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一文带你了解热固性塑料模压成型工艺

压制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。几乎所有的高分子材料都可用此方法来成型制品。考虑到生产效率、制品尺寸、产品使用的特点,目前主要用于:热固性塑料、橡胶制品、复合材料的成型。本文主要为大家介绍热固性塑料的压制成型的工艺性能、模压设备、成型工艺、成型工艺条件及控制。

一、热固性塑料的模压成型的工艺特点与性能


图:模压成型过程

将压塑料置于金属模具的型腔内,然后闭模在加热、加压的情况下,使塑料熔融、流动,充满型腔,经适当的放气,经保压后,塑料就充分交联固化为制品。

1.工艺特点

  1. 成型工艺及设备成熟,是较老的成型工艺,设备和模具比注射成型简单。

  2. 间歇成型,生产周期长,生产效率低,劳动强度大,难以自动化。

  3. 制品质量好,不会产生内应力或分子取向。

  4. 能压制较大面积的制品,但不能压制形状复杂及厚度较大的制品。

  5. 制品成型后,可趁热脱模。

2.工艺性能

(1)流动性

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。

影响流动性的因素

压模塑料的性能和组成(分子量、颗粒形状、小分子);模具与成型条件(光洁度、流道形状、预热)

流动性过大过小的后果

太大:溢出模外,塑料在型腔内填塞不紧,  或树脂与填料分头聚集。

太小:难于在压力下充满型腔,造成缺料,不能模压大型、复杂及厚制品。

(2)固化速率

用于衡量热固性塑料在压制成型时化学反应(交联)的速度。

固化速度依赖于塑料的交联反应性质,成型时的具体情况:预压、预热、成型温度和压力。

固化速度太大硬化太快,过早硬化,流动性下降,不能很好地充满型腔,制品缺料,不能压制薄壁和形状复杂的制品。出现:表面先固化,流动性差。

固化速度太小生产周期↑ ,生产效率↓ 。

(3)成型收缩率

高分子材料的热膨胀系数比模具(钢材)大得多,热固性塑料成型中发生交联,结构趋于紧密,加上低分子物挥发,体积必定收缩,尺寸变化很大。

成型收缩率: SL=(L0−L)/L× 100 %

一般高分子材料的SL在1~3%,是模具设计的重要指标。

产生收缩的基本原因:化学结构的变化(交联)、热收缩、弹性回复、塑性形变。

影响收缩率的因素:工艺条件、模具和制品的设计、塑料的性质。

产生的后果:制品翘曲、开裂。

解决的办法:预热、采用不溢式模具、严格工艺规程。

(4)压缩率

是粉状或粒状的热固性塑料的表观比重与制品比重之比。即模压塑料在压制前后的体积变化。

压缩率Rp=d2/d1=V1/V2

产生后果:Rp越大,所需的模具装料室越大--消耗模具钢材,不利于传热,生产效率低,易混入空气;

解决方法:预压:酚醛压缩粉经预压:Rp从2.8-→1.25。

(5) 水份与挥发物的含量

游离水,以及受热受压时所释放出的氨、甲醛与结合水含量过高,产生后果:

流动性太大,收缩率大,翘曲,无光泽,波纹。

解决方法:预热,充分干燥物料,降低物料中水分的含量。

(6) 细度与均匀度

细度:颗粒直径大小;

均匀度:颗粒间直径大小的差距。

二、模压成型的设备和模具

1.成型设备-压机

压机的作用:通过模具对塑料传热和施加压力;提供成型的必要条件:T,P;开启模具和顶出制品。

压机——机械加压、液压(上压式、下压式)

上压式  压制油缸设在液压机的上部,活动横梁受油缸活塞. (或柱塞)推动,从上往下加压,下横梁作为工作台固定不动。这种压机操作方便。

图:上压式压机

下压式    压制油缸设在液压机的下部,上横梁固定不动,而下横粱受油缸活塞 (或柱塞)推动从下往上加压。此类压制机有上、下两根横梁,整机重心低,稳定性好。

图:下压式压机

2.模具

模具(钢制),有多种类型,结构形式通常较简单。模压成型用的模具常用的有三种: 1)溢式模具   2)不溢式模具  3)半溢式模具。

图:模压压缩模型

三.模压成型工艺流程

模压成工艺流程


1.计量

重量法:按质量加料。准确但麻烦。

容量法:按体积加料。方便但不及重量法准确。

记数法:按预压坯料计数。操作最快,但预先有个预压计量操作。

2.预压

预压的优点:加料快,准确,简单,便于运转。降低压缩率,可减小模具的装料量。使物料中空气含量少,利于传热。改进预热规程。(预压后可提高预热温度)

缺点:增加一道工序,成本高。

预压压力:一般控制在使预压物的密度达到制品最大密度的80% 为宜。

预压压力的范围:40~200MPa

3.预热

热固性塑料在模压前的加热有预热和干燥双重意义。

预热的优点:加快固化速度,缩短成型时间。提高流动性,增进固化的均匀性。减小制品的内应力,提高制品质量。降低模压压力。预热:15~20MPa,未预热:25~35MPa


预热时间与预热温度有关联,当预热温度确定后,可通过试验,作出预热时间与成型流动性的关系曲线,然后在曲线上找出最佳流动性所对应的预热时间。

表 常用热固性塑料预热温度范围

4.嵌件安放

嵌件通常是制品的导电部分,或使制品与其他物体结合用的,安放要求:正确,平稳。

5.加料

加料量多,则制品毛边厚,难以脱模;少则制品不紧密,光泽差;所以加料量要准确。加料工序强调的是加料准确和合理堆放。 一般应堆成“ 中间高,四周低” 的形式。原因:有利于排气;闭模中对模与物料接触时少冲料。

6.闭模

加料完后,即使阳模、阴模闭合。应先快后慢——阳模未接触物料之前,应尽可能使闭模速度快,而当阳模快要接触到物料时,闭模速度要放慢。

先快的优点:有利于缩短非生产时间;避免塑料在未施压前即固化;避免塑料降解。

后慢的优点:防止模具损伤和嵌件移位;有利于充分排除模内空气。

7.排气

排气的原因:热固性塑料在加工中因缩聚等化学反应会释放出小分子物质,在成型温度下体积膨胀,形成气泡。

排气的作用:赶走气泡、水份、挥发物,缩短固化周期,避免制品内部出现气泡或分层现象。

排气的方式:卸压,松模,时间很短(零点几秒~几秒),如此连续几次(2~5次)。

排气的次数、间隔时间等,决定于所模压物料的性质。

8.固化

在一定的P、T 下,经过一定的t,使缩聚反应达到要求的交联程度。从理论上说,经过固化后,原来可溶可熔的线型树脂变成了不溶不熔的体型结构的材料。

在实际操作中,全部固化过程不一定完全在固化阶段完成,而在脱模以后的“后烘”工序完成。以提高设备利用率。例:酚醛塑料的后烘温度:90~150℃,时间:几小时~几十小时

9.脱模

热固性塑料可趁热脱模,通常靠顶出杆来完成。热脱模须注意两个问题:防止冷却翘曲和防止产生内应力。

10.后处理

热处理——消除内应力;进一步固化,直至固化完全。处理温度比成型温度高10~50℃。整修——修边。

四、压模成型工艺条件及控制


整个过程,热固性树脂不仅有物理变化,而且还有复杂的化学交联反应。模具外的加热和加压的结果:模腔内在发生化学、物理变化的同时,模具内的压力、塑料的体积以及温度也随之变化。

三大工艺因素:模压压力、模压温度和模压时间

1.模压压力

作用:促进物料流动,充满型腔提高成型效率,增大制品密度,提高制品的内在质量,克服放出的低分子物及塑料中的挥发物所产生的压力,从而避免制品出现气泡、肿胀或脱层,闭合模具,赋予制品形状尺寸。


2.模压温度

即成型时的模具温度,塑料受热熔融来源于模具的传热,模压温度的高低,主要由塑料的本性来决定——交联的要求。

模温影响:塑料的流动性、成型时的充满是否顺利、硬化速度、制品的质量。



3.模压时间


总之,模压时间长,可使制品交联固化完全,性能↑。但模压时间太长:生产效率↓;长时间高温将使树脂降解。模压时间太短:硬化不足,外观无光,性能↓ 。一般,PF、UF的模压时间为:1min/1mm 制品厚度。

对模压成型的工艺条件:压力、温度、时间三者要综合考虑。一般原则:在保证制品质量的前提下,尽可能地降低压力、温度和缩短时间。

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