（机械制造及其自动化专业论文）apg缺陷的研究.pdf

a p g 缺陷的研究 摘要 近年来，随着电力工业的飞速发展，对高压开关的要求也越来越高，并形 成了往小型化、高电压、强电流方向发展的趋势。这种趋势使得对绝缘件的性 能要求也越来越高所以传统的真空浇注成型已面临淘汰，被新型的注射模， 又称a p ( 3 工艺所替代。新工艺有着浇注模具所不能比拟的优点，比如：绝缘件 质量高、性能好、尺寸稳定性好，所以逐渐在被国内的一些大型高压开关行业 采用。但a p t 3 工艺是近几年才发展起来的新工艺，所以其成型工艺还在试验和 摸索阶段本文参考了大量的文献以及本人在工厂中的实践，对注射件出现的 问题进行了分析尤其是对产品的质量影响最大注射件的内应力裂纹问题，做 了重点地研究 分析了大量的文献资料，介绍了环氧树脂注射件中的内应力裂纹缺陷，以 及应对措施。通过建立模型，并将模型作必要的简化：如将嵌件去除，用孔来 替代( 因m o l d f l o w 软件不能对两种材料进行分析，我们就只好将嵌件去除， 来分析固化物的收缩变形量而金属嵌件的收缩，我们可以计算求得) 把计算 机数值模拟技术引入到注塑模设计的整个过程中来，使用专业性模流分析软件 m o l d f l o w 对塑料熔体在模具型腔中的填充、保压过程进行分析，利用这些分析 结果作为收缩变形分析的初始条件，得出制件的内应力收缩强度结果。在此基 础上，分析产生内应力裂纹产生的原因，提出消除内应力裂纹的方案。用于指 导模具的设计及相关工艺参数的设置。 数值模拟技术在注塑模设计中的应用克服了传统注塑模设计仅凭设计者经 验和直觉进行设计所导致的模具质量低下，模具返修率高，生产周期较长等缺 点，有着显著的经济效益 关键词：注塑模数值模拟收缩变形内应力收缩强度 t h er e s e a r c ho fd r a w b a c k si na p gp r o c e s s a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r i cp o w e r i n d u s t r y ，w h i c h r e q u i r eh i g h e rq u a l i t ya n dc a p a c i t yo ft h eh i g hv o l t a g es w i t c h t h et r e n di s m i n i a t u r i z a t i o n ，h i g hv o l t a g ea n ds t r o n gc u r r e n t s od o e st h ep r o d u c to f e t h o x y l i n e t h et r a d i t i o n a lc r a f ti sw a s h i n go u t t h ea u t o m a t i cp r e s s u r eg e l a t i o n p r o c e s s ( a p g ) i sa d p o t t i n gi ns o m eb i gf a c t o r yo fc h i n a i th a sal o to f a d v a n t a g e s ，s u c ha sh i g hq u a l i t y , g o o dc a p a c i t ya n dd i m e n s i o n a ls t a b i l i t y t h ec r a f t i sn e wa n di ti sa l s oi np h a s eo ft r i a la n de r r o r t h r o u g hr e a d i n gal o to fl i t e r a t u r e a n dp r a c t i c i n gi nt h ef a c t o r y ，ih a v er e s e a r c h e dt h et r a w b a e k so f a p g s p e c i a l l y , t h e h a l r c r a c k c a e ( c o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n g ) i sa p p l i e dt ot h ew h o l em o l d i n gp r o c e s s i nt h i sp a p e r , t h ea u t h o ru s e s s p e c i a lm o l d i n ga n a l y s i ss o f t w a r em o l d f i o wt o s i m u l a t ef i l l i n ga n dp a c k i n gp h a s ea n dt h e nc a l c u l a t e st h es h r i n kd e g r e e a f t e rt h a t ， t h ea u t h o ra n a l y s e st h eh a i r c r e a kr e a s o na n dp u tf o r w a r dm o d i f ys c h e m e ，w h i c h w i l lg u i d em o l dd e s i g na n dt e c h n i c a lp a r a m e t e r ss e t t i n g t h ea p p l i c a t i o no fc a et oi n j e c t i o nm o l df i e l d c o n q u e r st h ed i s a d v a n t a g e s s u c ha sm o l d sl o wq u a l i t y ，h i g hf r e q u e n c yo fm o d i l y i n ga n dl o n gm a n u f a c t u r i n g t i m ec a u s e db ye x p e r i e n t i a ld e s i g na n do b t a i n sg o o de c o n o m i cr e s u l t k e y w o r d s ：m o l do fi n j e c t i o n ，s i m u l a t i o no fd a t a ，s h r i n ka n a l y s i s ，h a i r c r a k ，t h e p r e s s u r eo fs h r i n k 图表清单 表1 1 树脂中各种成分的粘度对比2 表2 1 几种环氧树脂的技术指标 表2 ，2 热固性塑料与热塑性塑料注射成型机的主要不同1 4 表2 3 热固性注射件的疵病及解决方法1 4 表5 1 环氧固化结构中各种材料的热膨胀系数4 l 表5 2 收缩率大的原因及解决方法4 4 图1 1 环氧树脂的固化曲线2 图1 2 环氧树脂的固化曲线6 图2 1 浇注与a p g 制件温度分布7 图2 2 热塑性聚合物与热固性聚合物流动性的比较8 图2 3 温度对流动性的影响9 图2 4 热固性塑料注射成型工艺流程图1 2 图3 1 多边形控制体积的形成 图3 2 熔体前沿位置的标志 图3 3 三角单元和圆形单元沿厚度和径向离散2 2 图3 4 流动分析程序流程简图 图3 5 一维冷却系统的设计方案 图3 6 冷却水道计算的总流程图2 6 图3 7 翘曲分析过程 图4 1 中面模型分析过程 图4 2 表面分析模型 图4 3 网格状态统计中的m a t c hr a t i o 功能。3 8 图4 4 三维实体模型分析过程3 9 图5 1 环氧树脂固化物结构均质态。4 0 图5 2 环氧树脂固化物结构非均质态 图5 3 非均质态中的理想形态 图5 4 非均质态中的开裂时的状态4 2 图5 5 接线盘的工件图 图5 6 简化后的制件图4 5 图5 7 制件孔的收缩变形图1 4 6 图5 8 制件孔的收缩变形图- 2 。4 7 图5 9 制件孔的收缩变形图3 。4 8 图5 1 0 制件孔的收缩变形图- 4 4 9 图5 1 l 制件孔的收缩变形图5 5 0 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我 所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究 成果，也不包含为获得 金目b 王业太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 学位论文作者签名： 期。7 月循， 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金8 b 王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权盒g b 王些 煌可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字瞧啤 学位论文作毒毕业后去向： 工作单位：车旬 蜉 通讯地址向坼专南辱 摊名： 吃觋 签字日期：、口、事c 月，p 日 电话。 j 9f 厂n ，厂7b 邮编：纠op 罗， 拼船 j 蛔 致谢 本论文是在我的导师王晓枫老师的悉心光怀和精心指导下完成的，王老师 渊博的知识，严谨认真的治学态度，精益求精的工作方法使我受益匪浅。通过 论文的工作，我不仅学会了从事科研的工作方法，开拓了视野，更体会了科研 的乐趣；同时，也为我将来从事科研或教学工作打下了坚实的基础。在此，我 要向我的导师王晓枫老师致以最衷心的感谢! 另外，c a d c a m 中心的张晔老师，吕新生老师，曹文刚老师，陈科老师 在我的论文工作期间，也给予我很好的建议和亲切的指导，在此，深表谢意l 在撰写论文期间，陈建华，李艳，赵春亮，张陈荣等同学，都给予我无私 的帮助和支持，在此一并表示衷心的感谢! 在此，我还要感谢我的家人和朋友，是他们无私的奉献和义无反顾的支持 给了我前进的动力和信心，这一份可贵的亲情和友谊我将铭记于心l 作者：王洪昌 2 0 0 7 1 1 第一章绪论 1 前言 绝缘件的传统生产方法是浇注法，由于工艺比较落后，劳动强度大，模具 占用周期长以及设备不稳定等诸多因素，制约了其发展和大规模生产。7 0 年代， 国外开发了自动压力凝胶工艺( a u t o m a t i cp r e s s u r eg e l a t i o np r o c e s s ，简称a p g 工艺) ，使单件产品模具占用时间从8 一1 2 h 下降到约2 0 m i n 以内，- - n 模具相 当于以前的十几副模具，并且拆装模具改为机器操作，劳动强度大大降低，为 工业化生产奠定了基础：并且，a p g 工艺生产的绝缘件质量高、性能好、尺寸 稳定性好a p g 注射成型技术在我国是近些年发展起来的新兴的绝缘件加工成型技 术。【7 1 1 随着a p g 注射机和a p g 用体系所需原材料的国产化，a p g 技术在我国得 到蓬勃发展，正在被广泛的使用而m o l d f l o w p l a s t i ci n s i g h t 简称为m p i ，它能够 模拟最广泛的热塑性和热固性塑料的注射成型中的制造工艺。具体地说就是可以模拟 它们成型过程中的充填、保压以及冷却，还能预测出制品成型后的缺陷，甚至还可以 分析纤维填充材料的流动情况，预测纤维的取向并在预测产品翘曲时加以考虑。尤其 是在设计一些形状复杂、质量和精度要求较高的产品，即使是具有丰富经验的工艺和 模具设计人员，也很难保证一次成功地设计出合格的模具。所以，在模具基本设计完 成之后，可以通过注射成型分析，发现设计中存在的缺陷，从而保证模具设计的合理 性，提高模具的一次试模成功率，降低企业的生产成本有着重要的意义。 1 2 热固性塑料特点及工艺性能1 7 7 j 熟固性塑料由于吸湿性小，电绝缘性能好及强度高等优点，在电气设备中 被越来越多的采用并作为主要绝缘材料。目前大量使用在绝缘子、绝缘套管、 触头盒、互感器和干式变压器等绝缘部件上a p g 工艺是全新的工艺，除了设 备上有特殊要求外，对原材料提出了更高的要求：a 流动性好；b 环氧混合料在 工艺温度下能保持粘度相对稳定，有长的适用期( 1 2 h ) ，同时，高温下能迅 速固化成型；c 固化收缩率小，制件尺寸稳定性好；d 固化物冲击强度高；e 同时具有优良的电气、机械和耐热性能，t g 1 1 0 1 2 1 流动性 由于a p g 工艺要求材料在高温下快速固化，因此为了确保材料有足够长 的可使用时间，a p g 工艺的混料工艺温度和固化成型温度必须有很大的差异。 般工艺温度为4 0 一5 0 ，固化成型温度为1 4 0 0 较低的工艺温度使热固 性塑料的流动性变差，难于注入型腔，从而使塑料成型困难。流动性一般用粘 i 度高低来衡量，粘度高则流动性差。流动性好不仅可改善工艺性能，而且可加 入较多的填料降低生产成本。填充料适当比例的多加可以改善固化物的机械性 能。但流动性好，并不是要求粘度越低越好，否则会出现填充料沉淀，因此环 氧树脂必须有合适的流动性。 表1 1树脂中各种成分的粘度对比 粘度( m p a s ) 项目温度 h e - 2 5 5 树脂 树脂 2 04 9 2 0 0 4 53 3 5 0 固化剂 2 05 6 0 树脂添加剂 4 56 3 1 0 0 固化物填充剂 4 56 3 7 0 0 1 2 2 流动稳定性 热固性塑料体系不仅要有合适的流动性，而且流动稳定性很重要。工艺温度下环 氧树脂混合料的粘度增长性能是一个重要工艺指标比如，树脂在粘度增长( 4 0 c ) 较快，在1 0 h 左右粘度即增加一倍，如这个时间太短的话。就容易在注射过程中出现 堵塞送料管现象。 1 2 3 固化反应性能 a p g 技术中，环氧树脂的固化 工艺性能对环氧树脂成型制件性能 影响很大。图1 1 所示为我国自行 设计生产的l i e 2 5 5 树脂的固化曲 线，放热峰值1 5 2 3 6 c ，放热量为 2 1 6 j g 1 2 4t 艺性能 a p g 环氧树脂的工艺操作性能 主要影响因素：低温下环氧树脂体 系的流动性，可加入填充填料的多 少，工艺温度下混合料的可储存时 间，高温固化反应的速度。 l i b 2 5 5 甚亿曲线 2 羞度。c 图1 1 环氧树脂的固化曲线 1 3 国内环氧扭i 脂、模具、a p g 发展的现状 1 3 1 环氧树脂的发展现状f 刁 我国环氧树脂工业自改革开放以来，尤其是从上个世纪九十年代以来，发 展驰入了快车道，大江南北出现了“环氧树脂热”，而且在不断的升温，无论是 生产能力、装置规模、生产工艺技术，还是科研开发和应用技术都取得了很大 的进展但问题还是不少主要存在的问题是： a 生产规摸小、产量低，装置开工率严重不足，装置分散。 b 生产工艺技术落后，装置陈旧，自控水平低。 c 环氧树脂品种单调、牌号少，专用级树脂差距更大 d 能耗大，原材料消耗高 1 。3 2a p g 工艺的发展现状【n l 我国从8 0 年代中期开始引进自动压力凝胶工艺和设备从1 9 8 6 年上海华 通开关厂从瑞士a b b 公司引进的f s m 型自动压力凝胶成套设备开始，国内的 a p g 技术的发展经历了三个阶段。 a 组织研发阶段( 1 9 8 7 1 9 9 7 ) 1 9 9 3 年，由西安高压电器研究所，上海华通开关厂联合煤炭科学研究总院 上海分院液压研究所等单位，开始了对自动压力凝胶成型机和环氧树脂国产化 的研究工作并于1 9 9 7 年开始全面对项目攻关进行鉴定。 1 9 9 7 年4 月7 日一1 0 日在平顶山高压开关厂对注射环氧树脂在g i s 盘式 绝缘子的应用进行了考察，“”参加了从注射成型到测试试验的全过程，并一 致认为：注射工艺性能良好，性能测试试验结果满意。” b 积极推广阶段( 1 9 9 8 年一一2 0 0 1 年) 这期间许多的绝缘件生产企业，开始进行了a p g 技术的尝试。国内市场 逐渐成熟。设备、模具、填料等相关企业也不断进行技术研究和改造，以适应 变化中的市场，为a p t ) 技术日后的迅猛发展做了许多储备工作。 c 迅猛发展阶段( 2 0 0 2 一至今) 目前国内在使用的a p g 设备总量为2 0 0 多台，分布于十六个省市地区。 1 3 3 模具的发展现状【7 1 1 模具工业在进入8 0 年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经 济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为1 3 ，据中国 模具工业协会最新数据表明，2 0 0 4 年，中国模具总产值高达5 3 0 亿元，其中塑 料模具独占4 0 。在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中所占的比例还 将逐步提高 我国塑料模工业起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平 有很大提高在大型模具方面，已能生产4 8 英寸大屏幕彩电塑壳注塑模具、 6 5 七g 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表盘等塑料模具；精 密塑料模具方面，已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑料模 具；还能生产厚度仅为0 0 8 i 口i r a 的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门 窗挤出模具等等注塑模型腔制造精度可达0 0 2 o 0 5 删，表面粗糙度 r a 0 2 删模具质量和寿命明显提高，非淬火钢模寿命可达3 0 , 一5 0 万次。 以上，塑料模具成绩的取得，基本上是在热塑性塑料领域在刚刚兴起的 热塑性塑料成型模具方面，我国还是比较落后的，较之a p g 工艺和环氧树脂材 料的研究，模具的发展显得有些滞后，有的专家甚至认为，目前的模具设计水平的低 下是限制a p o 工艺推广的瓶颈。下面我谈一下环氧树脂注射模具的要求。 模具对于采用a p gt 艺生产环氧绝缘件的质量，尤其是外观质量十分重要。模具 必须按a p g 工艺的需要设计，这同常规浇注的模具具有很大的差别，最大区别为， 常规浇注模具在浇注过程中不承受压力，而a p g - t - 艺的模具注射压力一般为0 2 一 o 5 m p a 。如果模具密封不好，产品的质量将大受影响经验表明，如果要生产出高质 量的制品，模具一定要能够承受注射压力，而且从开始注射到模具固化成型，注射压 力一直要保持着，如果模具不断漏料，保持不住压力，就不可能做出高质量的制品 另外，由于采用a p g 工艺的模具，一般设计使用寿命为五万次，所以对模腔的光洁 度要求很高。在模具设计中，顺利脱模是a p g 模具的特点，由予h a g 型液压成型机 采用单边脱模，所以模具在脱模方面必须有一定的措施，付设计良好的模具一定脱 模很便捷。 1 4c a e 技术在注塑模中的应用 模具是生产各种工业产品的的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展和 塑料制品应用范围的不断扩大，产品对模具的要求越来越高，传统的模具设计 方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求电脑辅助工程( c a e ) 已经成 为解决塑料产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节中最有效的途径。 同传统模具设计相比，c a e 技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降 低成本，减轻劳动强度方面，都具有很大的优越性。 近些年来，c a e 技术在注塑成型领域的重要性日益巨大，采用c a e 技术 可以全面解决注塑成型过程中出现的问题。注塑成型分两个阶段，即开发设计 阶段( 包括产品设计、模具设计和模具制造) 和生产阶段( 包括购买材料，试 模和成型) 传统的注塑方法是在正式生产前，由设计人员凭经验与直觉设计模 具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工 艺参数，甚至还要修改塑料制品和模具，这种传统方法不能对材料、设计方案 和成型过程等因素作出全面的评价也不能指出产品设计和成型过程中可能出 4 现的问题，因而导致模具翻修量大、投产时间长、废品率高、生产效率低、经 济效益差，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。采用c a e 技术，可以很 大程度代替试模，利用c a e 技术可以在模具加工前，在电脑上对整个注塑成型 过程进行类比分析，准确预测熔体的填充，保压，冷却情况，以及制品中的应 力分布、分子取向和纤维取向，制品的收缩和翘曲等情况，以便设计者能尽早 发现问题，及时修改制品和模具设计，而不是等到制模之后再返修模具。这不 仅是对传统模具的一种突破，而且提高了模具的设计质量，减少了模具的生产 周期，很好地适应了市场要求。 1 5 本文研究的主要内容 由于a p g 工艺是在很高的模具温度下完成的，在较短的时间内迅速凝胶成 型，内应力较低，固化物致密，一致性好，尺寸精度高，机电性能优异，产品 的合格率高；凝胶化时间一般在几分钟至几十分钟( 根据模具大小而不同) 内 完成，可大大提高模具的利用率，缩短生产周期。a p g 工艺是在一个整体密封 的系统装置中进行的，对环境无污染、节省能源、节省材料、节省工时但注 塑成型也常常出现各种质量问题。 论文的主要工作包括以下几个方面： 1 分析了热固性注塑模具的结构和设计原理以及我国熟固性注塑模具发 展的水平研究了氧树脂注射件中出现的各种缺陷，尤其是对质量影响较大的 的内应力裂纹缺陷作了重点的研究，分析了应对的措施。建立了可行的模型， 并将模型作必要的简化。 2 把计算机数值模拟技术引入到注塑模设计的整个过程中来，使用专业 性模流分析软件m o l d f l o w 对塑料熔体在模具型腔中的填充、保压过程进行分 析，利用这些分析结果作为收缩变形分析的初始条件，得出制件的内应力收缩 强度结果。在此基础上，分析产生内应力裂纹产生的原因，提出消除内应力裂 纹的方案用于指导模具的设计及相关工艺参数的设置。 本文重点从数值模拟的角度研究热固性塑料注射模具：在设计阶段，根 据预设的注塑工艺条件和模具结构，对制品的注塑成型过程进行分析后，预测 制品出模后的缺陷。在此基础上寻找导致缺陷的主要因素，从而指导设计人员 修正制品和模具设计、调整注塑成型工艺参数，改进制品质量，使制品和模具 一次成功的可能性达到最大，如图1 2 所示，降低生产成本和提高生产效率。 图1 2 环氧树脂的固化曲线 6 第二章a p g 工艺及制件各种缺陷的分析 2 1 应用与展望 2 1 1 生产管理 a p g 技术是国外在树脂浇注工艺领域三大主要成就之一它的主要优点在 于电气部件的整体绝缘工艺得到了简化，缩短了固化期，提高了模具的利用率， 并可将生产组织规范化，像机械加工行业那样进行班组、定时、定质管理，便 于规模生产，生产场地也整齐规划一致，易形成现代化、标准化的生产管理。 并尽量完善检测手段，以做到对产品的各项性能有科学的依据。 2 1 2 制品性能们， a p g 技术的另一个重要意义是，它使环氧树脂固化物的固化收缩率从真空 工艺的l 一3 降到了o 2 5 一o 4 5 ，这样大大提高了固化物内部的致密性，提 高了绝缘性能、机械强度和尺寸精度。 由于a p g 工艺同传统浇注工艺的加 热成型方式不同，造成两个明显不同的放 热反映效果。如图所示：传统浇注工艺中 由于模具壁温较低所以混料有模腔1 中心 开始固化，其放热反映有里及外形成一个 明显的从模芯至边缘徒降的放热峰值。也 就是说制品中心先固化，如中心有收缩， 就很难补充，容易产生收缩空隙。而a p g 工艺则相反，由于模具壁温较高，使混合 料首先在模壁开始发生固化，然后逐步深 入到模芯，这样的固化方式较好地控制了 放热反应，工件固化过程中有外及里形成 一个较为平坦的放热峰。同时由于中心固 化较迟，在压力下，注射头可以在整个固 雷温浇注 模温30 v , p g 技术模 溢1 4 0 浇注件温度分布比较 图2 1 浇注与a p g 制件温度分布 化过程中对模腔注料，补偿固化反应而引起的收缩，所以可以得到更高的局部 放电和机械强度的指标。 2 1 3 热塑性塑料和热固性塑料流变行为的比较7 6 】 在通常的加工条件下，对热塑性聚合物的加热乃是一种物理作用，其目的 是使聚合物达到粘流态以便于成型，材料在加工过程所获得的形状必须通过冷 却来定型。虽然，由于多次加热和受到加工设备的作用会引起材料内在性质发 生一定变化( 如聚合物降解或局部交联等) ，但并未改变材料整体可塑性的基本 特征，特别是材料的粘度在加工条件下基本没有发生不可逆的变化。 时同 时嗣 压膏 压身 盎塞性量旨翦 冀 萄 性 毫 萄 蛙 峙闩 压由 靠圈性泵軎鲁 图2 2 热塑性聚合物与热固性聚合物流动性的比较 但热周性聚合物则不同，加热不仅可使材料熔融，能在压力下产生流动、交 8 罄度茕袖性 童赞长 藏靖隹 毫毋性 形和获得所需要形状等物理作用；并且还能使具有活性基团的组分在足够高的 温度下产生交联反应，并最终完成硬化等化学反应。一旦热固性塑料硬化后， 粘度变得无限大，并失去了再次软化、流动和通过加热而改变形状的能力。可 见热固性塑料加工过程中粘度的这种变化规律与热塑性聚合物有着本质的差 别热周性聚会物和热塑性聚合物流变行为的不同可由图2 2 加以说明。由图 中可以看出，热固性聚合物加热初期流动性的增大( 粘度降低) 是由于热松弛 作用的结果，在达到硬化之前的一段时间，体系粘度随时间的变化不大，过此 之后，聚合与交联反应进一步进行，聚合物相对分子质量很快增大而导致流动 性迅速减少 从图2 3 还可以看到温度对流动性的影响是由粘度和固化速度两种相互矛 盾的因素决定的，这种关系可进一步下图来说明由该图可以看出，在较低温 度范围内温度对粘度的影响起主导作用，在以下，粘度随温度升高而降低， 所以交联之前总的流动性随温度上 升而增加：而在较高的温度范围( 即 q 。以上) ，则对化学交联反应起主 导作用，随着温度升高，交联反应速 度加快，熔体的流动性迅速降低所 以热同性聚合物的交联速度可以通 过温度来控制。温度的这种特性正是 热固性塑料注射机与模具分别采用 不同温度的原因，例如，注射的最佳 温度是产生最低粘度而又不引起迅 速交联反应的温度。因此，对热固性 聚合物来说，正确的加工工艺的关键 是使聚合物组分在交联之前完成流 动过程。 蛆 可拳 键 e i i i 叠庹 l - 簋战蠢亏i 囊 l - 枯发对竞毒性故摹响瞳袅 霉一爰亿连庹砖洼秘性蚌影响- 袅 图2 3 温度对流动性的影响 2 2a p g 工艺的环氧拇i 脂体系【”1 a p g 工艺对环氧树脂混合料提出了较高的技术要求，即要在室温下稳定， 又要在高温下有高反应活性，能迅速自动凝胶，并具有良好的抗开裂性能和温 度冲击性能，对机械和电气应具有很高的抵抗强度来满足产品的技术要求，随 着采用a p g 工艺生产的绝缘制品种类繁杂，应用于a p gt 艺的环氧树脂还应 该能对不同的制品进行一定的改性，以满足制品的需要。如，支柱绝缘子的主 要性能指标是机械强度；而薄壁制品的关键是局部应力集中的开裂；而大嵌件， 如固封极柱、互感器就遇到制品壁后不均匀产生的内应力和环氧树脂收缩率不 9 同对制品的影响等等。所以采用& p g 工艺生产绝缘制品的企业定要建立自己 的实验室。 环氧树脂要达到a p g 技术要求，主要是在分子量分布、总氯含量和其它 金属离子含量、二醇基含量挥发的控制，重要的是批次之间指标的一致性和重 复性当前我国的环氧树脂总的质量在近二年有很大的提高，但和国外的还有 一定的差距。 a p g 技术要求环氧树脂混料在室温或中温时有较好的流动性和稳定性，而 在高温下具有高的反应活性，因此，a p g 技术对环氧树脂配方有严格的要求 目前，略有规模采用a p g 工艺生产绝缘制品的企业均采购所需的a p g 专用环 氧树脂及填料。但有三个环氧树脂混合料的关系一定要注意 2 3a p g 工艺的模具f 7 ，j a p g 工艺的模具在设备、材料体系等因素保证的前提下是生产高质量绝缘制品的 最关键的环节之一，高品质、高效，低耗的a p g 制品绝对需要一副高质量的a p g 模 具同其它制品的模具不同，由于a p g 工艺的特点所决定，a p g 模具必需符合以下 的要求 2 3 1 模具结构设计要合理 由于h a g 型环氧树脂自动凝胶液压成型机是单面运动的，而且左右合模板面积 大，上、下抽芯距离可调，注射方式有下抽芯注射和侧注射两种。所以a p g 模具在 总体设计、脱模方式、注射方式、取制片方式、嵌件安装、排气及溢胶方式等均要进 行仔细研究、摸索。 2 3 2 模具材科及表面质量 模具材料应具有耐磨性、热变性小、重复精度要高，表面具有一定的硬度、表面 光洁度要高，反复使用次数不得低予5 万次。其中在设计合理的情况下，尤其要重视 表面打磨技术，这决定了制品的外观。在内在质量相同的情况下，表面质量就是决定 市场的重要因索。而且模具表面一定要进行氮化处理。 2 3 ，3 模具设计要考虑环氧树脂和热变形预应力处理 a p g 技术用环氧树脂混合料体系具有一定的收缩率，采用不同性能的环氧树脂， 收缩率也会有变化，所以模具设计时一定要注意这方面的因素。另外，大型空腔模具 和各壁不均匀模具由于模具材料的热变形因素，热变形预应力处理显得十分关键。简 单说，一副大型模具在设备上安装合模加压后，如果四边没有一点缝隙，这不一定是 副可以使用的模具；如果局部略有缝隙，加热后检查这些缝隙都不存在了，这样的模 具才可以正常的生产正常生产的模具是在加温到位后，环氧树脂混合料具有一定注 i o 射压力后，基本不漏料，而且可以保持腔内环氧树脂的压力，这一定会生产出高质量 的制品。 2 4 热固性塑料注射成型原理 热固性塑料注射成型原理是将颗粒或粉状树脂注射料加入料筒内，通过对料筒的 外加热及螺杆旋转时注射料的摩擦热，对注射料进行加热，在温度不高的机简内先进 行预热塑化。是树脂发生物理变化和缓慢的化学变化而呈稠胶状，产生流动性，然后 用螺杆或柱塞在强大的压力下将稠胶状的熔融塑料通过料筒的喷嘴，注入模具的浇 口、流道并充满型腔，在高温高压下，进行化学反应，经一段时间的保压后，固化成 型，打开注射模，开模取出制品，即得到固化的塑料制品。热固性塑料的注射成型是 物理变化和化学变化的过程，而且是不可逆的 根据原料品种的不同而异，加热温度在料筒前段为9 0 ( 2 左右，但实际上由于物料 受螺杆剪切混炼作用摩擦生热，其温度会更高，而且螺杆背压提高，料温也会升高。 物料通过注射机喷嘴孔喷喷出时，由于剧烈摩擦料温可达1 1 0 - - - 1 3 0 0 ，模具温度通 常保持在1 4 0 一1 8 0 ，压力可达1 1 8 - - 2 3 5 m p a ，物料在此温度压力下迅速固化。 2 。4 1 热固性塑料注射成型工艺i 玛i 热固性塑料注射成型要考虑成型的三个方面：a 条件：热量、压力、时间；b 要素： 注射料、注射机、注射模具；c 要素：塑化、注入型腔、固化阶段。热固性塑料注射 成型工艺，同样也要兼顾这三个方面。 注射成型技术对所用的热固性塑料成型工艺性的基本要求是：在低温料筒内塑化 产物能较长时间保持良好的流动性，而在高温的模腔内能较快速反应固化。热固性成 型物料在机简内软化，注射入约1 5 0 ( 2 的热模具中进行固化。整个过程要着重防止机 筒内早期固化。这可以通过用水夹套控温、合理设计螺杆及模具来满足成型工艺 热固性塑料注射成型过程可以分为； a 塑化阶段： 将线型的树脂在固化温度以下加热，使之转化为可以流动的流体。 b 成型阶段： 塑化的流体在一定的压力下充满型腔。 c 固化阶段： 已经成型的热固性树脂继续升温一段时间，分子链上的反应基团或是活性的吸收 大量的热后，开始活化，并在固化剂的参与下，发生大分子交联反应。 具体的热固性塑料注射成型工艺流程图2 5 所示 热固性塑料的注射成型过程，像热塑性塑料一样，要经历塑化、造型和定型三个 大的阶段，在注射机的成型动作、成型步骤和操作方式等方面，均与热塑性塑料的注 射成型相似，但在工艺控制上有较大的差别。 l i 热固性塑料注射成型工艺条件控制要求较高，热固性注射料在成型工艺经过塑化、 注射充模和固化三个过程，为了保证注射成型在生产中顺利进行，必须选择最佳成型 条件。 各种热固性塑料注射 成型条件如下图2 1 ： 甲i 科翻1 罕科i im 开始i 1 l i i i 预塑化i ii 预塑il 料筒注射前 il， 向 商i 冈一 j r l 二二二_ j7 u 注射及保压 幌只欲仟坝积l7 j 捆敢仟i7 i 动模支座前 上 臣化l旧1 阳卜卜l i f| f 制件取出及整理固化反应 料筒注嘴后退 - + 1 料筒再次预热p - l 1 l 清理模具 图 开模l 一项出塑件 一塑件整理 0 清理模具 图2 4 热固性塑料注射成型工艺流程图 表2 1 几种环氧树脂的技术指标 模具温 料筒温度， 注射压螺杆固化时背压喷嘴温注射保压 名称 度， 前后 力，m h转速问，i，胁度，时间，i时同，3 7 5 一l o 酚醛1 6 扣1 6 94 0 - - 5 09 8 - 1 4 74 0 - 8 01 5 5 00 - 0 4 99 0 1 0 02 一1 03 1 5 0 环氧树腊1 5 0 l ，1 7 08 0 - 9 0 3 04 0 4 9 - 1 1 83 0 - 6 0 6 0 讳o 7 s 8 m 踟 邻苯二甲 1 6 0 1 7 58 0 - 9 03 0 - 4 0 4 9 1 4 73 3 二烯丙酮 不饱和聚 1 7 0 一1 9 07 0 - - 8 03 0 - 4 04 9 - 1 4 73 0 嵋o6 0 - 8 0 酯 l o o o 聚酰亚胺 1 7 0 2 0 03 0 - 5 04 9 - - 1 4 73 6 0 舯1 2 02 0 3 0 8 0 i o0 1 9 6 - - 三聚氰胺 1 5 扣l 4 5 - 6 55 争4 暑4 0 - 5 02 0 7 08 5 好3 一1 25 - - 1 0 5 0 4 9 屎甲醛1 4 0 - 1 6 07 0 - - 9 54 0 - - 5 06 0 - 7 84 0 - 5 01 5 - 4 00 - - 0 2 97 5 - 9 53 一s5 2 4 2 热固性塑料注射成型设备i 玛l 热固性塑料注射机有螺杆式和柱塞式，且螺杆式在逐年增多，其结构特点主要表 现在塑化部件上，热固性塑料在塑化过程中要求： 乱不能对塑料产生过大的剪切作用： b 尽量缩短物料在机筒内的停留时间； c 能准确控制预塑化温度 为实现这些目标，热固性塑料注射成型机的螺杆结构和料筒的加热冷却结构有其 独特之处，日本、美国、德国、奥地利和意大利等国都有系列制造热固性塑料注射成 型机，最大已经到l k t 级锁模力以上，欧洲大多制造专用的热固性塑料注射成型机， 美国则倾向于制造兼用机，即通过更换料。筒、螺杆和模具中的个别部件，即可用于 热塑性塑料的注射成型，也可用于热固性塑料的注射成型。热固性塑料注射成型机与 热塑性注射成型机的不同，主要表现在以下几个方面。 1 3 表2 2 热固性塑料与热塑性塑料注射成型机的主要不同 区别热固性塑料注射成型机 螺杆螺杆无3 段之分，是等距等深无压缩螺杆，螺杆长径比小， l d = 1 4 - - 1 6 ，螺杆顶部不设逆环，螺杆头为锥形结构 料筒的加热方式热固性塑料的螺杆预塑化温度一般在9 0 左右，比热塑性塑 料低得多，所以，热固性塑料注射机料筒设计、温控装置与热 塑性注射机相应不同 合模方式热固性塑料注射成型机的模具需要加热至1 6 0 - - 2 0 0 ，温度 较高，由于加热后模具热膨胀，而且热固性塑料注射模具通常 有开幕放气的工序，所以合模方式多数使用液压或两步式。 2 5 影响热固性塑料的成型因素及缺陷分析【7 5 】 热固性塑料注射成型在应用操作过程中涉及到“料、模、机、艺”4 个相互关联 的方面，正确协调运用各方面的参数可以产生出合格的产品。可能出现的问题及解决 方法参见下表； 表2 3 熟固性注射件的疵病及解决方法 疵病种类疵病原因解决方法 熔接痕1 注射压力低，注射速度慢，注射1 提高注射压力，提高注射速度， 料流动性差。用流动性好的注射料。 2 模温高，熔料温度高；2 降低模温，降低熔料温度 3 开排不利3 。开排气槽 4 浇口位置不当。4 改变浇口位置 烧焦或变色1 注射料流动性差1 用流动性好的注射料 2 料筒温度和模具温度高2 降低料筒温度和模具温度 3 注射压力高3 降低注射压力 4 浇口截面积小4 扩大浇口截面积 有流动纹路1 注射速度不当1 改变注射速度 2 模具温度高2 降低模具温度 3 制品壁薄3 增加壁厚 4 料筒温度低4 提高料筒温度 5 模具浇口位置不当5 改变模具浇口位置 1 4 表面有空隙1 注射压力低1 提高注射压力 2 注射料不足2 增加注射料量 3 排气不利3 排气槽排气 4 料筒温度、模具温度高4 降低料筒温度、模具温度 水迹凹痕 1 合模力和注射压力小1 增加合模力和注射压力 2 注射科不足2 增加注射料量 3 保压时间不足3 延长保压时间 4 原料水分含量大4 用湿度小的原料，烘干原料 5 模具温度高5 降低模具温度 6 排气槽过深6 减小排气槽深度 表面划痕1 模具划伤制品表面1 清理模具成型面，提高光洁度 2 原料内有杂质2 清除原料内杂质 3 脱模斜度不够3 增加脱模斜度 4 电镀层剥落，造成成型面粗糙4 重新电镀电镀层 5 热压时间不足5 延长热压时间 壁厚不均匀1 型腔与型芯的位置偏差1 调整型腔与型芯的位置，使均匀 2 浇口位置不当2 调整浇口的位置 3 注射压力太高，或型芯的强度不3 降低注射压力及增加型芯的强度 够，型芯被物料冲歪 表面斑点 l 。原料内有杂质1 清除原料内杂质 2 脱模剂品种或用量不当2 调整脱模剂品种或用量 3 模具上有杂质3 清理模具，提高光洁度 白斑点1 物料流动性差1 用流动性好的氨基注射料 2 模具温度、料筒温度高或热压时2 降低模具、料筒温度或缩短熟压 间长，导致成型温度高 时间 3 料筒内层料有杂质 t 3 清理料筒内层料 翘曲或变形1 原料水分含量大1 用水分少的原料，烘干物料 2 热压时间短2 增加热压时间 3 塑料的壁厚不合适，太厚或太薄3 重新设计制品壁厚 4 塑件出模后，急速冷却4 塑件出模后缓慢冷到室温 内应力裂纹1 原材料水分含量大 1 用水分少的原料，烘干物料。 2 保压时间短2 增加保压时间 3 模具温度高3 适当降低模具温度 4 塑件出模后急速冷却。 4 塑件出模后缓慢冷却到室温。 5 注射速度过高 5 降低注射速度。 主流道粘模1 热压时间短1 延长热压时间 2 定模温度低2 提高定模温度 3 浇口套小端孔径小于喷嘴孔径3 扩大浇口套小端孔径使大于喷嘴 4 主流道斜度不够孔径 5 主流道与喷嘴之间泄料4 增加主流道斜度 6 主流道下端没有拉料杆5 防止主流道与喷嘴之间泄料 6 主流道下端设拉料杆 嵌件歪斜、变1 物料流动性差1 用流动好的料 形2 注射压力过高2 降低注射压力 3 注射速度过高3 降低注射速度 4 嵌件放置不稳4 稳定嵌件位置 表面灰暗1 模温高1 降低模温 2 模具成型面有杂质2 清洁模具成型面，提高模具光洁 3 料量不足度 4 排气不利3 增加料量 5 原料含水分4 开排气槽 5 烘干原料，减少湿度 飞边多1 物料过多1 减少料量 2 合模力不够2 增加合模力 3 注射压力过高3 降低注射压力 4 分型面有间隙4 修磨分型面，使闭合严密 5 配合部分有间隙5 减少各配合部件的间隙 6 模温或物料流动性好6 降低模温，或用流动性稍差的料 起泡1 模具温度或料筒温度高，使物料1 降低模温或料筒温度 温度高2 提高注射压力 2 注射压力低3 增加热压时间 3 热压时间短4 增加进料量 4 加料量不足5 扩大浇口截面 5 浇口截面过小6 开排气槽 6 排气不利7 烘干物料，较少水分，或换水分 7 材料中水分及挥发物含量太大少的物料 8 模具受熟不均匀8 重新设计模具冷却加热系统，佼 模具均匀受热 1 6 脱模时变形1 模温过低1 提高模温 2 热压时间不足 2 增加热压时间 3 注射压力过高3 降低注射压力 4 脱模斜度不足4 增加脱模斜度 5 模具成型面不光洁5 清洁模具，提高模具成型面光洁 6 脱模力布置不均匀 度 6 均衡布置脱模力 制件局部缺1