《压制成型》PPT课件.ppt

第六章 压制成型,第一节 热固性塑料的模压成型 第二节 橡胶制品的模型硫化 第三节 复合材料压制成型 第四节 传递模塑,高分子材料成型方法,压制（模压） 挤出 注射 压延 二次成型中空吹塑、拉伸膜、热成型、合成纤维拉伸变形热定型 其他成型铸塑、泡沫材料成型、冷压烧结、胶乳制品加工、溶液纺丝、冻胶纺丝 热固性材料主要成型方式是压制 热塑性材料主要成型方式是挤出、注射、纺丝,高分子材料制造加工的发展方向,满足需要-对产品性能、质量的各种要求-设计开发产品 低耗高效-原材料损耗少，成品率高，生产效率高，能耗低。机械化、自动化、清洁化生产-研发制造加工技术 绿色环保循环再生-对环境影响小，无毒无污染，原料-产品-回收循环。原料来自可再生资源，产品可回收利用或可降解-可持续发展（循环经济、科学发展观 、可持续发展）,第六章 压制成型（P186）,背景-最早发展起来的成型方法、至今广泛应用 制成品-热固性塑料、橡胶、高分子基复合材料 定义-依靠加热加压，实现成型物料造型的一次成型技术 特点-有压力（因为有小分子析出，当没有小分子析出时可不加压如不饱和聚酯树脂） 传递模塑-以模压成型为基础发展而来，其工艺操作与压制成型较接近，用于压制成型形状复杂及厚制品 制品实物,第一节 热固性塑料的模压成型186,模压成型-将模塑料在已加热到指定温度的模具中加压，使物料熔融流动并均匀地充满模腔，在加热加压下经过一定时间，使其发生化学交联反应而变成具有三维体型结构的热固性塑料制品 优点-工艺成熟、生产控制方便、成型设备和模具较简单，所得制品的内应力小，取向程度低，不易变形 缺点-间歇操作，生产效率低，难以实现自动化生产，劳动强度大，不能成型形状复杂和较厚制品（可用传递模塑解决见第四节） 适用原料-热固性塑料如酚醛塑料PF，氨基塑料如脲醛UF、蜜胺MF，环氧树脂EP，有机硅树脂SI，不饱和聚酯树脂UP，聚酰亚胺PI（耐高温的半梯形聚合物，不熔不溶，模压加工时以聚酰胺酸为原料）。注意：模压前及模压初期的物料是可熔可溶的 制品-电器、机器零件、日用品,一、热固性塑料的成型工艺性能186,1、流动性 热固性模塑料的流动性在受热受压下充满模具型腔的能力 影响流动性的因素-模塑料的性质。热固性树脂的性质和模塑料的组成。树脂分子量低，反应程度低，填料颗粒细小且呈球状，低分子物含量高，含水量高，则流动性好；模具。模具型腔表面光滑且呈流线型，流动性好；成型工艺条件。预热及模具温度高，流动性好 流动性大小要适当-太小可能造成充料不足，太大则可能溢出模腔，造成填塞不紧、分模面粘合，树脂与填料分离（偏析），影响产品质量 2、固化速率 定义-热固性模塑料在一定温度和压力下压制标准试样时制品物理机械性能达到最佳所需时间与试件厚度之比值（s/mm厚度） 影响固化速率的因素-热固性塑料交联反应（主要影响因素）、预压预热条件、成型工艺条件（温度、压力） 固化速率大小要适当-太慢则生产效率低、太快则流动性差造成充料不足，即未充满型腔就已固化，不能用于成型薄壁制品和形状复杂的制品,3、成型收缩率 定义-常温常压下模具型腔的单向尺寸和制品单向尺寸之差与模具型腔的单向尺寸之比 收缩可能导致质量问题-制品变形、扭曲、开裂 收缩的原因-交联，塑料热胀冷缩热胀系数塑料大于金属，脱模后的弹性回复及塑性变形 影响收缩率的因素-塑料本性有小分子排出则收缩率大 、成型工艺条件、制品形状大小 收缩率的大小-1%左右P187表6-1 4、压缩比 定义-制品相对密度除以模塑料表观相对密度 压缩比小一些好-压缩比大时，易混入空气，生产效率低 降低压缩比的方法-预压 压缩比的大小-218倍，P187表6-1,二、模压成型的设备和模具188,1、压机 上压式液压机：P188图6-1 下压式液压机：P188图6-2 压机构成：油缸、泵、阀、柱塞、上下模板（一活一固定，两板之间放置模具）、顶出柱塞、机座、加热、时间控制等 压机参数-公称压力、柱塞直径、压板尺寸（决定制品面积大小）、工作行程（决定模具厚度和制品厚度） 2、模具 分为两半：动模、定模 溢式模具：P189图6-3，结构简单成本低，易操作。不宜压制收缩率大的塑料，用于制扁平小型低密度制品。模压时多余物料溢出。闭模速度要适当。制品强度和厚度较难一致 。要求加料准确。浅 不溢式模具：P198图6-4，结构复杂成本高，阴模必须有顶出杆，操作技术要求高。能压制收缩率大和流动性差的物料。加料必须准确一致。模压时不易排气，固化时间长。深 半溢式模具：P190图6-5，分为有支承面和无支承面两种，结构及性能介于两者之间 无论什么模具都要求加料必须准确、一致,压制用模具,浅,深,三、模压成型工艺190,可分为三个阶段-物料准备（计量）、成型（预压-预热-嵌件安放-加料-闭模-排气-保压固化-脱模冷却）、制品后处理 1、计量 重量法-准确但麻烦，用于尺寸要求准确制品 容量法-方便但不准确 2、预压 作用-提高加料速度和准确度；降低压缩率从而减少模具装料室和模具高度；加快传热减少空气从而缩短预热、固化时间，制品不易出现气泡；便于成型较大的制品、带有精细嵌件的制品 ，还有干燥作用 影响预压料好坏的因素-原料水分（太少不利预压、太大影响制品质量）、颗粒大小（太大预压料空隙多、太小易封入空气、粉尘也大）、压缩比（太大难以预压、太小无须预压，3.0为宜）、预压温度（室温下，若不行则提高到50-90）、预压压力（40-200MPa，视原料性质和预压物形状大小而定，最终使预压物密度达到制品密度的80%） 设备-预压机、模具（由上阳模、下阳模、阴模组成） 3、预热 作用-提高料温，加快固化速度，缩短成型时间；提高流动性和固化均匀性，提高制品质量，降低废品率；降低模压压力，可成型较大制品 预热温度和时间-适当。温度视不同塑料而定，时间是能获得最大流动性的时间（在一定温度下）见图6-7第191页 预热方法-电热板、烘箱、红外线、高频电,4、嵌件安放 在加料前放入模具内，要求平稳准确 5、加料 要求-准确、均匀 方法-加预压物（计数法）；加粒料（均匀堆放）；用加料器（型腔多时 ） 6、闭模 先快后慢-先快：在阳模接触塑料前，目的是缩短成型周期；后慢：快要接触塑料时，目的是保护嵌件、型腔，顺利排除空气、避免粉料吹出 7、排气 目的-不使制品内出现气泡或分层 方法-卸压使模具松开少许时间 注意-何时排气？时间多长？次数？ 8、保压固化 时间-适当，几分钟，保证质量下提高设备利用率 9、脱模冷却 趁热脱模，注意制品变形在型面上/烘箱上慢冷 10、制品后处理 修正-去毛边 热处理-目的：使固化完全，减少内应力，减少水分等挥发物，提高制品性能。热处理温度：高于成型温度10-50。热处理时间：视具体情况而定,四、模压成型工艺条件及控制 压力/温度/体积与模压周期的关系-P192图6-8 A-模具开启时 B-模具开始闭合，压力升、温度升、体积升 BC中间-模具完全闭合，模具无支承面时压力升至最大并保压 C-料温=模温 D-料温达最大 E-开模 F-料温=室温 1、模压压力 定义-成型时压机对塑料施加的压力 式6-4 压力大小-塑料流动性越小，固化速度越大，压缩率越大，模温越高，制品深度大、壁薄、面积大、形状复杂，所需模压压力越高 模压压力的确定-压力大一些对制品质量有利，但太大则损坏模具、制品内应力大 2、模压温度 定义-成型时模具的温度。模温影响塑料熔融、流动、交联速度 模压温度的确定-适当，不能太大更不能太小-P194 3、模压时间 定义-从充模加压到完全固化的时间。与塑料本性有关，也与制品形状、厚度、模温、模压、是否预热预压有关 模压时间的确定-不能太长也不能太短-P194 成型是工艺参数的综合平衡 一些热固性模塑料的工艺参数T,p,t 195页表,有支承面,有支承面,无支承面,无支承面,模温,室温,料Tmax,有支承面时料pmax,无支承面时料Vmax,第二节 橡胶制品的模型硫化,什么是模型硫化-橡胶的模压 硫化-橡胶大分子交联，是生产橡胶制品的必经过程 一、橡胶制品及生产工艺 制品-轮胎（约占生胶消耗量70%）、胶带（运输、传动）、胶管（全胶、复合、正压负压）、胶鞋（贴合、模压、注压）、工业用品（密封、辊、布、板、减震） 橡胶制品工艺流程P196图6-13 制品可分为两类-模型制品（用模压法生产，如轮胎 )、非模型制品（用压延法、压出法生产，如管、片）。以模压法生产的模型制品量较多 轮胎以模压法生产（先通过压出得胎面胶，压延得挂胶帘布及胶片，然后在轮胎成型机上将胎面、胶布 、胶片及挂胶钢丝圈粘贴组装成轮胎半成品，再放入模具中硫化），如焦作风神轮胎。注压法生产轮胎（即橡胶注射成型）在发展中,二、橡胶制品的硫化,交联与降解同时发生，只是程度不同 机械性能的变化P197图6-14 物理性质-密度升高，透气性透水性减少，相对分子量增加，只能溶涨不能溶解，热稳定性提高，使用温度范围提高 化学稳定性提高,1、 橡胶在硫化过程中的结构与性能的变化,拉伸强度,定伸强度,弹性,伸长率,硬度,永久变形,2、硫化历程 硫化历程图P197图6-15，分四个阶段：焦烧(硫化诱导期)、预硫、正硫化、过硫 焦烧阶段（硫化诱导期）-焦烧：胶料在硫化前的加工及贮存过程中发生的早期轻度硫化现象。焦烧时间长一些好。焦烧时间=操作焦烧时间a1+剩余焦烧时间a2，特别是剩余焦烧时间a2长一些好，为此可加后效促进剂和防焦剂 预硫阶段（欠硫阶段）-焦烧期后开始交联的阶段。硫化速率决定此阶段的长短。此阶段物理机械性能上升，但未达最好，但有些性能如抗撕裂性、耐磨性优于正硫化阶段。 正硫化阶段-机械综合性能最佳阶段，发生着交联、裂解、重排反应使性能保持平稳，称为平坦硫化阶段。其长短主要由配方中促进剂、防老剂决定。在此段选取正硫化时间（拉伸强度最大值略前一点的时间，因要考虑后硫化） 过硫阶段-降解反应往往占主导地位使机械性能下降，称为硫化返原，如天然橡胶。但多数合成橡胶由于产生支化环化使机械性能下降很少或不变，称为非返原性胶料，如丁苯橡胶、丁腈橡胶。高硫时易返原，低硫或非硫时不易返原,3、正硫化及正硫化点的确定 从硫化反应动力学可知，正硫化是指胶料达到最大交联密度时的硫化状态。因此，正硫化时间是指胶料达到最大交联密度时所需要的时间。用交联密度来测定正硫化时间，叫理论正硫化。 橡胶的各项指标不是在同一时间达最佳值，综合最佳点即正硫化点。正硫化时间必须根据胶料的各项物理机械性能指标综合考虑，但因为橡胶的各项性能指标往往不会在同时间达到最佳值。因此，实际上只能根据某些主要性能指标来选择最佳点，确定正硫化时间。显然，这种正硫化时间只具有工艺意义，故常称为工艺正硫化时间 正硫化点的测定方法-物理-化学法：游离硫测定法，误差大。溶胀法。 物理机械性能测定法：300%定伸强度法。抗张强度法。压缩永久变形法。综合取值法：由综合性能最佳处找出，麻烦、贵。专用仪器法：门尼粘度计法。硫化仪法 硫化曲线-由硫化仪测出，P199图6-17。硫化曲线用处：找出正硫化时间t90、焦烧时间t10,硫化仪法确定正硫化时间t90,焦烧时间t10,4、硫化方法和硫化介质 室温硫化法-用于胶粘剂（双组分的，硫化剂和橡胶在不同的组分中，用时混合） 冷硫化法-用于薄层浸出制品，要用溶剂 高能辐射硫化法-不加硫化剂，直接使橡胶硫化，不污染制品，用于医用品，近年来用于电缆 热硫化法-用得最多。包括 直接热水硫化：热水中，用于薄型制品；直接蒸汽硫化：罐内通蒸汽，用于管、辊、电缆；热空气及间接蒸汽硫化：易引起热氧老化，用于鞋、布；模型加压硫化：在硫化机中进行，为间歇生产 ，汽车外胎内胎用此法 ；注压（注射硫化，也属于模型加压硫化）可实现自动化连续生产。用于密封件、零件 、传动带、轮胎等 连续硫化法-用于压出压延制品。鼓式连续硫化机P201图6-18，制品置于硫化鼓和加压钢带之间被连续硫化，用于制板、带。蒸汽管道热空气热的液体介质红外线微波高能辐射沸腾床连续硫化P201图6-19,三、模型硫化工艺及硫化条件 模型硫化-似热固性塑料的模压，工艺流程P201图6-20 工艺参数-硫化压力、温度、时间,三、模型硫化工艺及硫化条件,1、硫化压力 要有一定的压力，但不是越大越好P202表 2、硫化温度 温度提高，硫化速率加快，硫化时间缩短，生产率提高。温度每升高10，时间缩短约1倍，式6-5。但温度升高，正硫化阶段（平坦段）缩短，易过硫 不同的橡胶及配合剂要用不同的硫化温度P203表 对于花纹复杂及含合成纤维的制品要有一定的硫化初期，因此硫化温度不能太高 对于厚制品要低温长时间硫化 3、硫化时间 在一定的硫化温度和压力下有一个最适的硫化时间。过硫欠硫都不好。 硫化效应E（硫化程度）硫化强度I（硫化速度）硫化时间t 要制得相同性能的制品必须使它们的硫化效应相同 硫化时间的确定-由硫化曲线确定硫化时间，该时间就是薄壁制品的硫化时间，对厚制品则适当延长时间降低温度,第三节 复合材料压制成型,复合材料-由两种或以上物理性质化学性质不同的物质组合的具有复合效应的多相固体材料。大力发展和应用中 。相-一个系统内相同成分相同物理性质化学性质的均匀部分 高分子基复合材料-由聚合物与填充或增强材料（常常用纤维类增强材料）组成的复合材料。其中聚合物是热固性或热塑性 。以热固性为主。近年大力发展热塑性的亚克力（ACRYLIC）就是PMMA。增强纤维有：玻璃纤维、碳纤维、芳纶；涤纶、尼龙 玻璃纤维增强塑料-玻璃钢， 玻璃钢中塑料用热固性的，有：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂 本节主要内容：压制（层压、模压）法及手糊法制造玻璃纤维增强塑料,一、层压成型,增强热固性层压塑料-片状连续材料为骨架浸渍热固性树脂溶液，干燥得附胶材料，经裁剪、层叠、卷制，在加热加压下热固性交联固化而成为板、管、棒层压制品 层压成型工艺流程P204图6-22,1、浸渍上胶 树脂溶液配制-配方、浓度、黏度 浸渍-要浸透。为此要对增强材料表面处理并干燥。浸渍用机器：卧式、立式P205图6-23 干燥-注意温度、通过速度 2、压制 层压板材压制工艺-裁剪、叠合、进模、热压、脱模 层压板材压制工艺条件-温度、压力、时间 层压板材压制温度曲线P207图6-25 管棒的卷制与压制P207图6-26 模型制品压制-以附胶材料为原料经裁剪、叠合制成型胚，放入模腔中热压。模压工艺同热固性塑料的压缩模塑（即模压成型）见本章第一节 3、后加工和热处理 后加工-去毛边，机加 热处理-使固化完全，提高热性能电性能,二、模压成型,复合材料的模压成型类似热固性塑料的模压成型，不同之处在于模压料。复合材料的模压料中含有增强料（多为玻璃纤维）。可用预混法、预浸法制备。 聚酯模压料-由树脂糊（不饱和聚酯树脂、交联剂、引发剂、增稠剂等）和增强料（短切玻璃纤维及短切玻璃纤维毡），做成块状模压料或片状模压料 1、块状模压料（BMC）模压成型工艺 BMC-也称为料团，预浸法制成，其中玻璃纤维长度1.3-1.6mm BMC的制备工艺流程：P208图6-27、28，其中混合在捏合机中进行 BMC的模压成型-同热固性塑料的模压成型,2、片状模压料（SMC）模压成型工艺 SMC生产工艺流程：P208图6-29，P209图6-30 SMC模压成型-模压前要揭去两面薄膜,三、手糊成型,优点：低压成型，不加压或稍加压，不加热，设备工艺简单，成本低，模具要求低，成型时纤维不断裂。 灵活方便，适用多品种小规模，小厂、家庭作坊。缺点：不够密实。尺寸不精确 工艺流程-P210图6-31 1、树脂胶液的配制 2、玻璃纤维及其制品的准备