1、塑料成型共工艺第四章-压缩模塑作业选择一种高分子材料，分别从合成、结构与性能、加工方法、应用领域等方面进行论述，不少于3000字。发至：内容简介：模压成型主要用于热固性塑料制品的生产。成型经过加热使其熔化，加压充模，再经加热交联固化，脱模后即得制品。4.1 概述 4.2 预压 4.3 预热 4.4 压缩模塑用的设备 4.5 模压过程和操作方法 4.6 模压成型的控制因素 4.7 模压成型中易产生废品的类型，原因及其处理方法 4.8 冷压烧结成型本章重点：4.5 模压过程和操作方法 4.1 概述(summarize)1.模压成型的概念 又称压缩模塑或压制成型，这种方法是将粉状、粒状、碎悄状或纤维
2、状的塑料放入加热的阴模中，合上阳模后加热使其熔化，并在压力的作用下，使物料充满模腔，形成与模腔形状一样的模制品，再经加热或冷却，脱模后即得制品。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 成型热固性塑料：加热加压，熔融流动，充模，交联固化，开模取出制品。成型热塑性塑料：加热加压，熔融流动，充模，冷却，硬化定型。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，模压成型主要用于热固性塑料制品的生产。对于热塑性塑料也可以采用，如聚四氟乙烯生产，但由于生产效率低，很少采用。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
3、机外壳等 无翘曲变形的薄壁平面热塑性塑料制品 2.适用对象3.模压成型的原理 原料的准备：预热和预压 成型：嵌件安放、加料、闭模、排气、硬化、脱模、模具清理 后处理：热处理、机械加工、修饰、装配、检验4.模压成型的工艺5.模压成型的优缺点 优点 设备投资少，工艺简单，易操作；设备投资少，工艺简单，易操作；压力损失小，多用以成型大型平面制品及多型腔制品；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；材料取向小；无流道及浇口，材料浪费少；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适用的材料广泛（可成型带碎屑状、片状及纤维状填料制品 缺点缺点 固化时
4、间长，生产效率低；固化时间长，生产效率低；精度不高；精度不高；合模面处易产生飞边；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；对形状复杂或带嵌件的制品不易成型；自动化程度低。自动化程度低。6.模压产品实例Compression Molded PartsCompression Molded Parts聚四氟乙烯产品热固性塑料4.2 预压prepressing1.定义：将松散的粉状或纤维状的热固性塑料预先用冷压法（即模具不加热）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，也称为压片、锭料或形坯。2.要求：a.形状：无严格的限制，一般以能用整数而又能十分紧密的配入模
5、具中为最好。通常是圆片形、扁球形或与制品形状相仿等。b.密度：达到制品密度的80%。因为这种密度的预压物传热好，并有一定的强度，经得起运转。3.预压原因：主要是针对压缩率大、压缩模塑周期长、效率低的特点而采取的措施。4.作用：a.加料快、准确简单；b.降低了塑料的压缩率，从而减少了模具的装料室，简化了模具的结构。c.避免粉尘飞扬；d.预压物中的空气含量少，使传热加快，缩短加热和固化时间；e.便于运输；f.改善预热规程；g.便于成型较大或带有精细嵌件的制品。5.缺点：需要相应的工艺和设备，在压制复杂或混色斑纹的制品时还不如直接用粉状物料好。6.预压机压片原理 a.水分及挥发分含量：模塑粉中水分及
6、挥发分含量过高，不宜预压，会导致制品内出现气泡等缺陷。但模塑粉过于干燥也不容易制成预压物。b.粒度大小：制备预压物的塑料模塑粉颗粒最好粗细相间。如果大颗粒过多，制得的预压物比较松散；细小颗粒过多时，会造成加料装置堵塞，并将过多的空气封入预压物中。c.压缩率：模塑料压缩率太大，预压不方便；太小时又失去预压的意义。合适的压缩率一般为3左右。d.润滑剂：润滑剂的存在对预压物有利，但其含量过多，特别是外润滑剂含量过大，会积存在预压物表面，造成制品在预压物与预压物之间的机械强度降低。e.温度：一般预压是在室温下进行的，有时需稍微升高物料温度，这时物料内部会发生部分或轻微的化学变化(如凝胶化)，物料的流动
7、性因此降低f.压力：以预压物的密度达到制品密度的80为适宜。约40200MPa7.压缩粉的性能对预压的影响8.预压的设备和操作 预压的主要设备是压模和预压机压模：上下阳模和阴模组成 预压机：压 机 形 式结 构（带动阳模的方式不同）特 点偏 心 式100-600KN冲 压 机8-60次/min，1-6个/次压力大（可压制大制品）效率较低旋 转 式25-35KN连 杆 式250-1200个/min压力小，效率高（小制品）液 压 式高压力液 压 式结构简单、紧凑；计量准确，操作简单，松散性较大的物料4.3 预热 Preheating 为了改善物料的成型性能及除去多余的水分和挥发分，对预压物进行加热
8、处理 热塑性塑料进行预热的主要目的是除去物料中多余的水分和其它挥发物质，因此，一般称其为干燥。热固性塑料加热的主要目的是为了改善物料的成型性能，称为预热。1作用 缩短成型周期缩短成型周期 （缩短闭模时间和加快固化速率）（缩短闭模时间和加快固化速率）增进制品固化的均匀性，提高制品的物理、力学性能增进制品固化的均匀性，提高制品的物理、力学性能（10%10%），改善电性能。，改善电性能。提高塑料流动性，降低制品的废品率，减少制品的收缩率和提高塑料流动性，降低制品的废品率，减少制品的收缩率和内应力，提高光洁度。内应力，提高光洁度。降低模压压力降低模压压力 （可用较小吨位的压机模压大的制品）。（可用较小
9、吨位的压机模压大的制品）。2预热工艺温度范围塑塑 料料预热温度预热温度/预热时间预热时间s s 酚醛塑料酚醛塑料 90-120 90-120 6060脲醛塑料脲醛塑料 60-100 60-100 4040三氰胺甲醛塑料三氰胺甲醛塑料 60-100 60-100 6060聚邻苯二甲酸乙烯丙酯聚邻苯二甲酸乙烯丙酯塑料塑料 70-110 70-110 3030环氧塑料环氧塑料 60-90 60-90 3030不饱和聚酯塑料不饱和聚酯塑料 55-60 55-60-3.预热规程：以流动性为参照标准 例：酚醛塑料：温度18010 0-4min上升，4-8min变化不大，大于8min下降。规程为18010
10、和5-7min 4预热方法 热板加热热板加热 烘箱加热（料层不要超过烘箱加热（料层不要超过2.5cm2.5cm，加热均匀）加热均匀）红外线加热红外线加热 高频加热（不宜加热水分含量大高频加热（不宜加热水分含量大的物料和非极性物料）的物料和非极性物料）4.4 压缩模塑设备 4.4.1.压机 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 1.公称吨位：表示压机的总压力。G=（D2/4）（P/1000）P：油泵最大输出压力 D：主机柱塞直径 油压机的实际吨位一般是公称吨位的80%90%。原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。2.压板尺寸：确定
11、压模外形尺寸（长、宽）。3.工作行程：柱塞上下运动距离，决定压模的厚度（高）。4.电热功率：确定成型加工最高温度。上动式液压机1一柱塞2一压筒3一液压管线4固定垫板5活动垫板6一绝热层7一上压板8一拉杆9一下压板l0机座5.压机的分类（1）形式:上动式和下动式液压机（2）结构组成：上、下压板，固定（活动）垫块，柱塞（主机筒）。（3）上动式 特点：下压板固定，上压板与主柱塞连并上下运动；顶出机构由位于下部机座内的顶出活塞带动 压机 Press下动式特点下动式特点:上压板固定，主柱塞位于下压板下并与之上压板固定，主柱塞位于下压板下并与之相连；脱模一般由安装在活动板上的机械装相连；脱模一般由安装在活
12、动板上的机械装置完成置完成 阳、阴模分别装在上、下压板上阳、阴模分别装在上、下压板上4.4.2.模具Compression Molds 压缩模由阴阳模组成，按结构特征分为三种：溢式 不溢式 半溢式 成本低，操作容易，适合用于模压扁平状或近90碟状制品，制品精度不高，制品带有毛边外观较差。溢式塑模示意图 1上模板 2组合式阳模 3导合钉 4阴模5气口 6下模板 7推顶杆 8制品 9溢料缝PartUpper MoldLowerMoldHorizontalFlash1.溢式压模Flash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PartUpper MoldLowerMoldSm
13、all Gap(no flash)2.不溢式压模Positive 特点：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，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。优点：没有溢料痕迹，制品的外观较好。缺点：a.模具结构复杂，要求尺寸准确，造价高；b.易磨损，阴阳模之间有一定配合，影响模具寿命。无支承面半溢式塑模示意图1一阳模2一溢料槽3制品4一阴模A段为平直段PartUpper MoldLowerMoldHorizontal LandSeparated Flash3.半溢式模具Semipositive三种结构模具的比较 溢式 不溢式 半溢式配合：无
14、导柱定位 较紧密单侧间隙0.070.08mm 阴模上部略向外倾斜约3度 单侧间隙0.0250.075mm加料室：无 有 有，上壁做成1520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4.5 模压过程和操作方法 模压过程：预压型坯 预热压模 预热嵌件 称料 预热型坯 脱模取件 固化 排气 闭模 装料 安放嵌件 整形 清理模具 退火 修饰抛光 特殊处理4.5 模压过程和操作方法1、嵌件的安放 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埋入塑
15、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 安放时要正确平稳安放时要正确平稳 嵌件材料收缩率要尽量与塑料相近嵌件材料收缩率要尽量与塑料相近 2、加料 加料方法：重量法，容量法，计数法。加料方法：重量法，容量法，计数法。3、闭模 阳模未触及物料前要快，触及物料后要放慢速度，防止粉末冲击型腔或空气排不阳模未触及物料前要快，触及物料后要放慢速度，防止粉末冲击型腔或空气排不出而形成高压影响嵌件的定位。出而形成高压影响嵌件的定位。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1-21-2次，几秒十几次，几秒十几秒秒
16、/次次 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的目的热固性塑料依靠在型腔中发生交联反应达到固化定型的目的 （可半固化）（可半固化）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的塑料，并用压缩空气吹净。用钢刷或铜刷刮去残留的塑料，并用压缩空气吹净。4.6 模压工艺条件的控制模压温度、模压压力和时间 4.6.1 模压压力使模塑料完全充满型腔所施加的必要压力，用塑件在垂直压力方向上单位面积所受的力表示 其中Pl为压机表压，R为主柱塞半径，A为阳
17、模与塑件接触部分的投影面积 1.作用：a.使塑料在塑模中加速流动；b.增加塑料的密实度；c.克服树脂在交联反应之中放出的低分子物以及其它挥发物所产生的压力，避免出现肿胀和脱层缺陷；d.紧密闭合模具，使制品具有固定的尺寸、形状和最小毛边；e.防止制品在冷却时发生变形。ARPPlm/24.6 模压工艺条件的控制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
18、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。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。4.6 模压工艺条件的控制3.压机的吨位与表压：G有=APmn/1000=(0.80.9)G 例：若采用单型腔不溢式压模，用酚醛压缩粉模压如下图所示的制品时，应采用多大吨位的液压机？解：A=62=113 cm2 n=1,Pm=275 kgf/cm2 G有=1132751/10
19、00=31 吨 31/0.8=38 吨 根据计算，可选用45吨的液压机 4.6 模压工艺条件的控制 因为压机规格是系列化的：25 45 65 100,如果压机选定了，而且模压时使用的液压又没有达到压机规定的最高压力，这时可通过模压压力来计算油压机的表压。Pg/Pm=Am/R2=4Am/D2 Pg：油缸的油压，即表压 R、D：分别是主油缸柱塞的半径和直径 Am：模具型腔在受力方向上投影面积 4.6 模压工艺条件的控制4模压压力的变化规律与采用的模具类型有关(1)溢式模具阳模触及物料 溢料开始 粘度高到不再溢料 固化卸压(固化是在不等压的条件下进行)（2）不溢式模具.压力急剧上升到规定模压压力（体
20、积减小）；.之后（图中、）压力不变（先受热膨胀，体积增大，然后由于交联反应，处体积开始减小直至完全固化）.开模卸压（由于弹性回复，图中处体积增大）.制品恢复到常压（由于冷却，体积下降）固化是在等压下进行的4.6.2 模压温度Tm 模压温度：模压时规定的模具温度1.作用：使物料熔融流动充满型腔；提供固化所需热量。2.调节和控制Tm的原则：保证充模固化定型并尽可能缩短模塑周期3.温度对流动性的影响：一般模压温度越高，模塑周期越短对于厚壁制品，应适当降低模压温度，以防表面过热，而内部得不到应有的固化与物料是否预热有关，预热料内外温度均匀，塑料流动性好，模压温度可比不预热的高些其它影响因素还有如材料的
21、形态、成型物料的固化特征等，应确保各部位物料的温度均匀，一般温差控制在 5 内）4.Tm控制的原则塑料种类塑料种类模压温度模压温度模压压力模压压力MPa苯酚甲醛塑料苯酚甲醛塑料145180742三聚氰胺甲醛塑料三聚氰胺甲醛塑料1401801456脲甲醛塑料脲甲醛塑料1351551456聚酯塑料聚酯塑料851500.353.5聚邻苯二甲酸二丙稀酯塑料聚邻苯二甲酸二丙稀酯塑料1201603.514环氧塑料环氧塑料1452000.714有机硅塑料有机硅塑料150190756呋喃塑料呋喃塑料1351500.693.45常用塑料的模压工艺 指熔融体充满型腔到固化定型所需时间.一般提高模温，可缩短模压时间
22、;Tm不变，壁厚增加，时间延长.另外,还受预热、固化速率、制品壁厚等因素影响 通常，模压压力、温度和时间三者并不是独立的，实际生产中一般是凭经验确定三个参数中的一个，再由试验调整其它两个，若效果不好，再对已确定的参数进行调整。4.6.3模压时间4.7 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 制品表面起制品表面起泡和内部鼓泡和内部鼓起起 、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
23、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、闭模时缓慢和加压模具具、物料先预热，改变加、物料先预热，改变加料方式料方式、改进加压装置、改进加压装置 制品欠压有制品欠压有缺料现象缺料现象 、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、
24、增加压力、增加压力、调节压力、调节压力、加速闭模、降低成型、加速闭模、降低成型温度温度4.7 模压成型不正常现象分析毛料（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，、彻底清理模具，保证闭模严密保证闭模严密、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、模具已坏或设计加工尺寸不准确尺寸不
25、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4.8 冷压烧结成型Sintering PTFE属直链状热塑性聚合物,但把它加热到结晶转化点(327)以上,只是形成无晶质的凝胶态,呈现出10101011PaS的极高熔体粘度而不能流动。所以不能用一般热塑性塑料通常的成型方法成型,而只能采用类似粉末冶金烧结成型的方法,即冷压与烧结相结合的加工方法。成型时，先将一定量聚四氟乙烯（悬浮聚合的树脂粉料）放入常温下模具中，在压力作用下（3050MPa）压制成密实的型坯，然后送至烘室内进行烧结，烧结温度一般为380400，保温一段时间后，冷却、启模得到所需制品。将粉状
26、塑料冷压成的半制品用加热方法使之熔结成整体的操作。但就其整体而言并未熔融。工艺过程：冷压制坯、坯件烧结、烧结物冷却 成型塑料：聚四氟乙烯，超高分子量聚乙烯，聚酰亚胺等难熔塑料。4.8.1 PTFE的成型工艺特性1、PTFE在熔融状态具有极高粘度,加热到415亦不会从高弹态变为粘流态;熔融粘度随剪切应力的增加而降低,显示出非牛顿流体的特性。2、PTFE是一种结晶型聚合物。直接影响制品结晶度的主要因素是成型时的烧结温度和时间。当温度超过327时,结晶区域即完全消失;当温度低于此温度时又复结晶。结晶度的大小与烧结后的冷却速度、相对分子量有关。因此,要获得良好的PTFE制品,必须严格控制烧结过程。3、
27、PTFE是一种纤维状的粉末,易于结块,应严加防范。4、PTFE导热系数小,传热差,烧结时必须注意控制升温速度。当温度达到400以上时,发生显著分解,放出如全氟异丁烯、四氟乙烯及令氟丙烯等有毒气体。因此,烧结时必须采取有效的通风措施和相应的劳动保护。5、PTFE受热膨胀和冷却收缩均比金属和大多数塑料大。制品冷至-180时收缩达2%,而从室温加热到260时,可膨胀4%,这在加工时应特别注意。4.8.2 冷压烧结工艺冷压制坯烧结冷却一、冷压制坯 PTFE及其与各种填充剂的混合料有良好的压锭性，在常温下可用高压制成各种形状的坯件。冷压时注意事项：1、模具的型腔尺寸以PTFE粉料的压缩比和烧结后的收缩率
28、为依据确定；2、PTFE在运输过程中易结块，使用前应破碎过20目筛；混合要求在 20下操作，以防止结团；3、粉料应一次加入，如果加压后再补料将会使制品在两次加料处开裂；4、加压的大小和速率 加压范围3050Mpa。如果树脂中加有填料，压力可适当增大，但是过大，树脂颗粒间易产生滑动，造成烧结后的制品产生裂纹；加压速度视制品尺寸不同有快速和慢速两个范围，慢速510mm/min用于压制截面尺寸大且厚的制件，快速1020mm/min用于压制小型制件。为使制件各部位压实程度一致，压力达到规定值后，保压一定时间，尺寸大的1015min，尺寸小的35min。慢慢卸压，避免型坯产生回弹出现裂纹。5、如果制件尺
29、寸较大，粉状料中将裹入过多空气，在冷压制坯过程中应注意排气，以免坯料产生夹层和气泡。6、冷压坯料只靠粉末颗粒界面挤压粘结在一起，故强度较低，脱模时应注意。二、烧结1、烧结原理 烧结是将冷压坯料加热到树脂熔点(327)以上，并在该温度下保持一段时间的过程。在这个过程中，颗粒间互相熔合，紧密地粘结在一起，制件因此获得了足够的强度。因为聚四氟乙烯是结晶型塑料，在烧结过程中，原来呈乳白色不透明的细小粉粒，随着温度升高而逐渐软化，直至温度高于其熔点后，变为透明或半透明体。利用观察到的这一转化可控制烧结终点。常用的烧结装置为普通烘箱和带有转盘的热风循环烧结炉。（1）升温 烧结温度应高于树脂熔点而低于树脂的
30、分解温度。对于热稳定性好的树脂，一般烧结温度在380400。热稳定性较差的树脂，烧结温度应低些，通常为365375。烧结温度提高，制品收缩率、气孔率因分解速率增加而增大。加热速率根据制件尺寸确定，太快易造成制件内生外熟，制件各部分升温历程不同(内部滞后于外部)，易产生内应力，严重时可引起制件开裂。大型及厚壁制件升温速度为3040/h，并且在材料线膨胀系数较大的温度（300340）下保温一段时间，以使制件各部分膨胀一致，减小造成内应力的可能性。小型及薄壁制件，加热速度可较快，约为80120h。2、烧结工艺（2)保温 为使坯料完全烧透，升温至烧结温度的坯料还需在此温度下保持一段时间，保温时间取决于
31、烧结温度、材料热稳定性及制件厚度(或高度)。保温时间的选择以不引起树脂降解，同时又保证制件烧透，尽量缩短成型周期为准。有资料介绍，保温时间可按每毫米厚度制件保温58min选取。也可以由窗口观察透明胶体的透明状况来决定,一般烧到全透明为止。在冷却过程中，聚四氟乙烯会出现结晶。制件的结晶结构及物理机械性能在很大程度上取决于冷却速度。大型厚壁制件及希望获得高结晶度的制件宜采用慢速冷却的方法，冷却速度范围为1524h，并在最大结晶速度温度下保持一段时间。小型制件冷却速度可在6070h。控制冷却速度应以保证制品不开裂变形为前提。烧结后的制品与预压坯料相比，在加压方向上约收缩35，而在垂直加压方向上约膨胀510。在采用冷压烧结方法成型其它材料制品时，应遵循与上述成型聚四氟乙烯制品同样的原则，合理选择各阶段的成型工艺参数。三、冷却
