高分子材料加工

高分子材料加工第一页，共五十一页，编辑于2023年，星期二1．成型过程(热固性材料)将已加热到成型温度的模腔中加入物料、闭模加热加压、定型固化、脱模取出制品从工艺角度看,上述过程可分为三个阶段：流动阶段、胶凝阶段、硬化阶段2.适用对象①几乎所有热固性塑料。常见的有酚醛、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烯和PVC唱片生产；②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③无翘曲变形的薄壁平面热塑性塑料制品。5.1概述第二页，共五十一页，编辑于2023年，星期二3.优点压力损失小，多用以成型大型平面制品及多型腔制品；材料取向小；无流道及浇口，材料浪费少；适用的材料广泛（可成型带碎屑状、片状及纤维状填料制品）设备投资少，工艺简单，易操作；4.缺点固化时间长，生产效率低；精度不高；合模面处易产生飞边；对形状复杂或带嵌件的制品不易成型；自动化程度低。第三页，共五十一页，编辑于2023年，星期二模压成型与注射成型相比，(1)生产过程控制、使用的设备和模具较简单;(2)较易成型大型制品。(3)缺点是生产周期长，效率低，尺寸准确性低。用于机械零部件、电器绝缘件、交通运输、日常生活用品的成型。工艺过程：原料的准备模压预压（热固性塑料）预热（热固性和热塑性塑料）第四页，共五十一页，编辑于2023年，星期二第五页，共五十一页，编辑于2023年，星期二5.2预压1.概述将松散的粉状或纤维状的热固性塑料预先用冷压法（模具不加热）压成质量一定，形样规整的密实体的作业，称为预压。所压的物体称为预压物、压片、锭料或形坯。预压物的形状有圆片、圆角或腰鼓形的长条、扁球、与制品形状相仿、空心体和双合体等。各有优缺点。第六页，共五十一页，编辑于2023年，星期二2.预压的优点(1)加料快，准确而简单；以避免加料过多或不足时造成废品；(2)降低塑料的压缩率，减小模具的装料室、简化模具的结构；(3)避免压缩粉的飞扬、改善劳动条件；(4)预压物中空气含量少，传热加快，缩短了预热和固化时间，并能避免制品出现较多的气泡，有利于提高制品的质量；(5)便于运转；(6)改进预热规程；(7)便于模压较大或带有精细嵌件的制品。第七页，共五十一页，编辑于2023年，星期二3.局限性(1)如果生产效率低，则生产成本高；(2)不适于松散度大的长纤维塑料；(3)不适于结构复杂、混色斑纹制品。第八页，共五十一页，编辑于2023年，星期二5.2.1压缩粉的性能对预压的影响1.水分水分含量少，不利于预压；水分含量过大，则不利于模压，导致性能劣化。2.颗粒均匀度大小相间适宜。如大颗粒多，则预压物含孔隙多，强度低；细小颗粒多，则加料装置易阻塞，易封入空气，易在阴阳模中造成销塞。第九页，共五十一页，编辑于2023年，星期二3.倾倒性以120g压缩粉通过标准漏斗（圆锥角60º，管径为10mm）的时间来表示。倾倒性为25～30s最好。4.压缩率------一般选择3.0左右。5.润滑剂利于脱模，外形完美，但含量多，对制品的力学强度不利。第十页，共五十一页，编辑于2023年，星期二6.温度、压力对不易在室温下预压的，温度可提高到50～90℃，压力控制在预压物密度在制品最大密度的80％，一般为40～200MPa，视压缩粉性质和预压物的形状和尺寸而定。第十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期二5.2.2预压的设备和操作1.压模压模共分上阳模、下阳模和阴模三部分。第十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期二2.预压机偏心式压机旋转式压机液压式压机吨位（KN）100～60025～35生产效率高每分钟压次（次/min）8～80250～1200计量准确操作方便每次预压物个数（个/次）1～6适用制品形状尺寸较大较小预压物松散性大塑料第十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期二5.3预热为提高制品质量和便于模压进行，须预热。作用干燥提供热料1.热固性塑料预热的优点(1)缩短闭模时间，加快固化速率，缩短模塑周期(2)增进制品固化的均匀性，提高制品物理力学性能(3)提高塑料的流动性，降低塑模损耗和废品率，减小制品的收缩率和内应力，提高制品因次稳定性和表面光洁度。第十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期二(4)降低模压压力第十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期二2.预热规程的确定在既定的预热温度下，找出预热时间与流动性的关系曲线，根据曲线定出预热规程。在规定温度180±10℃下，最大流动性的时间为5～7min，因此可将预热规程定为此温度和时间。第十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期二第十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期二3.预热方法(1)热板加热(2)烘箱加热(3)红外线加热连续式、间歇式使用方便、设备简单、成本低、温度控制灵活；缺点：受热不均，易于烧伤表面。发展远红外加热(4)高频电热加热极性分子塑料高频电场作用，分子取向改变，由内摩擦而生热塑料各部分温度同时上升。第十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期二5.4压缩模塑用的设备1.压机作用：通过塑模对塑料施加压力，开闭模具和顶出制品。工作参数：公称重量、压板尺寸、工作行程、柱塞直径。决定压机能模压制品的面积、厚度以及最大模压压力。第十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期二(1)上动式液压机压机的主压筒处于压机的上部，其中的主压柱塞是与上压板直接或间接相连的。下压板是固定不动的。模具的阴阳模分别与上下压板固定，依靠上压板的升降即能完成模具的开闭和对塑料施加压力等基本操作。第二十页，共五十一页，编辑于2023年，星期二(2)下动式液压机压机的主压筒设在压机的下部，其装置恰好与上动式压机相反。制品在这种压机上的脱模一般都靠安装在活动板上的机械装置来完成。第二十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期二模具

—由阴阳模组成按结构特征分为三种：

溢式

不溢式

半溢式配合：无，导柱定位较紧密单侧间隙0.07~0.08mm阴模上部略向外倾斜约3度单侧间隙0.025～0.075mm加料室：无有有，上壁做成15～20度锥度加料量：不准确，稍过量加料准确（称量法）稍过量制品性能：外形简单，质量不高。无明显毛边，高度可较大。料从非配合面溢出，有水平飞边，尺寸大，外形复杂，压缩率大的制品精度较好。2.塑模第二十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期二(1)溢式塑模主要结构：包括阴阳模两部分。特点：制造成本低廉；操作简单；宜于模压扁平或近于碟状的制品。对所压塑料的形状无严格要求，只要压缩率较小即可。第二十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期二用过量料，阴阳模闭合时，从溢料缝溢出，成为毛边。(2)不溢式塑模特点：不让塑料从型腔中外溢和所加压力完全座落在塑料上。适于：流动性差、压缩率大、牵引度较长的制品。制品质量均匀密实，无显著溢料。第二十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期二缺点：不利于排气，需延长固化时间。(3)半溢式塑模（a）无支承面与不溢式塑模相似，阴模略向外倾斜，形成溢料槽。加料方便，制品尺寸准确，质量均匀密实。第二十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期二（b）有支承面除设装料室外，与溢式模相似。特点：可以采用压缩率较大的塑料；可模压带小嵌件的制品。缺点：不宜模压抗冲击性较大的塑料，易积留在支承面上，形成较厚毛边。第二十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期二安装嵌件、加料、闭模、排气、固化、脱模、模具清理、后处理。1．安放嵌件2．加料3．闭模：阳模未触及物料前要快；触及物料后要放慢速度4.排气：闭模后需再将塑模松动少许时间，以便排出其中的气体。一般一到两次，20s/次。5.固化：热固性塑料依靠在型腔中发生交联反应达到固化定型。6.脱模：一般是靠推顶杆完成，带嵌件的制品要先用专用工具将成型杆件拧脱，再行脱模。7.清理模具型腔：用钢刷或铜刷刮去残留塑料，并用压缩空气吹净。8.后处理5.5模压过程和操作方法第二十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期二1.嵌件的安放作为制品中导电部分或使制品与其它物体结合用的，如：轴套、轴帽、螺钉和接线柱等。埋入部分的外形采用：滚花、钻孔、棱角、型槽。用手或专门工具安放：安放正确、平稳，可用浸胶布或垫圈。①埋入塑料的部分要采用滚花、钻孔或设有凸出的棱角、型槽等以保证连接牢靠②安放时要正确平稳③嵌件材料收缩率要尽量与塑料相近基本要求：第二十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期二2.加料型腔数小于6个，预压物可以用手加，粉料或粒料可用勺加；型腔数大于6个，需用加料设备。加入模具中的塑料按其在型腔中的流动情况和各部位需用量的大致情况合理堆放。采用粉料或粒料时，宜堆成中间稍高的形式，便于空气排放。加料量影响制品的密度和尺寸。加料量多，制品毛边厚，尺寸准确性差，难以脱模，可能损坏模具。第二十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期二加料量少，制品不紧密，光泽差，缺料产生废品。加料的定量方法：重量法：准确，但麻烦；容量法：操作方便，但准确性差；计数法：只用于预压物。第三十页，共五十一页，编辑于2023年，星期二3.闭模加料完成后，即使阳模和阴模相闭合。合模时先用快速，待阴、阳模快接触时改为慢速。先快后慢的操作法有利于缩短非生产时间，防止模具檫伤，避免模槽中原料因合模过快而被空气带出，甚至使嵌件移位，成型杆或模腔遭到破坏。待模具闭合即可增大压力（对原料加热、加压）第三十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期二4.排气排出水分和低分子挥发物及模内空气等。在塑模的模腔内塑料反应进行适当时间后，可卸压松模排气很短时间。排气操作作用：缩短固化时间；提高制品的物理机械性能；避免制品内部出现分层和气泡。但排气过早达不到排气目的；排气过迟则因物料表面已固化气体排不出。第三十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期二5.固化热固性塑料的固化是在模压温度下保持一段时间，使树脂的缩聚反应达到要求的交联程度，使制品具有所要求的物理机械性能为准。固化速率不高的塑料也可在制品能够完整地脱模时固化就暂告结束，然后再用后处理来完成全部固化过程，以提高设备利用率。模内固化时间通常为保温保压时间，一般30s至数分钟不等，多数不超过30min。固化时间决定于塑料的种类、制品的厚度、预热情况、模压温度和模压压力等。第三十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期二过长或过短的固化时间，对制品性能都有影响。6.脱模脱模通常是靠顶出杆来完成的。带有成型杆或某些嵌件的制品，应先用专门工具将成型杆拧脱，而后进行脱模。7.塑模的清理脱模后，通常用压缩空气吹洗模腔和模具的模面。如果模具上的固着物较紧，还可用铜刀或铜刷清理，甚至用抛光剂试刷等。第三十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期二8.后处理为进一步提高制品的质量，热固性塑料制品脱模后，也常在较高温度下进行后处理。后处理能使塑料：固化更趋完全，同时减少或消除制品的内应力，减少制品中的水分及挥发物等，有利于提高制品的电性能及强度。在一定环境或条件下进行，所不同的仅是处理温度不同而已。一般处理温度约比成型温度高10~50℃。第三十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期二5.6模压成型的控制因素(14)热固性树脂在成型加工过程中，不仅有物理变化，而且还进行着复杂的化学交联反应。1.模压压力(1)模压压力：是指模压时迫使塑料充满型腔和进行固化而由压机对塑料所加的压力。不考虑压机的摩擦损失：Pm:模压压力；G：压机的公称重力；A：阳模与塑料接触部分的投影面积。第三十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期二考虑压机的摩擦损失：PL:压机实际使用的液压压力；R：主压柱塞的半径；(2)模压压力对塑料性能的影响（a）塑料在塑模中加速流动；（b）增加塑料的密实度；（c）克服树脂在缩聚反应中放出的低分子物及塑料中其他挥发分所产生的压力，避免出现肿胀、脱层等缺陷；（d）使模具紧密闭合，从而使制品具有固定的尺寸、形状和最小毛边；第三十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期二（e）防止制品在冷却时发生形变。塑料在整个模塑周期内所受压力与塑模类型有关，并不一定都等于Pm。(3)影响模压压力的因素（a）压缩率高的塑料，通常比压缩率低的塑料需要更大的模压压力；（b）预热的塑料所需的模压压力均比不预热的小；（c）在一定范围内，提高模具温度有利于模压压力降低；（d）其他条件不变，制品深度越大，所需的模压压力也应越大；第三十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期二（e）制品的密度随模压压力的增加而增加，但是有限。2.模压温度模压温度：指模压时所规定的模具温度，并不等于模具型腔内塑料的温度。模压温度是使热固性塑料流动、充模、并最后固化成型的主要原因，决定了成型过程中聚合物交联反应的速度，从而影响塑料制品的最终性能。第三十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期二模压温度对制品性能的影响：（1）温度升高，加速热固性塑料在模腔中的固化速度，固化时间缩短。高温有利于缩短模压周期；（2）过高温度，会因固化速度太快而使塑料流动性迅速降低，引起充模不满，特别是形状复杂、壁薄、深度大的制品；（3）温度过高，能引起色料变色、有机填料等分解，使制品表面暗淡；第四十页，共五十一页，编辑于2023年，星期二（4）高温下，外层固化比内层快，以至内层挥发物难以排除，会降低制品的机械性能，开启模具时发生肿胀、开裂、变形和翘曲等；（5）对厚制品来讲，降低温度下，延长模压时间。第四十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期二塑料种类模压温度℃模压压力MPa苯酚甲醛塑料145~1807~42三聚氰胺甲醛塑料140~18014~56脲甲醛塑料135~15514~56聚酯塑料85~1500.35~3.5聚邻苯二甲酸二丙稀酯塑料120~1603.5~14环氧塑料145~2000.7~14有机硅塑料150~1907~56呋喃塑料135~1500.69~3.45第四十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期二5.7废品类型、原因及其处理方法一般的产品检验标准：1.外观质量；2.内应力的有无；3.尺寸和相对位置的准确性；4.与成品有关的物理机械性能、电性能和化学性能等。不符合要求即可分为次品或废品。原因及处理方法见附录表7。第四十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期二5.8冷压烧结成型氟塑料，熔体在成型温度下具有很高的粘度，事实上难以熔化，不能用一般热塑性塑料的方法成型。只能用类似粉末冶金烧结成型的方法，通称冷压烧结成型。成型时，先将一定量的含氟塑料放入常温下的模具中，在压力作用下，压制成密实的形坯，然后送至烘室内进行烧结，冷却后即成为制品。第四十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期二1.冷压成型(1)过筛：一般20目(2)加料：需一次完成加料量，否则各次加料有界面，易在界面处开裂。(3)加压：在加料后立即加压。宜缓慢进行，严防冲击。升压速度，视制品的高度和形状而定。直径大而长的型坯，升压速度应慢，反之则快；模压压力为30~50MPa。第四十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期二压力过高，树脂在模内易滑动，产生内部裂纹；压力过低，制品内部结构不紧密，物理机械性能下降。较高的制品应上下同时加压。(4)保压：保压时间视制品情况而定。直径大：10~15min一般：3~5min(5)缓慢卸压：以免强烈回弹产生裂纹。(6)排气：型坯面积大的易裹入空气。(7)脱模：型坯强度低，需小心。第四十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期二2.烧结烧结：将型坯加热到树脂熔点（327℃）以上，并在该温度下，保持一段时间，以使单颗粒的树脂相互扩张，最后黏结熔合成一个密实的整体。烧结过程：(1)升温阶段：将型坯由室温加热至烧结温度。聚四氟乙烯的传热性能差，加热应按一定的升温