压制成型

第三节压制成型压制成型是高分子材料成型加工技术中历史最久，也是最重要的方法之一，广泛用于热固性塑料和橡胶制品的成型加工。压制成型是指主要依靠外压的作用，实现成型物料造型的一次成型技术。根据成型物料的性状和加工设备及工艺的特点；压制成型可分为模压成型和层压成型两大类，前者包括热固性塑料的模压成型(即压缩模塑)、橡胶的模压成型(即模型硫化)和增强复合材料的模压成型，后者包括复合材料的高压和低压压制成型。压制成型的主要特点：需要较大的压力。加压目的：加速热固性塑料和橡胶成型时的物理化学变化，防止制品出现气泡，保证制品的质量。对于有些不饱和聚酯树脂的压制成型，因为没有低分子物析出，一般不用加压或仅需加少量的压力即可，这样的压制为低压成型或接触成型。模压成型是热固性塑料的主要成型工艺，通常称压缩模塑。其工艺过程是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，在加热和加压的条件下经过一定的时间，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。适用于模压成型的热固性塑料主要有酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂、有机硅树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺等。制品类型很多，主要有电器制品、机器零部件以及日用制品等。2、模压成型将粉状、粒状、碎屑状或纤维状的塑料放入加热的阴模模槽中，合上阳模加热使其熔化，并在压力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，脱模后就得到制品。3、层压成型以片状材料作填料，通过压制成型。将这种层压材料的成型方法称为层压成型。其填料通常是片状（或纤维状）的纸、布、玻璃布、木材厚片等。4、成型设备通常采用油压机或水压机进行成型。模压成型的主要设备是压机，通过模具对塑料施加压力，在某些场合下压机还可开启模具或顶出制品。压机的种类很多，有机械式和液压式。目前常用的是液压且多数是油压机。一、模压成型的工艺过程热固性塑料模压成型工艺过程通常由成型物料的准备、成型和制品后处理三个阶段组成1．计量计量主要有重量法和容量法。重量法是按重量计量，较准确，但较麻烦，多用在模压尺寸较准确的制品；容量法是按体积计量，不如重量法准确，但操作方便，一般用在粉料。2．预压在室温下将松散的粉状或纤维状的原料压成重量一定、形状规则的型坯的工序。预压作用：1)加料快、准确、无粉尘；2)降低压缩率，可减小模具装料室和模具高度。影响预压料质量的因素主要有模塑料的水分，颗粒大小，压缩率，预压温度和压力等。模塑料中水分含量太少不利于预压，过多会影响制品的质量。颗粒最好大小相同，粗细适度，因为大颗粒预压物空隙多，强度不高；细小颗粒过多时，易封入空气，粉尘也大。压缩率在3.0左右为宜，太大难于预压，太小则无预压意义；一般预压在室温下进行，如果在室温下不易预压也可将预压温度提高到50~90℃。预压物的密度一般要求达到制品密度的80％，预压时施加的压力一般在40~200MPa，其合适值随模塑料的性质和预压物的形状和大小而定。3、预热原料置于适当温度下加热一段时间，排出原料中的挥发物，缩短成型时间。热固性塑料在模压前进行预热有以下优点：1)加快塑料成型时的固化速度，缩短成型时间；2)提高塑料流动性，增进固化均匀性，提高制品质量，降低废品率；3)降低模压压力。预热的方法有多种，常用的有电加热、烘箱加热、红外线加热和高频电热等。4、模压模压包括以下几个步骤，加料、闭模、排气、固化、脱模冷。加料在模具内加入规定量的塑料，加量的多少直接影响到制品的密度和尺寸。闭模：加料完毕后闭合模具，操作时应先快后慢，即当阳模未触及塑料前应用高速闭模，以缩短成型周期．而在接触塑料时，应降低闭模速度，以免模具中嵌件移位或损坏型腔，有利于模中的空气顺利排除，也避免粉料被空气吹出，造成缺料。排气:在闭模后塑料受热软化、熔融，并开始交联缩聚反应，副产物有水和低分子物，因而要排除这些气体。排气不但能缩短硬化时间，而且可以避免制品内部出现分层和气泡现象。排气过早或过迟都不行，过早达不到排气目的，过迟则因塑料表面已固化气体排不出。排气的次数和时间应根据具体情况而定。保压固化排气后慢速升高压力，在一定的模压压力和温度下保持一段时间，使热固性树脂的缩聚反应推进到所需的程度。保压固化时间取决于塑料的类型、制品的厚度、预热情况、模压温度和压力等。对固化速率不高的塑料也可在制品能够完整地脱模就告保压结束，然后再用后处理(热烘)来完成全部固化过程，以提高设备的利用率。一般在模内的保压固化时间为数分钟。脱模冷却热固性塑料是经交联而固化定型的，固化完毕即可趁热脱模，以缩短成型周期。脱模通常是靠顶出杆来完成的。对形状较复杂的或薄壁制件应放在与模型相仿的型面上加压冷却，以防翘曲，有的还应在烘箱中慢冷，以减少因冷热不均而产生内应力。5制品后处理为了提高热固性塑料模压制品的外观和内在质量，脱模后需对制品进行修整和热处理。修整主要是去掉由于模压时溢料产生的毛边；热处理是将制品置于一定温度下加热一段时间，然后缓慢冷却至室温.这样可使其固化更趋完全，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，有利于提高制品的耐热性、电性能和强度。热处理的温度一般比成型温度高l0~50℃，而热处理时间则视塑料的品种、制品的结构和壁厚而定。二、模压成型工艺条件及控制热固性塑料在模压成型过程中，在一定温度和压力的外加作用下，物料进行着复杂的物理和化学变化，模具内物料承受的压力、温度以及塑料的体积随时间而变化。影响模压成型过程的主要因素是压力、温度和时间。1压力压力的作用：促使物料流动，充满模具型腔；增大制品的密度，提高制品的内在质量；克服物料在成型时缩聚反应中放出的低分子物及其他挥发分所产生的压力，从而避免制品出现肿胀、脱层等现象；使模具闭合，从而使制品具有固定的形状尺寸，防止变形等。模压压力取决于塑料的工艺性能和成型工艺条件。通常塑料的流动性愈小，固化速度愈大，压缩率愈大，模温愈高，及压制深度大、形状复杂或薄壁和面积大的制品时所需的模压压力就高。2模压温度模压温度是指成型时所规定的模具温度，对塑料的熔触流动和树脂的交联反应速度有决定性的影响。在一定的温度范围内，模温升高、物料流动性提高，充模顺利，交联固化速度增加，模压周期缩短，牛产效率高。但过高的模压温度会使塑料的交联反应过早开始和固化速度太快而使塑料的熔融粘度增加，流动性下降，造成充模不全。由于塑料是热的不良导体，模温高，固化速度快，会造成模腔内物料内外层固化不一，表层先行硬化，内层固化时交联反应产生的低分子物难以向外挥发，会使制品发生肿胀、开裂和翘曲变形，而且内层固化完成时，制品表面可能已过热，引起树脂和有机填料等分解，会降低制品的机械性能。因此模压形状复杂、壁薄、深度大的制品，不宜选用高模温。3．模压时间模压时间是指塑料从充模加压到完全固化为止的这段时间。模压时间主要与塑料的固化速度有关，而固化速度决定于塑料的种类。此外，与制品的形状、厚度、模压温度和压力，以及是否预热和预压等有关。模压温度升高，塑料的固化速度加快，模压时间减少。固化时间与制品厚度成正比，所以在一定温度下，厚制品所需的模压时间长。在一定的模压压力和温度下，模压时间是决定制品质量的关键因素。模压时间太短，塑料固化不完全，制品的物理机械性能差，外观无光泽，且容易出现翘曲变形等现象。适当提高模压时间，可减小制品的收缩率，而且其耐热性、物理机械性能和电性能均能提高。但如果模压时间过长，不仅生产效率降低，能耗增大，而且会因树脂过度交联而导致制品收缩增大，引起树脂与填料间产生较大的内应力，制品表面发暗、起泡，甚至出现裂纹，而且在高温下过长时间，树脂也可能降解，使制品性能降低。