸要求準(zhǔn)確或采用碎屑狀、纖維狀物料時，需要用重量法定量加料。

b.容量法：不如重量法準(zhǔn)確，但操作方便，一般用于粉料計量。在加粉料時，應(yīng)在型腔中部堆得高一些，以便于排氣。

c.計數(shù)法：只適用于預(yù)壓物的加料。2023/2/240三.閉模合模時先用快速，待陰陽?？煲佑|時改為慢速。若此時仍用快速，則可能出現(xiàn)兩種不良現(xiàn)象：

a.由于快速合模，空氣迅速排出，可能使一些粉狀物料沖擊型腔。

b.合模過快，空氣不能充分排出，形成不正當(dāng)?shù)母邏海鼓＞咧械那都l(fā)生位移，嚴(yán)重時甚至損壞成型拉桿或型腔。

2023/2/241四.排氣

1.定義：模壓熱固性塑料，常有水分和低分子放出，為了排出這些低分子物和揮發(fā)物以及模內(nèi)的空氣，在模壓到適當(dāng)時候，可以卸壓松動模具，將低分子揮發(fā)物排出，這種操作稱為排氣。

2.原因：能縮短固化時間，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。

3.排氣的時間與機(jī)會要根據(jù)需要而定，通常1～2次，時間為幾秒到十幾秒。2023/2/242五.固化

1.對熱塑性塑料：只需要把模具溫度冷卻下來，使塑料轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)或脫模時不發(fā)生形變即可。

2.對熱固性塑料：在模壓溫度下，保持一段時間，使樹脂充分交聯(lián)，經(jīng)過一段時間保壓、保溫，使制品固化變硬。

3.固化時間稱為保溫保壓時間，其長短取決于塑料種類、制品厚度、預(yù)熱情況和模壓溫度，以及模壓壓力，一般需實驗確定。2023/2/243六.脫模借助于液壓機(jī)頂出桿來推動壓模的頂出機(jī)構(gòu)，將制品從模具中頂出。若壓機(jī)沒有頂出桿，則需要專用脫模裝置。七.模具清理脫模后，通常用壓縮空氣吹洗模腔和模具模面，若有殘留物，還需要用銅刷、銅鏟進(jìn)行清理，絕不可用鐵制的。2023/2/244模壓生產(chǎn)的工藝流程：2023/2/245壓縮模塑工藝條件的設(shè)定1、了解原料、機(jī)械、模具2、設(shè)定工藝流程參數(shù)3、上機(jī)實驗4、修訂工藝流程和參數(shù)原料（性能參數(shù)，配方）機(jī)械（種類，特點）模具（形式，材料，加熱方式）2023/2/246

4.5模壓成型的控制因素主要是模壓壓力、模壓溫度和模壓時間以及加料量的控制。一.模壓壓力

1.作用：

a.使塑料在塑模中加速流動；

b.增加塑料的密實度；

c.克服樹脂在交聯(lián)反應(yīng)之中放出的低分子物以及其它揮發(fā)物所產(chǎn)生的壓力，避免出現(xiàn)腫脹和脫層缺陷；

d.緊密閉合模具，使制品具有固定的尺寸、形狀和最小毛邊；

e.防止制品在冷卻時發(fā)生變形。2023/2/247

2.模壓壓力的確定取決于塑料種類、模溫、制品形狀和尺寸以及其它工藝條件。

a.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；

b.制品形狀越復(fù)雜，深度越大，面積越大時，需施加的壓力越大；

c.預(yù)熱的塑料比未經(jīng)預(yù)熱的需施加的壓力小，因前者流動性大；

d.在一定范圍內(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對降低模壓壓力沒有作用。2023/2/248注意：一般，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)性能好。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)量。若壓力過小，不能克服交聯(lián)反應(yīng)中放出低分子量的壓力，也會降低制品性能。2023/2/2493.各壓力間關(guān)系壓機(jī)的噸位：

G有=APmn/1000=(0.8～0.9)GG有：壓機(jī)有效噸位；

A：制品的最大壓制面積；

Pm：模壓壓力

n：模具內(nèi)加料室的個數(shù)2023/2/250例：若采用單型腔不溢式壓模，用酚醛壓縮粉模壓如下圖所示的制品時，應(yīng)采用多大噸位的液壓機(jī)？解：A=π×62=113cm2n=1,Pm=275kgf/cm2G有=113×275×1/1000=31噸

31/0.8=38噸根據(jù)計算，可選用45噸的液壓機(jī)因為壓機(jī)規(guī)格是系列化的：254565100φ2023/2/251如果壓機(jī)選定了，而且模壓時使用的液壓又沒有達(dá)到壓機(jī)規(guī)定的最高壓力，這時可通過模壓壓力來計算油壓機(jī)的表壓。

Pg/Pm=Am/πR2=4Am/πD2Pg：油缸的油壓，即表壓

R、D：分別是主油缸柱塞的半徑和直徑

Am：模具型腔在受力方向上投影面積

2023/2/2524.模壓壓力的變化以有支承面半溢式模為例，討論壓力和體積變化情況。

2023/2/253

a.第一階段施壓陽模接觸到塑料后，塑料所受的壓力逐漸上升，而當(dāng)溢料發(fā)生后，壓力開始回落，直到陽模閉至支撐面時，壓力的回落停止，這時塑料所受壓力可能地低于計算值。因為壓機(jī)所施的總壓是型腔中塑料和支承面共同承擔(dān)的。在這一階段內(nèi)，疏松的塑料逐漸變密實，體積縮小。

2023/2/254b.第二階段：塑料受熱塑料受熱發(fā)生膨脹，但由于有支承面，型腔體積不變，所以物料的熱膨脹只能反映為壓力的增加。2023/2/255c.第三階段固化由于物料發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，物料發(fā)生收縮，壓力又開始下降，下降的大小取決于收縮的程度，甚至壓力完全會消失（虛線表示）。2023/2/256d.第四階段卸壓壓力下降后，制品的體積因彈性回復(fù)而有所增加，如果收縮過大，體積不發(fā)生變化。2023/2/257e.第五階段制品冷卻制品體積因冷卻而下降。2023/2/258二.模壓溫度由于模壓溫度和時間關(guān)系密切，因此放在一起討論。

1.模溫的作用：

a.使塑料熔融，變成流體；

b.提供足夠熱量，使熱固性塑料發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。2023/2/259溫度對流動性的影響：當(dāng)合模后，模內(nèi)的塑料溫度是逐漸上升的，在上升過程中，塑料主要由固體轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w，粘度逐漸由大變小，流動性由小變大。然后，塑料交聯(lián)反應(yīng)逐漸開始，而且隨料溫的升高交聯(lián)反應(yīng)迅速增大，這時聚合物的粘度有小變大。最后失去流動性。因此在流動性～溫度曲線上有峰值出現(xiàn)。根據(jù)流動性與溫度的關(guān)系，在閉模后，必須迅速增大成型壓力，使物料在溫度不很高，流動性又比較大的情況下迅速充模。2023/2/2602.料溫的變化料溫是隨時間增大的，并且在固化開始后，料溫將超過模具溫度。這是由于塑料固化放熱效應(yīng)引起的。然后隨固化反應(yīng)的完全，料溫開始下降，最終等于模具溫度。2023/2/261

3.模溫與模壓時間的關(guān)系模壓時間：一般指從升溫加壓開始到固化完全為止的時間。實踐證明，模壓溫度越高，固化速率越快，模塑周期越短。但過高的溫度會因固化速率過快，使得塑料的流動性迅速降低，并引起充模不滿，特別是形狀復(fù)雜、薄壁、深度大的制品，這種現(xiàn)象更加明顯。

2023/2/262模溫高固化不均勻，在模壓厚度較大的制品時，常不采用提高溫度而是采用降低模溫延長模壓時間的方法保證產(chǎn)品質(zhì)量。模溫低，固化慢，模壓時間長，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。2023/2/263

4.模溫、時間的確定模溫主要取決于塑料的種類以及制品的形狀、厚度、其它工藝條件，主要指模壓壓力、預(yù)熱、預(yù)壓。模溫也可以由物料DSC曲線上固化放熱峰作個參考：根據(jù)實踐經(jīng)驗，在選擇模壓成型的工藝條件時，可以從模壓壓力、溫度和時間三者中先固定一個條件，如按經(jīng)驗選定成型壓力，然后再變化成型的溫度和時間，從實驗中找出合理的條件來。2023/2/264模壓成型不正?，F(xiàn)象分析2023/2/265

4.6冷壓燒結(jié)成型

冷壓燒結(jié)成型又稱模壓燒結(jié)成型，它主要用于PTFE的成型。方法是：先將一定量的氟塑料放入常溫下的模具中，然后加壓，使其變成密實的型坯，接著送進(jìn)烘箱內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，冷卻后即成制品。2023/2/266一.樹脂的選擇懸浮法PTFE，顆粒直徑為35～500μm。主要用模壓燒結(jié)法成型制備尺寸、形狀較大的制品和定向薄膜。分散法樹脂:生產(chǎn)薄壁制品或用于噴涂、流涎、浸漬。兩者區(qū)別：分散法比懸浮法樹脂顆粒小，熱穩(wěn)定性差。2023/2/267二.粉碎過篩氟塑料在貯存、運輸中很容易結(jié)團(tuán)，成型前必須進(jìn)行粉碎、過篩。否則會造成：

a.成型時團(tuán)與團(tuán)間有明顯界面，制品在界面處容易開裂；

b.加料不均。2023/2/268三.加料、冷壓成型稱取一定量樹脂，均勻的加入模槽內(nèi)，然后閉模加壓，為了避免制品產(chǎn)生夾層和氣泡，在升壓過程中要進(jìn)行放氣，最后還要保壓一段時間，使壓力傳遞均勻。一般冷壓壓力為25～50MPa，保壓時間為3～5min。大而長的制品10～15min。保壓完后緩緩卸壓，取出制品。卸壓不能過快，防止強(qiáng)烈回彈，引起制品的破裂。2023/2/269加料予成型中應(yīng)注意的問題：

a.加壓、卸壓不能過快；加壓速度過快，制品各處受壓不均勻，密度不一致，燒結(jié)時內(nèi)應(yīng)力大，容易產(chǎn)生夾層和氣泡。直徑大而長的型坯升壓速度應(yīng)慢，反之則快。慢：5-10mm/min,快:10-20mm/minb.加料要一次性加完，否則界面容易開裂。2023/2/270四.燒結(jié)燒結(jié)是將強(qiáng)度很低的型坯，緩慢加熱到327℃以上，并保持一段時間，使分散的顆粒相互擴(kuò)散，并熔結(jié)成一個密實整體。此過程是相變過程，乳白向彈性透明體。燒結(jié)過程分為兩個階段：

2023/2/271

a.升溫階段：將型坯由室溫加熱到燒結(jié)溫度的過程。由于四氟傳熱性差，因此升溫不能太快。否則會造成：

i.型坯各部分膨脹不均，易使制品產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，出現(xiàn)裂紋；

ii.可能造成內(nèi)生外熟現(xiàn)象。但升溫太慢會使生產(chǎn)周期延長。2023/2/272升溫速度：對大型制件：30-40℃/h，直到380-390℃為止，且在200℃、300℃、