第六章_压制成型.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 压制成型,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,(,为何热塑性塑料不常用？,),、橡胶制品、复合材料的成型。,压制成型,模压成型,层压成型,热固性塑料模压成型（,压塑模塑,）,橡胶的模压成型（,模型硫化,）,增强复合材料的模压成型,复合材料的高压层压成型,复合材料低压成型（,接触成型,）,（不用模具）,模压成型,第一节 热固性塑料的模压成型,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，因为热固性塑料经交联固化后，其分子结构变成三维交联的体形结构，所以制品,可以趁热脱模,。,工艺特点：,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。,间歇成型，生产周期长，生产效率低，劳动强度大，难以自动化。,制品质量好，不会产生内应力或分子取向。,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。,制品成型后，可趁热脱模。,一、热固性模塑料的成型工艺性能,1,、流动性,热固性模塑料的流动性是指其在受热和受压情况下充满整个模具型腔的能力。,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。,影响流动性的因素：,（,1,）压模塑料的性能和组成（,分子量、颗粒形状、小分子,）,（,2,）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,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。,分头聚集。,2,、固（硬）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。,定义：热固性塑料在一定温度和压力下，从熔融、流动到交联固化为制品的过程中，单位厚度的制品所需的时间，以,s/mm,厚度表示，此值越小，固化速度越快。,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：,一般高分子材料的,S,L,在,1,3,%,，是模具设计的重要指标。,S,L,=,L,o,L,L,100,%,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。即压缩料在压制前后的体积变化。,产生后果：,R,p,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：,R,p,从,2.8 1.25,R,p,=,d,2,d,1,=,V,1,V,2,5,、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。,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。,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）,图,6-1,上压式液压机,图,6-2,下压式液压机,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有的有三种：,1,）溢式模具,图,6-3,溢式模具示意图,2,）不溢式模具,图,6-4,不溢式模具示意图,3,）半溢式模具,图,6-5,半溢式模具示意图,三、模压成型工艺,压模成型用的压塑料大多数是由热固性树脂加上粉状或纤维的填料等配合剂而成。,模压成型的工艺流程：,压塑料 计量 预压、预热 加料 闭模（模压）,排气 保压固化 脱模冷却 修整 热固化性质品,模具预热 嵌件放置,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：按预压坯料计算。操作最快，但预先有个,2,、预压,在室温下，把定量的料预先用冷压法压成一顶形状大小的胚料。,预压计量操作。,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：,40200MPa,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。,减少制品的内应力，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。,预热方法：,热板加热，烘箱加热、远红外线加热、高频加热。,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。,化；,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，时间很短即可（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。,何时排气：不能过早，也不能过迟。,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。,（问题：热塑性塑料呢？）,热脱模须注意两个问题：,防止冷却翘曲,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。,整修 修边,处理温度比成型温度高,10,50,四、压模成型工艺条件及控制,热固性压塑料在模腔内变化情况：,压塑料 软化、熔融 流动 充模 固化 制品,可熔可溶,物理变化,化学变化,不熔不溶,加料闭模,模压 放气 保压,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。,实线：无凸肩（不溢式）模具,虚线：有凸肩（半溢式）模具,三大工艺因素,模压压力,模压温度,模压时间,1,、模压压力,压机对制品平面垂直方向施加的单位压力（,MPa,），生产上常用压机的表压表示，可以换算。,压力的作用：,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、肿胀或脱皮。,闭合模具，赋予制品形状尺寸。,成型时所需的模压压力：,P,m,=,P,g,D,2,4A,m,式中：,P,m,模压压力（,MPa,）,P,g,压机实际使用的液压，即表压（,MPa,）,A,m,制品在受力方向上的投影面积（,cm,2,）,D,压机主油缸活塞的直径（,cm,）,一般，热固性塑料如,PF,、,UF,：,P,m,=1530MPa,模压压力的选择与压塑料的工艺性能和制品的成型条件有关：,工艺性能,流动性,固化速度,压缩率,模压压力,模压压力,模压压力,成型条件,经过预热,模压温度,制品深度,形状复杂,制品密度,模压压力？,模压压力？,模压压力,模压压力,模压压力,模压压力主要受物料在模腔内的流动情况制约。,与温度有关,压力对流动性的影响：,压力高，一般对各种性能是有利的，但对模具使用寿命有影响，设备功率消耗大。,流动性与温度（预热温度）的关系：,A,：塑料可以充满模腔的区域,B:,塑料不能充满模腔的区域,模压压力（,P,m,）与预热温度（,T,p,）的关系,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,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,的要求。,在一定温度范围内：,T :,硬化速度 ，粘度 ，流动性 。,但又由于,T ,固化速度,使粘度 ，故流动性 。,所以：随,T,流动性 温度曲线具有峰值。,如果,T,p,软化趋势,交联趋势,P,m,（即,P,m,低也能顺利充模）,如果,T,p,交联趋势,软化趋势,P,m,（即,P,m高才能顺利充模）,模压压力（,P,m,）与模压温度（,T,m,）的关系,所以，闭模后应迅速增加压力，使塑料在温度还不很高而流动性又较大时充满模腔各部分。,一般情况下：,温度升高，硬化速度 。固化时间 ，周期 ，对生产有利。,模温太高的后果：,树脂和有机物分解,硬化速度太快，造成外层先固化，不在流动，气体难以排出，制品缺料，内应力 ，制品质量 。,模温太低的后果：,硬化不足，质量下降,硬化周期长,日用模塑料（,PF,、,UF,）的模压成型温度：,145155,3,、模压时间,塑料从充模加压到完全固化为止的这段时间。,压膜时间的长短决定于：,硬化速度（与树脂种类有关）,制品的形状、厚度,压膜工艺条件：,T,，,P,是否预压、预热,一般：,T,，固化快，模压时间 ，周期 。,P,影响不明显，但,P ,模压时间略有 。,厚度的影响：,预热的影响：,预热减少了塑料的充模和升温时间，可使整个模压时间缩短。,总之，模压时间长，可使制品交联固化完全，性能 。,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。,第二节 橡胶制品的模型硫化,压模成型广泛应用于各种橡胶制品的生产。橡胶模压所用的原料是混炼胶或经成型后的橡胶半成品。生产工艺基本上与热固性塑料的模压成型相同，橡胶成型最后是通过交联（硫化）形成网状结构的制品。,在橡胶制品生产中，硫化是最后的一道加工工序，而模型硫化在硫化工艺中的使用最为广泛。,橡胶硫化设备,一、橡胶制品及生产工艺,1,、橡胶制品品种,轮胎：生胶的,5060,胶带：运输胶带、传动胶带,胶管：软管、纤维增强,胶鞋：贴合鞋、模压鞋、注压鞋,其它橡胶工业制品：油封、胶布、胶板、胶辊,橡胶制品：模型制品、非模型制品。,2,、橡胶制品生产工艺,橡胶工艺：,干胶工艺,和乳胶工艺,生胶 塑炼 塑炼胶,配合剂 配料 混炼 混炼胶,纤维材料金属材料,溶剂,成型（半成品）,注压、模压、,压出、压延、涂浸胶,成型硫化,同时进行,硫化,制品,二、橡胶制品的硫化,1,、橡胶在硫化前后结构和性能的变化,硫化前 线形结构，分子间以范德华力相互作用,硫化时 分子被引发，发生化学交联反应,硫化后 网状结构，分子间主要已以化学键结合,硫化前：,结构：线性大分子，分子与分子之间无价键力；,性能：可塑性大，伸长率高，具可溶性。,硫化后：,结构：,1,）化学键；,2,）交联键的位置；,3,）交联程度；,4,）交联,性能：,1,）力学性能（定伸强度、硬度、拉伸强度、伸,长率、弹性）；,2,）物理性能；,3,）化学稳定性,硫化后橡胶的性能变化：,以天然橡胶为例，随硫化程度的提高：,1,）力学性能的变化,弹性,扯断强度,定伸强度,硬度,伸长率,疲劳生热,压缩永久变形,提高,降低,2,）物理性能的变化,透气率、透水率降低,不能溶解，只能溶胀,耐热性提高,3,）化学稳定性的变化,化学稳定性提高。,原因：,a.,交联反应使化学活性很高的基团或原子不复存,在，使老化反应难以进行。,b.,网状结构阻碍了低分子的扩散，导致橡胶老化的,自由基难以扩散。,2,、硫化历程,（,1,）焦烧期,硫化起步阶段，硫化诱导期,硫化起步,硫化时，胶料开始变硬而后不能进行热塑性,流动的那一点时间（焦烧）。,焦烧期的长短：决定了胶料的焦烧性及操作安全性。,取决于配方，特别是促进剂。可用迟效性促进剂：,CZ,。,焦烧时间的起点：实际上是从混炼时加入硫磺的那一刻开,始。,焦烧时间,操作焦烧时间 混炼，停放，成型,残余焦烧时间 进入模具后加热开始到开始,硫化这段时间,若：操作焦烧时间,焦烧时间，就发生焦烧,防止焦烧：,具有较长的焦烧时间：配方,混炼、停放要低温，成型时要迅速，即减少焦烧时间,（,2,）欠硫期,预硫阶段,诱导期后，开始交联，至正硫化。,在此阶段，交联度低，即使在此阶段的后期，性能（只要是拉伸强度、弹性等）尚未达到预期的要求。,但其抗撕性、耐磨性、则优于正硫化胶料，若要求这些性能时制品可以轻微欠硫。,（,3,）正硫期,正硫化阶段,制品达到适当的交联度的阶段，此时各项力学性能均达到或接近最佳值，其综合性能最好。,正硫化是一个阶段 各项性能基本上保持恒定或变化很少，也称硫化平坦期。,硫化平坦期的宽窄取决于：配方、温度等。,正硫化时间的选取：拉伸强度达到最高值略前的时间。,主要是考虑“后硫化”。,（,4,）过硫期,正硫化后，继续硫化进入过硫化。,进入过硫化后：,性能下降硫化返原（断炼多于交联，,NR,、,IIR,）,性能恒定甚至上升非返原（交联占优、环化）,交联和氧化断链两种反应贯穿于橡胶硫化过程的始终。只是在硫化过程的不同阶段两种反应优势不同。,进入过硫的早晚，即硫化平坦期的宽窄，主要取决于两个方面：,1,）配方（如,TMTD,）；,2,）温度。,3,正硫化点的确定,（,1,）物理机械法,（,2,）化学法,（,3,）专用仪器法,硫化特性曲线初始粘度、最低粘度、焦烧时间、硫化速度、正硫化时间、活化能。,测定原理：胶料的剪切模量与交联密度成正比。,G=D,R,T,胶料剪切模量 交联密度 气体常数 温度,硫化仪及其工作原理,曲线分析,硫化参数的确定,t,10,、,t,90,、平坦情况,温度,配方,三、模型硫化工艺及硫化条件,预热模具 加料 闭模 加压 保压（硫化）,T,、,P,、,t,放气,（混炼胶、半成品）,脱模,制品,这一过程基本上与热固性塑料的模压成型相同，硫化工艺条件是硫化压力、硫化温度和硫化时间。,1,、硫化温度,橡胶的硫化是化学反应与其他化学反应一样，硫化速度随温度的升高而加快，所以升高温度能提高生产率,一般当温度每增加（降低）,8,10,，时间可缩短（增加）一倍，两者有一关系：,t,1,t,2,K,T,1,T,2,10,式中：,t1 T1,时所需的硫化时间,t2 T2,时所需的硫化时间,K,温度系数（通常取,2,）,2,、硫化时间,在一定的,P,、,T,下，,t,，硫化程度 ，性能 。但,t,太长，会发生降解，性能 ；,t,太短，没有达到较好的硫化。,硫化时间的长短须服从于达到正硫化时的硫化效应为准则。,硫化效应：,E=I,t,t,，,I,t,硫化强度，,t,硫化时间,硫化强度：,I=K,T-100,10,K,硫化温度系数；,T,胶料的硫化温度，,T,o,规定硫化效应所采用的温度。一般,T,o,100,3,、硫化压力,大多数的橡胶制品的硫化是在一定压力下进行的，加压的目的和压力高低的影响同热固性塑料。,胶料流动性差，制品形状复杂，制品表面花纹细致，结构复杂，厚制品，硫化温度高，则硫化压力高一些。,一般模压制品的硫化压力为,2,4MPa,。,所以对硫化工艺条件的确定，人们总是利用硫化仪做硫化特征曲线，反复测,t,、,T,后才确定的。原则是,t,、,T,要匹配。正确决定,T,、,t,、,P,是保证硫化胶质量的关键。,