第四章 模压成型

第四章模压成型第1页第四章第2页目录模压成型设备模压成型工艺过程模压成型的特点一二三产品实例四第四章第3页模压成型是高分子材料成型加工技术中历史最悠久，也是最为重要的一种工艺。模压成型的主要设备－压机，可分为上压式和下压式。模具可分为溢式、不溢式以及半溢式。模塑料加工性能参数主要有流动性、固化速率、成型收缩率和压缩率等。模压成型的工艺流程通常由成型前的准备、成型、后处理三个阶段组成。成型前的准备包括预热和预压；热固性塑料模压成型过程包括加料、合模、排气、固化和脱模等几个阶段；而后处理包括模具清理、产物后烘和修边。第四章第4页模压成型设备01压机上压式液压机下压式液压机02模具溢式压缩模不溢式压缩模半溢式压缩模第四章第5页模压成型的主要设备是压机，压机是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。压机有机械式和液压式，目前常用的是液压机。液压机是应用帕斯卡定律进行工作的压力机械，由小柱塞泵、工作油缸、上压板和管路构成的一个密闭系统。小柱塞油泵给油施力F1，油液产生压力P，根据帕斯卡定律，P将等值地传递到活塞上，由于活塞面积比小柱塞面积大得多，故所产生的力F2很大，利用F2给加热模具加压而成型制品。第四章第6页图1液压机的工作原理1.小柱塞2.活塞3.上压板4.模具5.工作台典型的液压机主要由机身（包括上、下横梁及立柱）、活动横梁、顶出机构、工作油缸、液压传动及电气控制系统等组成。液压机的结构形式也很多，主要可分为上压式液压机和下压式液压机。第四章第7页如图2所示，压机的工作油缸置于压机的上方，油缸活塞由上向下移动，下模板是固定的。模具的阳模和阴模可以分别固定在上、下模板上，靠上模板的升降来实现对模具的启闭。由于油缸置于压机的上方，工作台是固定的，装料可在工作台上进行，操作方便，容易实现快速下行。上压式液压机应用较为广泛，我国生产塑料液压机基本是这种类型的。1.主油缸2.主油缸活塞3.上梁4.立柱5.活动板6.上模板7.阳模8.阴模9.下模板10.机台11.顶出12.顶出油缸13.机座第四章第8页如图3所示，压机的工作油缸置于压机的下方，油缸活塞推动活动横梁上升，实现对模具的加压。下压式液压机的重心较低，稳定性好，油缸置于机身下部，制品可避免漏油的污染。层压塑料一般采用下压式液压机。1.固定垫板2.绝热层3.上模板4.拉杆5.活塞6.压筒7.行程调节套8.下模板9.活动横梁10.机座11.液压管线第四章第9页压机的主要参数是公称压力、柱塞直径、压板尺寸和工作行程。液压机的公称压力是表示压机压制能力的主要参数，一般用来表示压机的规格。公称压力p可按下式计算：式中D－油压柱塞直径，cm；PL－压机能承受的最高压力，MPa。模压制品的面积大小取决于压机的压板尺寸，安放的模具高度取决于压机的工作行程，这也决定了模压制品的最大厚度。22104DppL第四章第10页半溢式模具溢式模具不溢式模具结构特点第四章第11页溢式压缩模，又称为敞开式压缩模，结构如图4所示，是由阴模和阳模两部分组成。导合钉可以保证阴、阳模的准确闭合，推顶杆用来使制品脱模。但小型的溢式压缩模不一定有导合钉和推顶杆。在压制过程中，多余的塑料很容易顺着挤压边溢出，极易出现制品的水平飞边且很难去除。溢式压缩模结构简单，使用寿命长，操作容易，制造成本低，适合压制扁平盘状或碟状制品。此类模具适应性较好，一般可用于压制各种形状简单，厚度不大，对尺寸及强度方面要求不高的普通制品。对于薄壁或壁厚的均匀性有严格要求的、带片状或纤维填料的塑料制品不适合采用这类模具。因阴模较浅，也不宜压制收缩率很大的塑料。第四章第12页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－溢料缝图4溢式压缩模示意图第四章第13页使用溢式压缩模压制产品，每次加料量不必十分准确，但必须稍稍过量。多余的物料在模具闭合时，可从溢料缝溢出。溢料缝中积留的物料与模具内部的物料仍有连接，脱模后附在制品上成为毛边，后期必须去除。为避免溢料过多造成浪费，过量的物料不要超过制品重量的5%。由于溢料关系，压制时闭模不能太慢，否则溢料多而形成较厚的毛边，去除毛边增加生产成本，制品外观也会受影响。闭模也不能太快，否则溅出的物料较多，模压压力部分损失在模具的支撑面上，制品密度下降，性能受损。再者，每次加料量可能存在差别，成批生产时，制品的厚度和强度很难保证完全一致。第四章第14页半溢式压缩模，又称为半封闭式压缩模，兼具以上两类模具的结构特点。这类模具加料腔位于型腔上部，截面尺寸比型腔大，加料腔和型腔的交界处有环形挤压面。压制出的塑料制品密度和强度比溢式压模高，高度和尺寸容易得到保证。和溢式压缩模一样，使用寿命长。其加料腔截面的尺寸大使得塑料制品表面在顶出时不易被划伤。该类模具对加料量的控制也不必十分严格。第四章第15页（1）有支承面。这种模具除装料室外，与溢式压缩模相似。由于具备装料室，该模具可适用于压缩率较大的塑料。压制时，当阳模伸入阴模，溢料只能从阳模上开设的溢料槽中溢出。所以，物料的外溢在这种模具中是受到一定限制的。这种模具的特点是制造成本高，压制时物料容易积留在支承面上，从而导致型腔内的物料不能得到足够的压力。1.阳模2.制品3.阴模4.溢料刻槽5.支承面A段为装料室第四章第16页（2）无支承面。这种模具与不溢式压缩模很相似，所不同的是阴模在B段以上略向外倾斜，在阴、阳模之间形成一条溢料槽，多余物料可从溢料槽溢出。B段的长度一般为1.5～3.0mm。压制时，当阳模伸入阴模而未达到B段之前，物料仍可从溢料槽溢出，但会受到一定限制。阳模到达B段以后，情况与不溢式压缩模完全相同。这种模具有装料室，加料可稍微过量，而不必十分准确。这种模具压制的产品尺寸精确，均匀密实。模具的制造成本以及操作要求均较不溢式压缩模低。1.阳模2.制品3.阴模4.溢料刻槽5.支承面B段为平直段第四章第17页不溢式压缩模，又称为封闭式压缩模，结构如图5所示。这类模具具有加料腔，是型腔向上的延续。跟溢式压缩模不同的是它不具有挤压边，阳模与加料腔有高度很低的间隙配合。压制的时候多余塑料沿着配合间隙溢出导致制品产生垂直的飞边，但是易于去除。这类模具的特点是原料的溢出量极少，使模压压力全部施加在物料上，可压制高密度产品。此类模具适合压制形状复杂、壁薄、流程长且型腔较深的制品，也适用于压制流动性特别小、单位比压高、比容大的塑料（如酚醛布基填料的塑料）。而一些流动性好、可以以体积计量的塑料一般不采用这类模具。第四章第18页不溢式压缩模结构较复杂，制造成本高，要求阴模和阳模能够精确闭合。此类模具一般对阴模壁强度有较高要求，这是为了防止操作不慎而造成压力过大，损坏阴模。为了脱模方便，保证制品质量，阴模还必须有推出装置，或阴模制造成可拆卸的几个部分，否则制品很难取出。这类模具的阳模与加料腔内壁的摩擦会擦伤加料腔内部，由于加料腔的截面和型腔截面尺寸相同，在顶出时有可能划伤塑料制品表面。由于是不溢式，若加料过量，多余的物料将无法溢出。因此，对加料量的控制要求较高，必须用重量法加料。第四章第19页对加料量的控制要求较高，必须用重量法加料。此外，使用不溢式压缩模压制产品时，不易排气，固化时间较长。不溢式压缩模一般不设计成多腔模具，因为若加料稍不均衡就会造成各型腔压力不等，从而引起一些制品欠压。图5不溢式压缩模示意图1.阳模2.阴模3.制品4.推顶杆5.定位下模板第四章第20页热固性塑料的模压成型过程是一个物理化学变化过程，模塑料的成型加工性能对成型工艺的控制和制品质量的提高具有重要意义。模塑料的主要成型加工性能参数有以下几个方面。成型收缩率压缩率固化速率流动性第四章第21页热固性模塑料的流动性是指其在温度和压力作用下充满模具型腔的能力。流动性即可塑性，对成型加工极为重要，直接影响热固性塑料成型过程中的物理化学行为及制品的质量。流动性首先与模塑料自身的性质有关，包括热固性树脂的性质和模塑料的配方组成。一般来说，树脂相对分子质量低，交联程度低，填料颗粒细小且呈球状，低分子化合物含量高，含水量高，则流动性好。其次，流动性与模具及成型工艺有关，模具型腔表面光滑且设计合理，则流动性好。另外，在模压前对模塑料进行预热，升高模压温度皆能提高流动性。不同的产品对模塑料的流动性有不同的要求，形状复杂和薄壁制品要求模塑料有较大的流动性。如果流动性太小，模塑料难以充满模腔，造成某些位置缺料，不能成型大型、复杂的制品。但流动性也不能太大，否则会使较多模塑料熔融后溢出模具型腔，而造成制品不密实，或树脂与填料分头聚集，产品质量下降。第四章第22页这是热固性塑料成型时特有的工艺性能，它是衡量热固性塑料成型时发生交联反应的速度。它是以热固性塑料在一定的温度和压力下，压制标准试样时，使制品的物理力学性能达到最佳值所需的时间与试件的厚度的比值（s/mm）来表示，此比值越小，固化速率越大。固化速率主要由热固性塑料的交联反应性质决定，并受成型前的预压、预热条件以及成型温度、成型压力等多种因素的影响。固化速率不宜过小，否则生产周期长，生产效率低。固化速率也不宜但过大，否则硬化太早，物料流动性下降，在物料尚未充满模具型腔前就已固化，造成物料不能很好地充满模腔，这对于成型薄壁和形状复杂的制品尤为重要。第四章第23页热固性塑料在高温下模压成型后脱模冷却至室温，其各向尺寸将会发生收缩。成型收缩率SL定义为：在常温常压下，模具型腔的单向尺寸L0和制品相应的单向尺寸L之差与模具型腔的单向尺寸L0之比：收缩率大的制品成型时易发生翘曲变形，甚至开裂。造成热固性塑料制品收缩的原因很多，首先，热固性塑料在模压过程中发生了交联反应，其分子结构由原来的线型或支链型结构变为三维网状结构，结构趋于紧密，加上低分子物挥发，体积必定收缩；其次，由于塑料和金属的热膨胀系数差异很大，故冷却后塑料制品的收缩比金属模具大得多；第三，制品脱模后，由于压力下降，有弹性回复或塑性变形产生，使制品的外形发生变化。%10000LLLSL第四章第24页影响成型收缩率的因素主要有物料自身固有的性质、模压成型工艺条件、模具和制品的设计等。一般可以通过预热、采用不溢式模具、严格工艺规程等方法控制收缩率。表1为常见热固性塑料的成型收缩率数据。模塑料密度／(g/cm3)压缩率成型收缩率／％PF+布1.36～1.433.5～18UF+α-纤维素1.47～1.522.2～3.00.6～1.4MF+α-纤维素1.47～1.522.1～3.10.5～1.5EP+玻璃纤维1.8～2.02.7～7.00.1～0.5PF+木粉1.32～1.452.1～4.40.4～0.9PF+石棉1.52～2.02.0～14MF+石棉1.7～2.02.1～2.5PDAP+玻璃纤维1.55～1.881.9～4.80.1～0.5UP+玻璃纤维0.1～1.2第四章第25页热固性模塑料一般呈粉状或颗粒状，其表观相对密度d1与模压后制品的相对密度d2差异很大，物料在模压前后的体积会发生很大变化。这一性质可用压缩率Rp来表示，等于热固性塑料制品的密度d2与粉状或粒状的热固性模塑料的表观密度d1之比，即压塑料在压制前后的体积变化。模塑料的粒径大小和粒径分布影响其表观相对密度d1，进而影响压缩率Rp，压缩率大的物料所需要模具的装料室也大，耗费模具材料，不利于传热，生产效率低，而且装料时容易混入空气。一般可以通过在模压成型前对物料进行预压来降低压缩率。2112VVddRp第四章第26页不溢式压缩模结构较复杂，制造成本高，要求阴模和阳模能够精确闭合。此类模具一般对阴模壁强度有较高要求，这是为了防止操作不慎而造成压力过大，损坏阴模。为了脱模方便，保证制品质量，阴模还必须有推出装置，或阴模制造成可拆卸的几个部分，否则制品很难取出。这类模具的阳模与加料腔内壁的摩擦会擦伤加料腔内部，由于加料腔的截面和型腔截面尺寸相同，在顶出时有可能划伤塑料制品表面。由于是不溢式，若加料过量，多余的物料将无法溢出。因此，对加料量的控制要求较高，必须用重量法加料。