塑料成型工程技术-李洪飞04塑料成型工程技术.ppt
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1、第四章 压 缩 模 塑,刘长维 材料科学与工程学院,1,2,4.1 概述 4.2 压缩模塑用的设备 4.3 热固性塑料的工艺性能 4.4 压缩成型工艺过程 4.5 压缩成型工艺参数 4.6 常用模塑料的压缩工艺 4.7 冷压烧结成型,几种模压产品实例,机械强度,尺寸稳定性,及耐高温性能最好的,4.1 概述,压缩成型原理,压缩成型又称为压制成型、压塑成型、模压成型等。它的基本原理是将粉状或松散粒状的固态成型物料直接加入到模具的加料室中,通过加热、加压方法使它们逐渐软化熔融,然后根据模腔形状进行流动成型,最终发生交联反应而固化转变为塑料制件。,热固性塑料模压成型(压塑模塑) 模压成型 橡胶的模压成
2、型(模型硫化) 压缩成型 增强复合材料的模压成型 层压成型 复合材料的高压层压成型 (不用模具) 复合材料低压成型(接触成型),粉粒状、纤维状的料,置于成型温度的型腔中,合模加压,成型固化,从工艺角度看,压缩成型过程可分为三个阶段:流动阶段、胶凝阶段、硬化阶段。,模压成型工艺,模压成型工艺过程示意图,适用对象,、主要用来制造热固性塑料和一些流动性较差的或熔体粘度较大的热塑性塑料。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超高分子量聚乙烯、PVC板材的生产; 、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 、无翘曲
3、变形的薄壁平面热塑性塑料制品。,使用的设备(用液压机)及模具结构要求比较简单,对成型压力要求比较低; 压缩模没有浇注系统和复杂的顶出系统,结构比较简单; 塑件的收缩率小;取向组织少,取向程度低,性能比较均匀; 压力损失小,可以生产一些流动性差,难以用注射方法成型的,面积大,厚度小的扁平塑件。,压缩成型优点:,一模多腔,可压制较大平面塑件或一次压制多个塑件,成型周期长、劳动强度大、生产环境差、生产操作多用手工而不易实现自动化; 塑件经常带有溢料飞边,高度方向的尺寸精度不易控制,不适宜制造尺寸准确性要求高的制品,制品内应力大; 厚度相差太大和带有深孔,形状复杂的制品难于成型;模具内装有细长成型杆或
4、细薄嵌件是,成型时容易压弯变形,故这类制品不宜采用压缩成型。 模具直接受高温高压的联合作用,易磨损,使用寿命较短。,压缩成型缺点:,2019/7/1,15,4.2 压缩模塑用的设备 一、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。 液压机的主要参数: 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。,16,2.压板尺寸:确定压模外形尺寸(长、宽)。 3.工作行程:柱塞上下运动距离,决
5、定压模的厚度(高)。 4.电热功率:确定成型加工最高温度。,17,液压机的分类: (1) 从液压结构上分 (上压式、下压式、特种液压机) 特种液压机包括:角式液压机、层压机、压铸机等 (2) 从机架结构上分 (柱式、框式) (3) 从操作方式上分 (手动、半自动、全自动) (4) 从传动方式上分 (机械液压式、液压式),18,上动式液压机 1.柱塞 2压桶 3.液压管线 4.固定垫板 5.活动垫板 6.绝热层 7.上压板 8.拉杆 9下压板 10机座,下动式液压机 1.固定垫板 2绝热层 3.上模板 4.拉杆5.柱塞 6.压桶7.行程调节套 8.下模板9活动垫板10机座11.液压管线,19,四
6、柱液壓機,21,二、压缩模具 1.作用:赋予制品形状的工具,又是热固性塑料由线形结构转变为体形结构的场所。,溢式塑模示意图 1一上模板 2一组合式阳模 3一导向柱 4一阴模 5一气口 6一下模板 7一推顶杆 8一制品 9一溢料缝,溢式压模结构,23,a .溢式模: 特点:没有专用的加料室,模具的型腔就是加料室; 模具有支承面 适用:压缩率小的物料或预压物料,而不适用于强度要求很高的制品,只能适合于扁平的或碟状的制品。另外制品带有毛边外观较差。 优点:操作容易,结构简单,造价低。,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,不溢式模具结构:,25,不溢式模具 特点: 适
7、合流动性较差的物料和深度较大的制品,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。 c.成型时,不利于排气。,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,半溢式模具兼具以上两种特点。,27,半溢料式模 半溢模,有些溢料,但溢料上可从模具结构加以限制,它可以克服上述两种模具部分缺点。 分类: a.无支承面: 这种模具和不溢料式相似,不同是型
8、腔上部有一定锥度,能够进行溢料,因此加料量要求过量一些,且压机压力全施加在制品上,因此制品尺寸较准确,制品的质量比较均匀密实。,28,b.有支承面: 这种模具与溢料式模相同,但设有加料室,因此可压制压缩率大的物料。由于有支承面,仍然不适合压制抗冲击性、强度要求高的制品,而且产品带有毛边。 优点:模具不易损伤。,有支承面半溢式塑模示意图 1一阳模 2一制品 3阴模4一溢料槽 5-支承面 B段为平直段,半溢式压缩模如图所示,其特点是在型腔上方设一截面尺寸大于塑件尺寸的加料腔,凸模与加料腔呈间隙配合,加料腔与型腔分界处有一环形挤压面,其宽度约4mm5mm。,特点: 半溢式压缩模兼有溢式和不溢式压缩模
9、的优点,所以塑件的径向壁厚尺寸和高度尺寸的精度均较好,密度较高,模具寿命较长。,用途: 主要用于粉状塑料的压缩成型。,30,4.3 热固性塑料的工艺性能,流动性 固化速率 收缩率 压缩比,流动性是指模塑料在一定温度和压力作用下的流动能力。,加热时间对流动性能的影响,一、流动性,流动性对成型的影响:,流动性过大 溢料过多,填充不密实,塑件组织疏松,树脂与填料混合不均,易粘模,脱模和清理困难及早硬化等缺陷; 流动性过小 则填充不足,不易成型,成型压力增大。,影响流动性的因素,主要有以下几个方面:,塑料品种 一般树脂分子量小,填料颗粒细且呈球状,水、增塑剂、润滑剂含量高的,流动性大; 模具结构 模具
10、成型表面光滑、型腔形状简单,有利于改善流动性。 成型工艺 采用预压锭及预热,提高成型压力,提高成型温度(在低于塑料硬化温度的条件下)等都能提高塑料的流动性。,二、固化速率,固化速率是指塑料从塑化状态经过化学交联反应转变成固化状态的速度。,固化速率主要由热固性塑料的交联反应性质决定,并受成型前的预热、预压情况以及成型工艺条件如模压温度和压力等多种因素的影响。,三、收缩率,模塑料在模压过程中产生的收缩率是实际收缩率。而在确定模具尺寸时,则必须考虑计算收缩率。,产生制品收缩的原因:,(1)热胀冷缩,(3)结构变化,(2)内应力,四、压缩比,压缩比是指模塑料的压制前坯料与压制后制品在压力方向上尺寸的比
11、值,比值越大,压缩比越大。 压缩比大,要求加料腔体积增大,同时成型困难。,4.4 压缩成型工艺过程,模压后处理,预热和干燥,预压-锭料,修饰抛光,特殊处理,模压前的准备,压缩成型过程,嵌件的安放,加料,合模,排气,保压与固化,脱模,模具清理,整形去应力,计量,一、压缩成型前的准备,(1)计量,对于不同尺寸制品首先要知道所压制制品的体积和真实密度,再加上毛刺、飞边等的损耗,然后进行投料量的估算,以保证制品几何尺寸的精确,防止物料不足或过多造成废品和材料的浪费。,(2)预热与干燥,目的,一是对塑料进行预热,以便对压缩模提供具有一定温度的热料,使塑料在模内受热均匀,缩短模压成型周期; 二是对塑料进行
12、干燥,防止塑料中带有过多的水分和低分子挥发物,确保塑件的成型质量。,1)热固性树脂模压前进行预热优点, 缩短成型周期, 降低成型压力, 提高塑件质量,2)预热方法:,热板加热,红外线加热,烘箱加热,高频加热,为方便操作和提高塑件的质量,先用预压模将粉状、纤维状的塑料粉 在预压机上压成重量一定、形状一致的锭料。,(3)预压,加料快,简单准确,避免了模塑粉的飞扬。 降低了模塑粉的压缩率,可减少模具的装料室,简化了模具结构。 预压物紧密,空气少,使传热加快,缩短了预热和固化的时间,同时避免制品出现气泡,有利于提高制品的质量。 预压物的预热温度可以比模塑粉高,缩短预热和固化时间。 锭料与塑件形状类似,
13、便于成型复杂或带细小嵌件的塑件。,采用预压锭料的优点:,对压塑粉的要求:,预压条件:,颗粒最好大小相间 压缩率(塑料锭料)宜为3.0左右 含有润滑剂,压力:压力范围40200MPa,温度:室温或5090预压,原则:锭料的密度达到塑件最大密度的80%,(4)嵌件的安放,嵌件 作为塑件中导电部分或使塑件与其它零件相连接的零件。,常用嵌件有轴套、螺钉、螺母、接线柱等等,大嵌件在模具装上压机后要先预热,嵌件的安放要求位置正确、平稳,二、压缩成型过程,加料,加料的关键是加料量,定量的方法:,合理堆放塑料,粉料或粒料的堆放要做到中间高四周低,便于气体排放。,容量法:方便但不很准,重量法:准确、麻烦,计件法
14、:预压锭料,计数放入, 合模,加料后即可合模,合模时间一般从几秒到几十秒不等。,合模过程分为两个部分:,凸模触及塑料之前:尽量加快合模速度(缩短周期,避免塑料过早固化),凸模触及塑料之后:减慢合模速度(利于排气), 排气,目的:排除水分和挥发物变成的气体及化学反应的副产物,以免影响塑件性能与表面质量。,方法:合模后加压至一定压力,立即卸压,凸模稍微抬起,连续次。,塑件带有小型金属嵌件则不采用排气操作,以免移位或损坏。,流动性好的塑料采用迟压法,即从凸模与塑料接触到压模完全闭合的过程中停顿1530秒。, 保压与固化,保压时间:从压模闭合加压至卸压取出塑件所用的时间。,保压时间长短受塑料类型、预热
15、情况、塑件形状及压缩程度的影响。,硬化阶段要求:在成型压力与温度下保持一定的时间,使交联反应进行到要求的程度。,硬化程度, 脱模,塑件脱模方法:,推出机构机自动推出,模外手动推出,复杂塑件在压力下冷却至一定温度后再脱模;带有嵌件的塑件应先使用专用工具将它们拧脱,然后再进行脱模。,三、压后处理, 模具清理,用铜铲或压缩空气清理,以免损模具外观, 整形去应力,检查塑料质量,预压、预热、干燥,称料,清洗嵌件,嵌件预热,清理压模 涂脱模剂,放嵌件,加料,合 模 加热加压,排 气 加热卸压,固 化 保温保压,开 模 卸压脱模,塑件整形,去应力处理,塑件送至下一工序,压缩模塑工作循环,4.5 压缩成型工艺
16、参数,要生产出高质量塑件,除了合理的模具结构,还要正确选择工艺参数。,模压压力(成型压力),模压温度(成型温度),模压时间,成型压力 指模压时迫使塑料充满型腔而由压力机对塑料所施加的压力(单位MPa),一、压缩成型压力,施加成型压力的目的:,使物料在模具中加速流动,并充满模腔,提高塑件密度,使粘流态物质在一定压力下固化,,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涨模压力,避免出现肿胀和脱层缺陷;,紧密闭合模具,使制品具有固定的尺寸、形状和最小毛边;,56,2.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
17、,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。,57,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。,影响因素:,、物料流动性越小、固化速度越快、物料的压缩率越大时,所需模具压力越大。
18、、制品形状结构越复杂、成型深度越大、成型温度越低,成型压力越大。,计算公式:,p =,成型压力与塑料种类、塑件结构、模具温度等因素有关,对密度和性能影响大,压力大,提高交联固化速度;压力小,塑件容易产生气孔,常用热固性塑料的压缩成型温度和成型压力,二、压缩成型温度,成型温度 指压缩时所需的模具温度,对塑件质量、模压时间影响很大,作用: 使物料熔融流动,变成流体并充满型腔;提供固化所需热量。使热固性塑料发生交联反应。,热固性塑料的模内温度高于模具温度,62,温度对流动性的影响: 当合模后,模内的塑料温度是逐渐上升的,在上升过程中,塑料主要由固体转变为熔体,粘度逐渐由大变小,流动性由小变大。然后,
19、塑料交联反应逐渐开始,而且随料温的升高交联反应迅速增大,这时聚合物的粘度有小变大。最后失去流动性。因此在流动性温度曲线上有峰值出现。根据流动性与温度的关系,在闭模后,必须迅速增大成型压力,使物料在温度不很高,流动性又比较大的情况下迅速充模。,63,2.料温的变化 料温是随时间增大的,并且在固化开始后,料温将超过模具温度。这是由于塑料固化放热效应引起的。然后随固化反应的完全,料温开始下降,最终等于模具温度。,塑料温度和制品强度随时间的变化关系,A 为强度最高点 l 为模具温度 L代表塑料流动区域(根据体积变化确定)M代表塑料热膨胀区域 N代表塑料固化区域,64,3.模温与模压时间的关系 模压时间
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