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文档简介
第四章 压 缩 模 塑 刘长维刘长维 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 1 1 2 2 4.1 概述概述 4.2 压缩压缩模塑用的设备 4.3 4.3 热固性塑料的工艺性能热固性塑料的工艺性能 4.4 4.4 压缩成型工艺过程压缩成型工艺过程 4.5 4.5 压缩成型工艺参数压缩成型工艺参数 4.6 4.6 常用模塑料的压缩工艺常用模塑料的压缩工艺 4.7 冷压烧结成型 1. 1.了解热固性塑料的工艺性能;了解热固性塑料的工艺性能; 2. 2.掌握压缩成型工艺过程和相关的参数。掌握压缩成型工艺过程和相关的参数。 目的和要求:目的和要求: 重点难点:重点难点: 难点:压缩成型难点:压缩成型工艺过程工艺过程 重点:压缩成型重点:压缩成型工艺参数工艺参数 几种模压产品实例几种模压产品实例 机械强度,尺寸稳定性,及耐高温性能最好的 4.14.1 概述概述 压缩成型原理压缩成型原理 压缩成型压缩成型又称为又称为压制成型压制成型、压塑成型压塑成型、模压成模压成 型型等。它的基本原理是将粉状或松散粒状的固态成等。它的基本原理是将粉状或松散粒状的固态成 型物料直接加入到模具的加料室中,通过加热、加型物料直接加入到模具的加料室中,通过加热、加 压方法使它们逐渐软化熔融,然后根据模腔形状进压方法使它们逐渐软化熔融,然后根据模腔形状进 行流动成型,最终发生交联反应而固化转变为塑料行流动成型,最终发生交联反应而固化转变为塑料 制件。制件。 热固性塑料模压成型(压塑模塑) 模压成型 橡胶的模压成型(模型硫化) 压缩成型 增强复合材料的模压成型 层压成型 复合材料的高压层压成型 (不用模具) 复合材料低压成型(接触成型) 粉粒状、纤维粉粒状、纤维 状的料状的料 置于成型置于成型 温度的型温度的型 腔中腔中 合模合模 加压加压 成型成型 固化固化 从工艺角度看从工艺角度看, ,压缩成型过程可分为三个阶压缩成型过程可分为三个阶 段:段:流动阶段流动阶段、胶凝阶段胶凝阶段、硬化阶段硬化阶段。 模压模压成型工艺成型工艺 模压成型工艺过程示意图 适用对象适用对象 、主要用来制造热固性塑料和一些流动性较差 的或熔体粘度较大的热塑性塑料。常见的有酚醛常见的有酚醛 、脲醛、环氧塑料、不饱和聚酯、氨基塑料、聚、脲醛、环氧塑料、不饱和聚酯、氨基塑料、聚 酰亚胺、有机硅等,也可用于热塑性的聚四氟乙酰亚胺、有机硅等,也可用于热塑性的聚四氟乙 烯和超高分子量聚乙烯、烯和超高分子量聚乙烯、PVCPVC板材的生产;板材的生产; 、适于形状复杂或带有复杂嵌件的制品,如电、适于形状复杂或带有复杂嵌件的制品,如电 器零件,电话机件、收音机外壳等器零件,电话机件、收音机外壳等 、无翘曲变形的薄壁平面热塑性塑料制品。、无翘曲变形的薄壁平面热塑性塑料制品。 使用的设备(用液压机)及模具结构要求比较 简单,对成型压力要求比较低; 压缩模没有浇注系统和复杂的顶出系统,结构 比较简单; 塑件的收缩率小;取向组织少,取向程度低, 性能比较均匀; 压力损失小,可以生产一些流动性差,难以用 注射方法成型的,面积大,厚度小的扁平塑件。 压缩成型优点:压缩成型优点: 一模多腔一模多腔 可压制较大平面塑件或一次压制多个塑件可压制较大平面塑件或一次压制多个塑件 成型周期长、劳动强度大、生产环境差、生 产操作多用手工而不易实现自动化; 塑件经常带有溢料飞边,高度方向的尺寸精 度不易控制,不适宜制造尺寸准确性要求高的不适宜制造尺寸准确性要求高的 制品,制品内应力大制品,制品内应力大; 厚度相差太大和带有深孔,形状复杂的制品 难于成型;模具内装有细长成型杆或细薄嵌件 是,成型时容易压弯变形,故这类制品不宜采 用压缩成型。 模具直接受高温高压的联合作用,易磨损,使 用寿命较短。 压缩成型缺点:压缩成型缺点: *15 4.2 4.2 压缩模塑用的设备压缩模塑用的设备 一、压机一、压机 模压成型通常是在油压机上进行的。作用是对模压成型通常是在油压机上进行的。作用是对 塑料进行加热、加压、起闭模具和顶出制品。塑料进行加热、加压、起闭模具和顶出制品。 液压机的主要参数:液压机的主要参数: 1.1.公称吨位:表示压机的总压力。公称吨位:表示压机的总压力。 G=G=(DD 2 2 /4/4)( P/1000P/1000) P P:油泵最大输出压力:油泵最大输出压力 D D:主机柱塞直径:主机柱塞直径 油压机的实际吨位一般是公称吨位的油压机的实际吨位一般是公称吨位的80%-90%80%-90%。原。原 因是柱塞运动要克服阻力,消耗能量,压机的密封性差因是柱塞运动要克服阻力,消耗能量,压机的密封性差 也消耗能量。也消耗能量。 16 2.2.压板尺寸压板尺寸:确定压模外形尺寸(长、宽)。:确定压模外形尺寸(长、宽)。 3.3.工作行程工作行程:柱塞上下运动距离,决定压模的厚度(高)。:柱塞上下运动距离,决定压模的厚度(高)。 4.4.电热功率电热功率:确定成型加工最高温度。:确定成型加工最高温度。 17 液压机的分类:液压机的分类: (1 1) 从液压结构上分从液压结构上分 (上压式、下压式、特种液压机)(上压式、下压式、特种液压机) 特种液压机包括:角式液压机、层压机、压铸机等特种液压机包括:角式液压机、层压机、压铸机等 (2 2) 从机架结构上分从机架结构上分 (柱式、框式)(柱式、框式) (3 3) 从操作方式上分从操作方式上分 (手动、半自动、全自动)(手动、半自动、全自动) (4 4) 从传动方式上分从传动方式上分 (机械液压式、液压式)(机械液压式、液压式) 18 上动式液压机 1.柱塞 2压桶 3.液压管 线 4.固定垫板 5.活动垫 板 6.绝热层 7.上压板 8. 拉杆 9下压板 10机座 下动式液压机 1.固定垫板 2绝热层 3.上模板 4.拉杆5.柱塞 6.压桶7.行程调 节套 8.下模板9活动垫板10机 座11.液压管线 19 四柱液壓機四柱液壓機 21 二、压缩模具二、压缩模具 1.1.作用:赋予制品形状的工具,又是热固性塑作用:赋予制品形状的工具,又是热固性塑 料由线形结构转变为体形结构的场所。料由线形结构转变为体形结构的场所。 溢式塑模示意图 1一上模板 2一组合式阳模 3一导向柱 4一阴模 5一气口 6一下模板 7一推顶杆 8一制品 9一溢料缝 溢式压模结构溢式压模结构 23 a .a .溢式模:溢式模: 特点:没有专用的加料室,模具的型腔就是加料室;特点:没有专用的加料室,模具的型腔就是加料室; 模具有支承面模具有支承面 适用:压缩率小的物料或预压物料,而不适用于强度适用:压缩率小的物料或预压物料,而不适用于强度 要求很高的制品,只能适合于扁平的或碟状的制品。另外制要求很高的制品,只能适合于扁平的或碟状的制品。另外制 品带有毛边外观较差。品带有毛边外观较差。 优点:操作容易,结构简单,造价低。优点:操作容易,结构简单,造价低。 不溢式塑模示意图 1一阳模2一阴模3一制品4一脱模杆 5一定位下模板 不溢式模具结构: 25 不溢式模具不溢式模具 特点:特点: 适合流动性较差的物料和深度较大的制品,无溢料缝,有装无溢料缝,有装 料室,无支承面。因此,要求加料量要准确。由于没有支承面,料室,无支承面。因此,要求加料量要准确。由于没有支承面, 制品的密实度高,而且还适合于成型流动性差的物料或压缩率比制品的密实度高,而且还适合于成型流动性差的物料或压缩率比 较大的塑料。较大的塑料。 优点:没有溢料痕迹,制品的外观较好。优点:没有溢料痕迹,制品的外观较好。 缺点:缺点: a.a.模具结构复杂,要求尺寸准确,造价高;模具结构复杂,要求尺寸准确,造价高; b.b.易磨损,阴阳模之间有一定配合,影响模具寿命。易磨损,阴阳模之间有一定配合,影响模具寿命。 c.成型时,不利于排气。 无支承面半溢式塑模示意图无支承面半溢式塑模示意图 1 1一阳模一阳模2 2一溢料槽一溢料槽3 3制品制品4 4一阴模一阴模 A A段为平直段段为平直段 半溢式模具兼具以上两种特点。 27 半溢料式模半溢料式模 半溢模,有些溢料,但溢料上可从模具结构加以限制,它半溢模,有些溢料,但溢料上可从模具结构加以限制,它 可以克服上述两种模具部分缺点。可以克服上述两种模具部分缺点。 分类:分类: a.a.无支承面:无支承面: 这种模具和不溢料式相似,不同是型腔上部有一定锥度,这种模具和不溢料式相似,不同是型腔上部有一定锥度, 能够进行溢料,因此加料量要求过量一些,且压机压力全施加能够进行溢料,因此加料量要求过量一些,且压机压力全施加 在制品上,因此制品尺寸较准确,制品的质量比较均匀密实。在制品上,因此制品尺寸较准确,制品的质量比较均匀密实。 28 b.b.有支承面:有支承面: 这种模具与溢料式模相同,这种模具与溢料式模相同, 但设有加料室,因此可压制压缩但设有加料室,因此可压制压缩 率大的物料。由于有支承面,仍率大的物料。由于有支承面,仍 然不适合压制抗冲击性、强度要然不适合压制抗冲击性、强度要 求高的制品,而且产品带有毛边求高的制品,而且产品带有毛边 。 优点:模具不易损伤。优点:模具不易损伤。 有支承面半溢式塑模示意图有支承面半溢式塑模示意图 1 1一阳模一阳模 2 2一制品一制品 3 3阴模阴模4 4一溢一溢 料槽料槽 5-5-支承面支承面 B B段为平直段段为平直段 n n 半溢式压缩模如图半溢式压缩模如图 所示,其特点是在所示,其特点是在 型腔上方设一截面型腔上方设一截面 尺寸大于塑件尺寸尺寸大于塑件尺寸 的加料腔,凸模与的加料腔,凸模与 加料腔呈间隙配合加料腔呈间隙配合 ,加料腔与型腔,加料腔与型腔 分界处有一环形分界处有一环形 挤压面,其宽度挤压面,其宽度 约约4mm4mm5mm5mm。 特点:特点: 半溢式压缩模兼有溢式和半溢式压缩模兼有溢式和 不溢式压缩模的优点,所不溢式压缩模的优点,所 以塑件的径向壁厚尺寸和以塑件的径向壁厚尺寸和 高度尺寸的精度均较好,高度尺寸的精度均较好, 密度较高,模具寿命较长密度较高,模具寿命较长 。 用途:用途: 主要用于粉状塑料的压缩成型。主要用于粉状塑料的压缩成型。 30 溢溢 料料 缝缝 原原 料料排排 气气 加加 料料 室室 制品尺寸及性能制品尺寸及性能 溢溢 式式 有,浪费有,浪费 在在5%5%以内以内 要求不严要求不严 格(浪费格(浪费 ) 易易无无 尺寸精度不高,施压不准尺寸精度不高,施压不准 确,力学性能不易控制确,力学性能不易控制 不溢式不溢式无无计量计量 严格严格 不不 易易有有 尺寸精度、质量性能好尺寸精度、质量性能好 半溢式半溢式部分溢料部分溢料不严格不严格 较较 易易 有有 尺寸精确质量性能较好尺寸精确质量性能较好 半溢式半溢式部分溢料部分溢料不严格不严格有有 4.3 4.3 热固性塑料的工艺性能热固性塑料的工艺性能 流动性流动性 固化速率固化速率 收缩率收缩率 压缩比压缩比 流动性是指模塑料在一定温度和压力作用下流动性是指模塑料在一定温度和压力作用下 的流动能力。的流动能力。 加热时间对流动性能的影响加热时间对流动性能的影响 一、流动性一、流动性 流动性对成型的影响: 流动性过大 溢料过多,填充不密实,塑 件组织疏松,树脂与填料混合不均,易粘模 ,脱模和清理困难及早硬化等缺陷; 流动性过小 则填充不足,不易成型, 成型压力增大。 影响流动性的因素,主要有以下几个方面:影响流动性的因素,主要有以下几个方面: 塑料品种塑料品种 一般树脂分子量小,填料颗粒细且呈 球状,水、增塑剂、润滑剂含量高的,流动性大; 模具结构模具结构 模具成型表面光滑、型腔形状简单, 有利于改善流动性。 成型工艺成型工艺 采用预压锭及预热,提高成型压力, 提高成型温度(在低于塑料硬化温度的条件下)等 都能提高塑料的流动性。 二、固化速率二、固化速率 固化速率是指塑料从塑化状态经过化学交固化速率是指塑料从塑化状态经过化学交 联反应转变成固化状态的速度。联反应转变成固化状态的速度。 固化速率主要由热固性塑料的交联反应性固化速率主要由热固性塑料的交联反应性 质决定,并受成型前的预热、预压情况以及成质决定,并受成型前的预热、预压情况以及成 型工艺条件如模压温度和压力等多种因素的影型工艺条件如模压温度和压力等多种因素的影 响。响。 三、收缩率三、收缩率 模塑料在模压过程中产生的收缩率是实际收缩率模塑料在模压过程中产生的收缩率是实际收缩率 。而在。而在确定模具尺寸时,则必须考虑计算收缩率确定模具尺寸时,则必须考虑计算收缩率 。 产生制品收缩的原因:产生制品收缩的原因: (1 1)热胀冷缩)热胀冷缩 (3 3)结构变化)结构变化 (2 2)内应力)内应力 四、压缩比四、压缩比 压缩比是指模塑料的压制前坯料与压制压缩比是指模塑料的压制前坯料与压制 后制品在压力方向上尺寸的比值,比值越大后制品在压力方向上尺寸的比值,比值越大 ,压缩比越大。,压缩比越大。 压缩比大,要求加料腔体积增大,同时成压缩比大,要求加料腔体积增大,同时成 型困难。型困难。 4.4 4.4 压缩成型工艺过程压缩成型工艺过程 模压后处理模压后处理 预热和干燥预热和干燥 预压预压- -锭料锭料 修饰抛光修饰抛光 特殊处理特殊处理 模压前的准备模压前的准备 压缩成型过程压缩成型过程 嵌件的安放嵌件的安放 加料加料 合模合模 排气排气 保压与固化保压与固化脱模脱模 模具清理模具清理整形去应力 整形去应力 计量计量 一、压缩成型前的准备一、压缩成型前的准备 (1 1)计量)计量 对于不同尺寸制品首先要知道所压制制品的对于不同尺寸制品首先要知道所压制制品的体体 积积和和真实密度真实密度,再加上毛刺、飞边等的损耗,然,再加上毛刺、飞边等的损耗,然 后进行投料量的后进行投料量的估算估算,以保证制品几何尺寸的精,以保证制品几何尺寸的精 确,防止确,防止物料不足物料不足或或过多过多造成废品和材料的浪费造成废品和材料的浪费 。 (2 2)预热与干燥)预热与干燥 目的目的 一是对塑料进行预热一是对塑料进行预热,以便对压缩模提供,以便对压缩模提供 具有一定温度的热料,使塑料在模内受热具有一定温度的热料,使塑料在模内受热 均匀,缩短模压成型周期;均匀,缩短模压成型周期; 二是对塑料进行干燥二是对塑料进行干燥,防止塑料中带有过,防止塑料中带有过 多的水分和低分子挥发物,确保塑件的成多的水分和低分子挥发物,确保塑件的成 型质量。型质量。 1 1)热固性树脂模压前进行预热优点)热固性树脂模压前进行预热优点 缩短成型周期缩短成型周期 降低成型压力降低成型压力 提高塑件质量提高塑件质量 2 2)预热方法:)预热方法: 热板加热热板加热 红外线加热红外线加热 烘箱加热烘箱加热 高频加热高频加热 为方便操作和提高塑件的质量,先用为方便操作和提高塑件的质量,先用预压模预压模 将粉状、纤维状的将粉状、纤维状的塑料粉塑料粉 在预压机上压成在预压机上压成重量重量 一定一定、形状一致形状一致的的锭料锭料。 (3 3)预压)预压 加料快加料快,简单准确简单准确,避免了模塑粉的飞扬,避免了模塑粉的飞扬。 降低了模塑粉的压缩率,可减少模具的装料降低了模塑粉的压缩率,可减少模具的装料 室,室,简化了模具结构简化了模具结构。 预压物紧密,空气少,使传热加快,预压物紧密,空气少,使传热加快,缩短缩短了了 预热和预热和固化的时间固化的时间,同时避免制品出现气泡,同时避免制品出现气泡, 有利于提高制品的质量。有利于提高制品的质量。 预压物的预压物的预热温度预热温度可以比模塑粉可以比模塑粉高高, ,缩短预热缩短预热 和固化时间。和固化时间。 锭料与塑件形状类似,便于成型复杂或带细锭料与塑件形状类似,便于成型复杂或带细 小嵌件的塑件。小嵌件的塑件。 采用预压锭料的优点:采用预压锭料的优点: 对压塑粉的要求:对压塑粉的要求: 预压条件:预压条件: 颗粒最好大小相间颗粒最好大小相间 压缩率(压缩率(塑料锭料塑料锭料)宜为)宜为3.03.0左右左右 含有润滑剂含有润滑剂 压力压力:压力范围压力范围4040200MPa200MPa 温度温度:室温或室温或50509090预压预压 原则原则:锭料的密度达到塑件最大密度的锭料的密度达到塑件最大密度的80%80% (4 4)嵌件的安放)嵌件的安放 嵌件嵌件 作为塑件中导电部分或使塑件与其它作为塑件中导电部分或使塑件与其它 零件相连接的零件。零件相连接的零件。 常用嵌件有常用嵌件有轴套轴套、螺钉螺钉、螺母螺母、接线柱接线柱等等等等 大嵌件在模具装上压机后要大嵌件在模具装上压机后要先预热先预热 嵌件的安放要求嵌件的安放要求位置正确位置正确、平稳平稳 二、压缩成型过程二、压缩成型过程 加料加料 加料的关键是加料量加料量 定量的方法 : 合理堆放塑料,粉料或粒料的堆放要做 到中间高四周低,便于气体排放。 容量法容量法:方便但不很准 重量法重量法:准确、麻烦 计件法计件法:预压锭料,计数放入 合模合模 l l 加料后即可合模,合模时间一般从几秒到加料后即可合模,合模时间一般从几秒到 几十秒不等。几十秒不等。 l l 合模过程分为两个部分合模过程分为两个部分 : 凸模触及塑料之前凸模触及塑料之前:尽量加快合模速度(缩:尽量加快合模速度(缩 短周期,避免塑料过早固化)短周期,避免塑料过早固化) 凸模触及塑料之后凸模触及塑料之后:减慢合模速度(利于:减慢合模速度(利于 排气)排气) 排气排气 目的目的:排除水分和挥发物变成的气体及化学反:排除水分和挥发物变成的气体及化学反 应的副产物,以免影响塑件性能与表面质量。应的副产物,以免影响塑件性能与表面质量。 方法方法:合模后加压至一定压力,立即卸压,凸:合模后加压至一定压力,立即卸压,凸 模稍微抬起,连续模稍微抬起,连续次。次。 塑件带有小型金属嵌件则不采用排气操作,以塑件带有小型金属嵌件则不采用排气操作,以 免移位或损坏。免移位或损坏。 流动性好的塑料采用流动性好的塑料采用迟压法迟压法,即,即从从凸模与塑料凸模与塑料 接触到压模完全闭合的过程中停顿接触到压模完全闭合的过程中停顿15301530秒。秒。 保压与固化保压与固化 保压时间保压时间:从压模闭合加压至卸压取出塑件从压模闭合加压至卸压取出塑件 所用的时间。所用的时间。 保压时间长短受保压时间长短受塑料类型塑料类型、预热情况预热情况、塑件塑件 形状形状及及压缩程度压缩程度的影响。的影响。 硬化阶段要求:硬化阶段要求:在成型压力与温度下保持一定在成型压力与温度下保持一定 的时间,使交联反应进行到要求的程度。的时间,使交联反应进行到要求的程度。 硬化程度硬化程度 欠熟欠熟 过熟过熟 不足不足 过度过度 脱模脱模 塑件脱模方法塑件脱模方法 : 推出机构机自动推出推出机构机自动推出 模外手动推出模外手动推出 复杂塑件在压力下冷却至一定温度后 再脱模;带有嵌件的塑件应先使用专用工 具将它们拧脱,然后再进行脱模。 三、压后处理三、压后处理 模具清理模具清理 用铜铲或压缩空气清理,以免损模具外观用铜铲或压缩空气清理,以免损模具外观 整形去应力整形去应力 在整形模中冷却在整形模中冷却 对薄壁易变形件对薄壁易变形件 脱模后放入一定温度的油脱模后放入一定温度的油 池或烘箱中缓慢冷却,或池或烘箱中缓慢冷却,或 者进行退火处理者进行退火处理 大型、厚壁件大型、厚壁件 检查塑料质量检查塑料质量预压、预热、干燥预压、预热、干燥称料称料 清洗嵌件,嵌件预热清洗嵌件,嵌件预热 清理压模清理压模 涂脱模剂涂脱模剂 放嵌件放嵌件加料 加料 合合 模模 加热加压加热加压 排排 气气 加热卸压加热卸压 固固 化化 保温保压保温保压 开开 模模 卸压脱模卸压脱模 塑件整形塑件整形去应力处理去应力处理塑件送至下一工序塑件送至下一工序 压缩模塑工作循环压缩模塑工作循环 4.5 4.5 压缩成型工艺参数压缩成型工艺参数 要生产出高质量塑件,除了合理的要生产出高质量塑件,除了合理的模具模具 结构结构,还要正确选择,还要正确选择工艺参数工艺参数。 模压压力(成型压力模压压力(成型压力) 模压温度(成型温度)模压温度(成型温度) 模压时间模压时间 成型压力成型压力 指模压时迫使塑料充满型腔而由压指模压时迫使塑料充满型腔而由压 力机对塑料所施加的压力(单位力机对塑料所施加的压力(单位MPaMPa) 一、压缩成型压力一、压缩成型压力 施加成型压力的目的:施加成型压力的目的: uu 使物料在模具中加速流动,并充满模腔,提使物料在模具中加速流动,并充满模腔,提 高塑件密度高塑件密度 uu 使粘流态物质在一定压力下固化,使粘流态物质在一定压力下固化, uu 克服树脂在交联反应之中放出的低分子物以及 其它挥发物所产生的涨模涨模压力,避免出现肿胀和 脱层缺陷; uu 紧密闭合模具,使制品具有固定的尺寸、形状 和最小毛边; 56 2.模压压力的确定 取决于塑料种类、模温、制品形状和尺寸以及其它工艺条件。 a.塑料的流动性越小,硬化速率与快,压缩率越大,需施加的 压力越大; b.制品形状越复杂,深度越大,面积越大时,需施加的压力越大 c.预热的塑料比未经预热的需施加的压力小,因前者流动性大; d.在一定范围内,提高模具温度可有利于模压压力的降低,但模 温过高,靠近模壁的塑料会过早固化而使它对降低模压压力没有作 用。 57 注意: 一般,增大压力,除有利于增大物料的流动性外, 还使制品更紧密,成型收缩率低,力学性能好。 但模具压力过大,对模具使用寿命有影响,并增大 设备功率消耗,也会降低制品的质量。 若压力过小,不能克服交联反应中放出低分子量的 压力,也会降低制品性能。 影响因素:影响因素: 、物料流动性越小、固化速度越快、物料、物料流动性越小、固化速度越快、物料 的压缩率越大时,所需模具压力越大。的压缩率越大时,所需模具压力越大。 、制品形状结构越复杂、成型深度越大、制品形状结构越复杂、成型深度越大、 成型温度越低,成型压力越大。成型温度越低,成型压力越大。 AA凸模与塑料接触部分在分型面上的凸模与塑料接触部分在分型面上的 投影面积投影面积()() 式中:式中: p p 成型压力成型压力(MPaMPa) p pb b 压力机工作液压缸压力压力机工作液压缸压力(MPaMPa) DD压力机主缸活塞直径压力机主缸活塞直径(mm) 计算公式计算公式 : p p = = 成型压力与成型压力与塑料种类塑料种类、塑件结构塑件结构、模具温度模具温度等因等因 素有关,对密度和性能影响大,压力大,提高交联固素有关,对密度和性能影响大,压力大,提高交联固 化速度;压力小,塑件容易产生气孔化速度;压力小,塑件容易产生气孔 常用热固性塑料的压缩成型温度和成型压力常用热固性塑料的压缩成型温度和成型压力 二、压缩成型温度二、压缩成型温度 成型温度成型温度 指压缩时所需的指压缩时所需的模具温度模具温度, 对塑件质量、模压时间影响很大对塑件质量、模压时间影响很大 作用:作用: 使物料熔融流动,使物料熔融流动,变成流体并充满型腔;提供固充满型腔;提供固 化所需热量。化所需热量。使热固性塑料发生交联反应。 热固性塑料的热固性塑料的模内温度模内温度高于高于模具温度模具温度 62 温度对流动性的影响: 当合模后,模内的塑料温度是逐渐 上升的,在上升过程中,塑料主要由固 体转变为熔体,粘度逐渐由大变小,流 动性由小变大。然后,塑料交联反应逐 渐开始,而且随料温的升高交联反应迅 速增大,这时聚合物的粘度有小变大。 最后失去流动性。因此在流动性温度 曲线上有峰值出现。根据流动性与温度 的关系,在闭模后,必须迅速增大成型 压力,使物料在温度不很高,流动性又 比较大的情况下迅速充模。 63 2.料温的变化 料温是随时间增大 的,并且在固化开始后 ,料温将超过模具温度 。这是由于塑料固化放 热效应引起的。然后随 固化反应的完全,料温 开始下降,最终等于模 具温度。 塑料温度和制品强度随时间的变化关系 A 为强度最高点 l 为模具温度 L代表 塑料流动区域(根据体积变化确定)M 代表塑料热膨胀区域 N代表塑料固化区 域 64 3.模温与模压时间的关系 模压时间:一般指从升温加压 开始到固化完全为止的时间。 实践证明,模压温度越高,固 化速率越快,模塑周期越短。但过 高的温度会因固化速率过快,使得 塑料的流动性迅速降低,并引起充 模不满,特别是形状复杂、薄壁、 深度大的制品,这种现象更加明显 。 模具温度与模压周期的关系 调节和控制模温的原则:调节和控制模温的原则: 保证充模固化定型并尽可能缩短模塑周期保证充模固化定型并尽可能缩短模塑周期 硬化速度慢、周期长,硬化不足;硬化速度慢、周期长,硬化不足; 塑件表面无光;物理、力学性能差塑件表面无光;物理、力学性能差 模模 具具 温温 度度 太高太高树脂、有机物分解;塑件外层先树脂、有机物分解;塑件外层先 硬化,充模不足硬化,充模不足 适中适中成型周期短,生产率提高成型周期短,生产率提高 过低过低 三、压缩时间 压缩时间压缩时间 指熔融体充满型腔到固化定 型所需时间。 影响因素塑料品种塑料品种、含水量含水量、塑件形塑件形 状尺寸状尺寸、成型温度成型温度、压缩、压缩模具结构模具结构、预预 压预热压预热、成型压力成型压力等。 模压模压时间时间 模压时间太短,树脂固化不完全,制品物理机械性能差, 外观无光泽,制品脱模后易出现翘曲、变形等现象 过分延长模压时间会使塑料过“过熟”,不仅延长成型周期 、降低生产率、多消耗热能和机械功,而且树脂交联过度 会使制品收缩增加,引起树脂与填料间产生内应力,制品 表面发暗和起泡,而使制品性能降低,严重时会使制品破 裂。 塑件性能反而下降 模压 时间 短 硬化不足,外观及力学性能差, 易变形 过长 在保证塑件质量的前提下,应力求缩短模压时间。 不同温度时,热固性塑料固化时间对变形的影响不同温度时,热固性塑料固化时间对变形的影响 酚醛塑料与氨基塑料酚醛塑料与氨基塑料 压缩成型工艺参数压缩成型工艺参数 70 模压成型不正常现象分析模压成型不正常现象分析 不正常现象不正常现象 产生原因产生原因 解决办法解决办法 制品表面起泡和内部鼓起制品表面起泡和内部鼓起 、压缩粉中的水分及挥发物含量过多、压缩粉中的水分及挥发物含量过多 、模具温度过低或过高、模具温度过低或过高 、成型压力过低、成型压力过低 、保持温度时间过长或过短、保持温度时间过长或过短 、模具内有其它气体、模具内有其它气体 、材料压缩率太大、含空气量过多、材料压缩率太大、含空气量过多 、加压不均匀、加压不均匀 、将压塑粉干燥和预热、将压塑粉干燥和预热 、调节好温度、调节好温度 、增加成型压力、增加成型压力 、延长固化时间、延长固化时间 、闭模时缓慢和加压模具、闭模时缓慢和加压模具 、物料先预热,改变加料方式、物料先预热,改变加料方式 、改进加压装置、改进加压装置 制品欠压有缺料现象制品欠压有缺料现象 、塑料流动性过小、塑料流动性过小 、加料少、加料少 、加压时物料溢出模具、加压时物料溢出模具 、压力不足、压力不足 、模具温度过高,以致存料过早固化、模具温度过高,以致存料过早固化 、改用流动性大的物料、改用流动性大的物料 、加大加料量、加大加料量 、增加压力、增加压力 、调节压力、调节压力 、加速闭模、降低成型温度、加速闭模、降低成型温度 毛料(飞边)过厚毛料(飞边)过厚 、加料过长、加料过长 、物料流动性太小、物料流动性太小 、模具设计不合理、模具设计不合理 、模具导柱孔被堵塞、模具导柱孔被堵塞 、模具毛刺清理不净、模具毛刺清理不净 、准确加料、准确加料 、降低成型温度、降低成型温度 、改进模具设计、改进模具设计 、彻底清理模具,保证闭模严密、彻底清理模具,保证闭模严密 、仔细清模、仔细清模 制品尺寸不合格制品尺寸不合格 、材料不符合要求、材料不符合要求 、加料不准确、加料不准确 、模具已坏或设计加工尺寸不准确、模具已坏或设计加工尺寸不准确 、改用合格材料、改用合格材料 、调整加料量、调整加料量 、修理与更换模具、修理与更换模具 4.6 4.6 常用模塑料的压缩工艺常用模塑料的压缩工艺 一、团(散)状模塑料模压工艺一、团(散)状模塑料模压工艺 1.1.模压塑料的准备与加料模压塑料的准备与加料 无论物理形态是块状还是散状的模塑料(无论物理形态是块状还是散状的模塑料( Bulk Bulk molding molding compoundscompounds以下简称以下简称BMCBMC) ),一般在,一般在 其生产的最后阶段,通常都由一专门的设备挤压成其生产的最后阶段,通常都由一专门的设备挤压成 绳条状、木节状或弹丸状,这样在以后的处理和操绳条状、木节状或弹丸状,这样在以后的处理和操 作中可以实现比较精确的、方便的、自动化的加料作中可以实现比较精确的、方便的、自动化的加料 。 2.2.成型工艺参数的选择成型工艺参数的选择 (1 1)成型压力)成型压力 普通制品普通制品3.5-7MPa3.5-7MPa;对制品表面;对制品表面 要求高的可用要求高的可用14MPa14MPa。 (2) (2) 成型温度成型温度 BMCBMC的成型温度一般为的成型温度一般为110110 170170 o o C,C,成型温度的高低与它的固化速度、制品成型温度的高低与它的固化速度、制品 的复杂程度、收缩控制、流动条件等有关。的复杂程度、收缩控制、流动条件等有关。 (3 3)固化时间)固化时间 制品的固化时间与物料的固化速制品的固化时间与物料的固化速 度有关,也与制品厚度、成型温度有关。度有关,也与制品厚度、成型温度有关。 通用型和低收缩型通用型和低收缩型BMCBMC成型工艺参数是成型工艺参数是 成型压力成型压力 3.53.57.0MPa7.0MPa 成型温度成型温度 132132 177177 o oC C 保温时间保温时间 45s45s 壁厚:壁厚:3mm 3min3mm 3min;6mm 4 6min6mm 4 6min; 12mm6 10min12mm6 10min。 低收缩化学增稠低收缩化学增稠BMCBMC成型工艺参数是成型工艺参数是 成型压力成型压力 3.53.57.0MPa7.0MPa 成型温度成型温度 149149 177177 o oC C 保温时间尽可能短保温时间尽可能短 3.3.脱模脱模 由于加有脱模剂的由于加有脱模剂的BMCBMC配方中加有内脱模剂,配方中加有内脱模剂, 并且开模后制品产生冷收缩,因而容易取出。但并且开模后制品产生冷收缩,因而容易取出。但 对于低收缩的配方,脱模就相应困难一些。对于低收缩的配方,脱模就相应困难一些。 4.4.成型过程中成型过程中BMCBMC的流动的流动 在在BMCBMC成型过程中,由于物料的不同流向会造成型过程中,由于物料的不同流向会造 成纤维及其他物料的离析、取向和分布不均,因成纤维及其他物料的离析、取向和分布不均,因 此在料流的汇集点要产生熔接线,使制品的质量此在料流的汇集点要产生熔接线,使制品的质量 出现问题。出现问题。 5.BMC5.BMC模压成型制品的缺陷、产生原因及解决方法模压成型制品的缺陷、产生原因及解决方法 BMCBMC模压成型制品的缺陷、产生原因及解决方法模压成型制品的缺陷、产生原因及解决方法 见表见表4-74-7 合模速度合模速度:50s50s内须合模完成内须合模完成 4-7(4-7(续)续) 二、片状模塑料(二、片状模塑料(sheet molding compoundssheet molding compounds)模模 压工艺压工艺 1.1.模压前的准备模压前的准备 (1 1)SMCSMC的质量检查的质量检查 压制前应了解料的质量、性能、配方、单 重、增稠程度等,对质量不好、纤维结团、浸 渍不良、树脂积聚部分的料应去除。 (2 2)剪裁)剪裁 按制品结构形状、加料位置、流动性能,决 定剪裁要求,片料多裁剪成长方形或圆形,按制 品表面投影面积的4080%来确定。 (3 3)脱模剂选用)脱模剂选用 常用外脱模剂:硅酯、硅油等。常用外脱模剂:硅酯、硅油等。 1 1)熟悉压机的各种操作参数,尤其要调整好工作熟悉压机的各种操作参数,尤其要调整好工作 压力和压机的运行速度及压机台面的平行度,以压力和压机的运行速度及压机台面的平行度,以 确保薄壁制品的厚度均匀。确保薄壁制品的厚度均匀。 2 2)模具安装一定要有水平,并确保安全位置在压模具安装一定要有水平,并确保安全位置在压 机台面的中心。机台面的中心。 (4 4)设备的准备)设备的准备: : 2.2.加料加料 (1 1)加料量的确定)加料量的确定 加料量加料量= =制品体积制品体积1.81.8。 (2 2)加料面积的确定)加料面积的确定 加料面积一般为制品投影面加料面积一般为制品投影面 积的积的40%40%80%80%。 (3 3)加料位置和方式)加料位置和方式 通常情况下,物料应放在模通常情况下,物料应放在模 腔中部。腔中部。 (4 4)其他)其他 成型深拉制品时,为增加片材的流动性成型深拉制品时,为增加片材的流动性 ,模压前可采用,模压前可采用100100120120 o o C C下预热操作下预热操作 3.3.模压成型模压成型 (1 1)成型温度)成型温度 一般来说,厚度大的制品所选择的一般来说,厚度大的制品所选择的 成型温度应比薄壁制品低,以防止过高的温度在后成型温度应比薄壁制品低,以防止过高的温度在后 制品内部产生过度的热积累。制品内部产生过度的热积累。 (2) 2) 成型压力成型压力 一般来说,一般来说,SMCSMC的成型压力的成型压力3.53.5 7.0MPa7.0MPa之间。之间。 (3 3)固化时间)固化时间 固化时间一般按固化时间一般按40s/mm40s/mm计算。对厚计算。对厚 制品(制品(3mm3mm以上),每增加以上),每增加4mm,4mm,固化时间增加固化时间增加1min.1min. (4)(4)压机的操作压机的操作 某种某种SMCSMC的典型成型周期如下的典型成型周期如下 开启压机开启压机 7s; 7s; 模具闭合模具闭合 10s10s; 取出制品取出制品 10s10s;固;固 化周期化周期 73s73s; 加料加料 20s20s; 共计共计130s;130s; SMC制造工艺 (Sheet molding Compound,Sheet molding Compound,SMCSMC) ) 颜料、填料分散用搅拌机颜料、填料分散用搅拌机 (1 1)树脂浆料制备:将颜)树脂浆料制备:将颜 料、填料、引发剂等分散料、填料、引发剂等分散 于树脂中于树脂中 (2 2)SMCSMC制备:制备:玻璃纤玻璃纤 维短切铺毡;维短切铺毡;浆料被覆浆料被覆 ;压实;压实;熟化。熟化。 SMCSMC制造设备制造设备 n n 采用片材模型法(采用片材模型法(Sheet Sheet molding molding Compound,Compound,SMCSMC) ) 生生 产汽车、火车、电机、飞机部件、座椅、浴盆产汽车、火车、电机、飞机部件、座椅、浴盆 、抽水马桶等。、抽水马桶等。 三、吸附预成型坯模压工艺三、吸附预成型坯模压工艺 1.1.树脂混合物的制备树脂混合物的制备 其混合过程如下:其混合过程如下: 1 1)将树脂加入主混合容器中,)将树脂加入主混合容器中,开动混合器。开动混合器。 2 2)加入单体,)加入单体,充分搅拌充分搅拌3 35min5min直至溶解。直至溶解。 3 3)加入预先混合好的引发剂一单体混合物)加入预先混合好的引发剂一单体混合物,搅拌搅拌5 5 10min10min直至均匀分散为止。直至均匀分散为止。 4 4)加入填料,)加入填料,搅拌搅拌20min20min使其均匀分散,此时要注使其均匀分散,此时要注 意防止温度上升。意防止温度上升。 5 5)卸料,)卸料,清洁搅拌桨。清洁搅拌桨。 树脂混合物的粘度一般按以下范围控制;树脂混合物的粘度一般按以下范围控制; 1 1)树脂的原始粘度)树脂的原始粘度3.5MPas3.5MPas。 2 2)加入单体一引发剂后的粘度)加入单体一引发剂后的粘度0.8Pas.0.8Pas. 3) 3) 加入填料并充分混合后的粘度加入填料并充分混合后的粘度15Pas15Pas。 4 4)准备模压时的粘度)准备模压时的粘度151530Pas30Pas。 2.2.模压成型工艺模压成型工艺 如图如图 吸附预成型坯模压成型工艺吸附预成型坯模压成型工艺 工艺流程工艺流程 (1 1)检查预成型坯质量)检查预成型坯质量 (2 2)模具的准备)模具的准备 (3 3)准备加料)准备加料 (4 4)树脂混合物的灌注)树脂混合物的灌注 (5 5)压机的闭合)压机的闭合 (6 6)成型压力)成型压力 (7 7)固化时间)固化时间 (8 8)成型温度)成型温度 (9 9)零件的取出)零件的取出 (1010)冷却定型)冷却定型 四、短纤维模塑料成型工艺四、短纤维模塑料成型工艺 1.1.模压前的准备模压前的准备 (1 1)装模)装模 1 1)使物料的流程最短。)使物料的流程最短。 2 2)对于料流不易填充的狭小流道及)对于料流不易填充的狭小流道及“死角死角”处处 ,均需预先进行料的辅设。,均需预先进行料的辅设。 (1 1)料的预热和预成型)料的预热和预成型 (2 2)脱模剂涂覆)脱模剂涂覆 2.2.模压成型模压成型 3 3)根据制品使用时的受力状态,合理进行纤维的排)根据制品使用时的受力状态,合理进行纤维的排 列取向列取向 4 4)物料辅设应尽可能均匀)物料辅设应尽可能均匀 5) 5) 尽可能使物料中纤维沿其流动方向取向。尽可能使物料中纤维沿其流动方向取向。 (2 2)模压)模压 短纤维模塑料成型工艺流程短纤维模塑料成型工艺流程 几种短纤维模塑料成型工艺示例如下几种短纤维模塑料成型工艺示例如下 (1 1)快速模压成型工艺)快速模压成型工艺 例例11镁酚醛预混料模压成型工艺镁酚醛预混料模压成型工艺 预成型预成型 模塑料在模塑料在9090110110C C下烘下烘2 24min4min后,立即放入冷预成型模内后,立即放入冷预成型模内 ,在高压下压成坯料;,在高压下压成坯料; 坯料的预热坯料的预热 模塑料在模塑料在8080100C100C下预热下预热5 515min;15min; 脱模剂脱模剂 用硬脂酸、机油均匀涂覆模具;用硬脂酸、机油均匀涂覆模具; 成型温度成型温度 上、下板加热温度为上、下板加热温度为160160180180C C; 成型压力成型压力 303040MPa40MPa; 加压时机加压时机 装模后加全压,保压装模后加全压,保压101015s15s后,在后,在1min1min内连续加压、卸压内连续加压、卸压 1-31-3次进行排气和充模;次进行排气和充模; 保温时间保温时间 1min/mm1min/mm; 脱模温度脱模温度 成型温度下脱模成型温度下脱模 例例2 2 镁酚醛预浸料成型工艺镁酚醛预浸料成型工艺 脱模剂脱模剂 用硬脂酸、机油均匀涂覆模具;用硬脂酸、机油均匀涂覆模具; 成型温度成型温度 模具温度模具温度155155160160C C,或上、下加热板温度,或上、下加热板温度 160160170170C C; 成型压力成型压力 404050MPa50MPa; 加压时机加压时机 入模后入模后0 050s50s加压,同时充模、放气加压,同时充模、放气3 36 6次;次; 保温时间保温时间 0.50.52.5min/mm,2.5min/mm,一般为一般为0.50.51min/mm1min/mm; 脱模温度脱模温度 成型温度下脱模。成型温度下脱模。 (2 2)慢速模压成型工艺)慢速模压成型工艺 例例1 1 硼酚醛预混料模压成型工艺硼酚醛预混料模压成型工艺 坯料的预热坯料的预热 模塑料在模塑料在100100140140C C下预热下预热10-30min10-30min; 装模温度装模温度 8080140C140C 加压时机加压时机 合模后在合模后在20-100min20-100min内于(内于(15051505) (170(1705)C5)C 范围内一次加全压;范围内一次加全压; 成型压力成型压力 303040MPa40MPa; 升温速度升温速度 101060C/min60C/min 成型温度成型温度 180180300300C C; 保温时间保温时间 5 518min/mm18min/mm; 降温及脱模温度降温及脱模温度 自然降温至自然降温至60%60%以下脱模;脱模剂以下脱模;脱模剂 硅脂。硅脂。 例例2 2 环氧酚醛模塑料成型工艺环氧酚醛模塑料成型工艺 装模温度装模温度 7070 80 80C C; 加压时机加压时机 合模后在合模后在2020120min120min内于内于9090105105C C范围内一次全范围内一次全 加压;加压; 成型压力成型压力 151530MPa30MPa; 升温速度升温速度 0 05050C/hC/h; 成型温度成型温度 (1701705 5)C C; 保温时间保温时间 3 35min/mm5min/mm; 降温及脱模温度降温及脱模温度 强制降温至强制降温至6060C C以下脱模;以下脱模; 脱模剂脱模剂 硅油。硅油。 例例3 3 氨酚醛预混料模压成型工艺氨酚醛预混料模压成型工艺 装模温度装模温度 808090C90C; 加压时机加压时机 合模后在合模后在30-90min30-90min内于(内于(15021502)CC下下 一次性全加压;一次性全加压; 成型压力成型压力 303040MPa40MPa; 升温速度升温速度 101030C/h30C/h; 成型温度成型温度 (17551755)CC; 保温时间保温时间 2 25min/mm5mi
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