材料制備與加工原理：高分子材料常用成型方法-模壓成型

1、高分子材料常用成型方法擠出成型注射成型吹塑成型模壓成型引言 熱固性塑料模壓成型（壓縮模塑） 模壓成型 橡膠的模壓成型（模型硫化） 增強(qiáng)復(fù)合材料的模壓成型 第一節(jié) 熱固性塑料的模壓成型一、模壓成型特點(diǎn) 模壓成型是熱固性塑料的主要成型工藝，通常稱壓縮模塑。工藝過程: 將壓塑料置于金屬模具的型腔內(nèi)，然后閉模在加熱、加壓的情況下，使塑料熔融、流動(dòng)，充滿型腔，經(jīng)適當(dāng)?shù)姆艢?，保壓后，塑料就充分交?lián)固化為制品。 因?yàn)闊峁绦运芰辖?jīng)交聯(lián)固化后，其分子結(jié)構(gòu)變成三維交聯(lián)的體型結(jié)構(gòu)，所以制品可以趁熱脫模。 適用于模壓成型的熱固性塑料主要有酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂、聚酯樹脂、聚酰亞胺等。熱固性塑料的模壓

2、成型熱固性塑料的模壓成型工藝特點(diǎn)：成型工藝及設(shè)備成熟，是較老的成型工藝，設(shè)備和模具比注射成型簡(jiǎn)單。制品質(zhì)量好，不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力或分子取向，不易變形。能壓制較大面積的制品，但不能壓制形狀復(fù)雜及厚度較大的制品。制品成型后，可趁熱脫模。間歇成型，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以自動(dòng)化。熱固性塑料的模壓成型二、 模壓成型的設(shè)備和模具1、成型設(shè)備壓機(jī) 壓機(jī)的作用：通過模具對(duì)塑料傳熱和施加壓力；提供成型的必要條件：T，P；開啟模具和頂出制品。 壓機(jī)機(jī)械加壓、液壓（上壓式、下壓式）熱固性塑料的模壓成型 !注意安全熱固性塑料的模壓成型2、模具 模壓成型用的模具常用的有三種：1）溢式模具2）不溢式模具3）

3、半溢式模具熱固性塑料的模壓成型溢式模具示意圖1-上模板；2-組合式陽模；3-導(dǎo)柱；4-陰模；5-氣孔；6-下模板；7-頂桿；8-制品；9-溢料縫熱固性塑料的模壓成型不溢式模具示意圖1-陽模； 2-陰模； 3-制品；4-頂桿；5-定位下模板熱固性塑料的模壓成型半溢式模具示意圖 （a）有支撐面（b）無支撐面1-陽模；2-制品；3-陰模；4-溢料刻槽；5-支撐面（A段為裝料室，B段為平直段）熱固性塑料的模壓成型三、模壓成型工藝計(jì)量壓縮料模具清理和嵌件安放閉模加料排氣保壓固化脫模制品后處理熱固性塑料制品預(yù)壓或預(yù)熱熱固性塑料的模壓成型1、計(jì)量重量法：按質(zhì)量加料。準(zhǔn)確但麻煩；容量法：按體積加料。方便但不及

4、重量法準(zhǔn)確。記數(shù)法：按預(yù)壓坯料計(jì)數(shù)。操作最快，但預(yù)先有預(yù)壓計(jì)量操作。2、預(yù)壓 在室溫下，把定量的料預(yù)先用冷壓法壓成一定形狀大小的胚料。熱固性塑料的模壓成型預(yù)壓的優(yōu)點(diǎn)：加料快、準(zhǔn)確、無粉塵；降低壓縮率，可減小模具裝料室和模具高度；預(yù)壓料緊密，空氣含量少，傳熱快，又可提高預(yù)熱溫度，從而縮短了預(yù)熱和固化的時(shí)間，制品也不易出現(xiàn)氣泡；便于成型較大或帶有精細(xì)嵌件的制品。預(yù)壓的缺點(diǎn)：如果預(yù)壓生產(chǎn)效率低，則運(yùn)營成本高；不適合于松散度大的長(zhǎng)纖維塑料；不適合于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、混色斑紋制品。 熱固性塑料的模壓成型3、預(yù)熱 熱固性塑料在模壓前的加熱有預(yù)熱和干燥雙重意義。預(yù)熱的優(yōu)點(diǎn)：加快固化速度，縮短成型時(shí)間。提高流動(dòng)性，增

5、進(jìn)固化的均勻性。減小制品的內(nèi)應(yīng)力，提高制品質(zhì)量。降低模壓壓力。（預(yù)熱：1520 MPa，未預(yù)熱：2535MPa） 熱固性塑料的模壓成型4、嵌件安放 模壓帶嵌件的制品時(shí)，嵌件必須在加料前放入模具。嵌件一般是制品中導(dǎo)電部分或與其他物件結(jié)合用的，如軸套、軸帽、螺釘、接線柱等。嵌件安放要求平穩(wěn)準(zhǔn)確，以免造成廢品或損傷模具。熱固性塑料的模壓成型5、加料 加料的關(guān)鍵是準(zhǔn)確均勻。 加料量多，則制品毛邊厚，難以脫模；少則制品不緊密，光澤差；所以加料量要準(zhǔn)確。 加料工序強(qiáng)調(diào)的是加料準(zhǔn)確和合理堆放。一般應(yīng)堆成“中間高，四周低”的形式。原因：有利于排氣。熱固性塑料的模壓成型6、閉模 應(yīng)先快后慢陽模未接觸物料之前，應(yīng)

6、盡可能使閉模速度快，而當(dāng)陽?？煲佑|到物料時(shí)，閉模速度要放慢。 先快的優(yōu)點(diǎn)：有利于縮短非生產(chǎn)時(shí)間； 避免塑料在未施壓前即固化； 避免塑料降解。 后慢的優(yōu)點(diǎn)：防止模具損傷和嵌件移位； 有利于充分排除模內(nèi)空氣。熱固性塑料的模壓成型7、排氣排氣的原因：熱固性塑料在加工中因縮聚等化學(xué)反應(yīng)會(huì)釋放出小分子物質(zhì)，在成型溫度下體積膨脹，形成氣泡。排氣的作用：趕走氣泡、水份、揮發(fā)物，縮短固化周期，避免制品內(nèi)部出現(xiàn)氣泡或分層現(xiàn)象。排氣的方式：卸壓，松模，時(shí)間很短即可（零點(diǎn)幾秒幾秒），如此連續(xù)幾次（25次）。何時(shí)排氣：不能過早，也不能過遲，過早達(dá)不到排氣目的，過遲則因塑料表面已固化氣體排不出。熱固性塑料的模壓成型8

7、、保壓固化在一定的P、T下，經(jīng)過一定的t，使縮聚反應(yīng)達(dá)到要求的交聯(lián)程度。保壓固化時(shí)間取決于塑料的類型、制品的厚度、預(yù)熱情況、模壓溫度和壓力等，過長(zhǎng)或過短的固化時(shí)間對(duì)制品性能都不利，一般30s至數(shù)分鐘不等。在實(shí)際操作中，全部固化過程不一定完全在固化階段完成，而在脫模以后的“后烘”工序完成，以提高設(shè)備的利用率。例：酚醛塑料的后烘溫度：90150 時(shí)間：幾小時(shí)幾十小時(shí)。熱固性塑料的模壓成型9、脫模冷卻熱固性塑料可趁熱脫模，通?？宽敵鰲U來完成。熱脫模須注意兩個(gè)問題：1）防止冷卻翹曲：制件應(yīng)放在與模型相仿的型面上加壓冷卻。 2）防止產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力：在烘箱中慢冷，以減少因冷熱不均而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力 熱固性塑料的模壓

8、成型10、后處理熱處理消除內(nèi)應(yīng)力；進(jìn)一步固化，直至固化完全。（處理溫度比成型溫度高1050。）修整修邊。熱固性塑料的模壓成型四、模壓成型工藝條件及控制模壓壓力模壓溫度模壓時(shí)間熱固性塑料的模壓成型1、 模壓壓力 壓機(jī)對(duì)制品平面垂直方向施加的單位壓力，生產(chǎn)上常用壓機(jī)的表壓表示，可以換算。熱固性塑料的模壓成型壓力的作用：促進(jìn)物料流動(dòng)，充滿型腔提高成型效率。增大制品密度，提高制品的內(nèi)在質(zhì)量。克服放出的低分子物及塑料中的揮發(fā)物所產(chǎn)生的壓力，從而避免制品出現(xiàn)氣泡、腫脹或脫層。閉合模具，賦予制品固定的形狀尺寸，防止變形。 一般，熱固性塑料如PF、UF：Pm 1530 MPa熱固性塑料的模壓成型 模壓壓力的選

9、擇與壓塑料的工藝性能和制品的成型條件有關(guān)： 流動(dòng)性 模壓壓力 工藝性能 固化速度 模壓壓力 壓縮率 模壓壓力 經(jīng)過預(yù)熱 模壓壓力？ 模壓溫度 模壓壓力？ 成型條件 制品深度 模壓壓力 形狀復(fù)雜 模壓壓力 制品密度 模壓壓力 熱固性塑料的模壓成型50MPa20MPa10MPa熱固性塑料的模壓成型2、模壓溫度 模壓溫度是指成型時(shí)所規(guī)定的模具溫度，對(duì)塑料的熔融、流動(dòng)和樹脂的交聯(lián)反應(yīng)速度有決定性的影響。 在一定的溫度范圍內(nèi)，模溫升高、物料流動(dòng)性提高，充模順利，交聯(lián)固化速度增加，模壓周期縮短，生產(chǎn)效率高。 熱固性塑料的模壓成型模溫太高的后果：樹脂和有機(jī)物分解；硬化速度太快，造成外層先固化，不再流動(dòng)，氣體

10、難以排出，制品缺料，內(nèi)應(yīng)力，制品質(zhì)量。模溫太低的后果：硬化不足，質(zhì)量下降；硬化周期長(zhǎng) 日用模塑料（PF、UF）的模壓成型溫度：145155熱固性塑料的模壓成型30MPa10MPa熱固性塑料的模壓成型3、模壓時(shí)間 模壓時(shí)間是指塑料從充模加壓到完全固化為止的這段時(shí)間。 模壓時(shí)間的長(zhǎng)短決定于：硬化速度（與樹脂種類有關(guān)）；制品的形狀、厚度；壓模工藝條件（T，P）；是否預(yù)壓、預(yù)熱。熱固性塑料的模壓成型熱固性塑料的模壓成型模壓時(shí)間太長(zhǎng)：不僅生產(chǎn)效率降低，能耗增大，而且會(huì)因樹脂過度交聯(lián)而導(dǎo)致制品收縮增大，引起樹脂與填料間產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，制品表面發(fā)暗、起泡，甚至出現(xiàn)裂紋，而且在高溫下過長(zhǎng)時(shí)間，樹脂也可能降解

11、，使制品性能降低。模壓時(shí)間太短：塑料固化不完全，制品的物理機(jī)械性能差，外觀無光澤，且容易出現(xiàn)翹曲變形等現(xiàn)象。 一般，PF、UF的模壓時(shí)間為：1min / 1mm制品厚度。第二節(jié) 橡膠制品的模型硫化1、橡膠制品品種輪胎：主要品種，生膠的5060膠帶：運(yùn)輸膠帶、傳動(dòng)膠帶膠管：全膠膠管、夾布膠管、編織膠管、纏繞膠管、針織膠管和吸引膠管膠鞋：貼合鞋、模壓鞋、注壓鞋其他橡膠工業(yè)制品：油封、膠布、膠板、膠輥橡膠制品的模型硫化生膠塑煉配合配合劑混煉模壓注壓壓出壓延成型硫化制品橡膠制品生產(chǎn)工藝過程示意圖混合設(shè)備開煉機(jī)一對(duì)安裝在同一平面內(nèi)的中空輥筒；輥筒中間可以通介質(zhì)加熱或冷卻；兩輥筒的輥距可調(diào)；工作時(shí)兩輥相向

12、旋轉(zhuǎn)；兩輥筒轉(zhuǎn)速略有差異，轉(zhuǎn)速比（1:1.15 1:1.27）?；旌显O(shè)備混合設(shè)備 注意安全！割刀的位置 紅線以下!混合設(shè)備密煉機(jī)一個(gè)塑煉室，上部為加料口，下部為排料口，上下各有一頂栓，當(dāng)上頂栓和下頂栓關(guān)閉后，即形成一密閉式塑煉室；塑煉室內(nèi)有一對(duì)相向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子橫截面呈梨形，沿縱向?yàn)閆形螺旋；塑煉室外壁有冷卻（加熱）夾套；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速略有不同，存在一定的轉(zhuǎn)速比；混合設(shè)備轉(zhuǎn)子生膠的塑煉一、生膠的塑煉橡膠是強(qiáng)韌的高彈態(tài)高分子 解決的辦法 塑煉成型加工需要柔軟的塑性狀態(tài)塑煉的定義 為了滿足各種加工工藝的要求，必須使生膠由強(qiáng)韌的彈性狀態(tài)變成柔軟而具有可塑性的狀態(tài)，這種使彈性生膠變成可塑狀態(tài)的工藝過程稱作

13、塑煉。塑煉的目的降低彈性，增加可塑性，獲得流動(dòng)性；混煉時(shí)配合劑易于分散均勻，便于操作；使生膠分子量分布變窄，膠料質(zhì)量均勻一致。生膠的塑煉生膠塑煉膠開煉機(jī)塑煉機(jī)理生膠塑煉的實(shí)質(zhì)：橡膠分子斷鏈，分子量降低。生膠塑煉的方法：機(jī)械塑煉、化學(xué)塑煉。機(jī)械塑煉分類：低溫塑煉機(jī)械降解作用為主，氧起穩(wěn)定游離基作用。高溫塑煉自動(dòng)氧化降解作用為主，機(jī)械作用強(qiáng)化橡膠與氧的接觸。生膠的塑煉一、機(jī)械塑煉機(jī)理 橡膠的機(jī)械塑煉的實(shí)質(zhì)是力化學(xué)反應(yīng)過程，即以機(jī)械力作用及在氧或其他自由基受體存在下進(jìn)行的。在機(jī)械塑煉過程中，機(jī)械力作用使大分子鏈斷裂，氧對(duì)橡膠分子起化學(xué)降解作用，這兩個(gè)作用同時(shí)存在。 生膠的塑煉機(jī)械力作用對(duì)橡膠塑煉的直

14、接結(jié)果，就是使橡膠分子斷裂。造成橡膠分子斷裂的主要作用力，就是塑煉中的剪切力。橡膠大分子斷裂時(shí)有如下幾種特征： 1）主鏈斷裂的可能性側(cè)鏈 2）分子鏈中部斷裂可能性兩端 3）弱鍵斷裂的可能性強(qiáng)鍵 4）分子量大的橡膠分子斷裂的可能性分子量小的 結(jié)果：相對(duì)分子質(zhì)量下降、分子量分布變窄。生膠的塑煉氧的作用 1）機(jī)械力作用橡膠分子斷裂生成鏈自由基 2）橡膠鏈自由基與空氣中的氧作用發(fā)生氧化反應(yīng) 使斷裂后的分子喪失再聚合成大分子的可能 3）過氧化后的自由基活性很大引發(fā)其它橡膠分子為自由基一起參與到斷裂的過程 4）氧化后生成的過氧化物、環(huán)氧化物不穩(wěn)定容易發(fā)生分子重排分子進(jìn)一步斷裂分子量進(jìn)一步減小生膠的塑煉生膠

15、的塑煉溫度的作用低溫 機(jī)械力作用高溫 熱氧自動(dòng)催化氧化作用生膠的塑煉鏈引發(fā)：R-H+O2R+HOO鏈增長(zhǎng)：R+O2ROO；ROO+RHROOH+R鏈終止：ROOHRO+OHRCHO+ROH （R=R+R+C）高溫塑煉時(shí)，因?yàn)檠趸瘜?duì)相對(duì)分子質(zhì)量最大和最小部分同樣起作用，所以并不發(fā)生相對(duì)分子質(zhì)量分布變窄的情況。 生膠的塑煉靜電作用橡膠塑煉中，分子反復(fù)摩擦 表面帶電（電壓可達(dá)幾千、數(shù)萬伏） 引起高壓放電 放電使周圍空氣中的氧活化為原子態(tài)氧或臭氧 促使橡膠分子進(jìn)一步氧化斷裂。生膠的塑煉二、化學(xué)塑煉機(jī)理 在低溫和高溫塑煉過程中，加入化學(xué)增塑劑能加強(qiáng)氧化作用，促進(jìn)橡膠分子斷裂，從而增加塑煉效果。 自由基接

16、受型：如硫酚、苯酚和偶氮苯等。 引發(fā)型：如過氧化二苯甲酰和偶氮二異丁腈等。 混合型或鏈轉(zhuǎn)移型：如硫醇類和二鄰苯甲酰氨基 苯基二硫化物類。化學(xué)增塑劑生膠的塑煉 物料粘度高，剪切作用大，機(jī)械作用效果大溫度低 化學(xué)反應(yīng)速度低，化學(xué)作用效果小 物料粘度低，剪切作用小，機(jī)械作用效果小溫度高 化學(xué)反應(yīng)速度高，化學(xué)作用效果大結(jié)論：1）在較高和較低的溫度下塑煉，效果最好； 2）使用引發(fā)型塑解劑時(shí)，宜在較高溫度下塑煉； 使用接受型塑解劑時(shí)，宜在較低溫度下塑煉。生膠的塑煉4. 塑煉工藝 在橡膠工業(yè)中，應(yīng)用最廣泛的塑煉方法是機(jī)械塑煉法。用于塑煉的機(jī)械是開煉機(jī)、密煉機(jī)和螺桿式塑煉機(jī)。生膠的塑煉膠料的混煉二、膠料的混煉

17、混煉將可塑度合乎要求的生膠或塑煉膠與配合劑，在一定的溫度和機(jī)械力作用下混合均勻，制成性能均一、可供成型的混煉膠的過程。混煉的任務(wù)使各種配合劑都能均勻地分散在橡膠中，保證膠料的組成和各種性能均勻一致?；鞜挼某善坊鞜捘z。塑煉膠配合劑開煉機(jī)混煉膠混煉工藝混煉需借助強(qiáng)大機(jī)械力作用進(jìn)行。混煉設(shè)備主要是開煉機(jī)和密煉機(jī)。混煉時(shí)加料順序的基本原則： 先加塑煉膠（或具有一定可塑性的生膠）； 后加用量少的、難分散的配合劑； 再加用量多的、易分散的配合劑； 最后加硫磺等硫化劑。膠料的混煉（1）開煉機(jī)混煉適應(yīng)性強(qiáng)，可以混煉各種膠料；混煉后的膠料成片狀，直接可進(jìn)行后加工，不需輔助混煉；但生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，污染環(huán)境

18、。膠料的混煉開煉機(jī)混煉中最常用的投料順序是： 生膠 固體軟化劑 促進(jìn)劑、活性劑、防老劑 補(bǔ)強(qiáng)劑、填充劑 液體軟化劑 硫磺及超促進(jìn)劑對(duì)特殊配方要作特殊處理，例如：對(duì)于補(bǔ)強(qiáng)填充劑很多的配方，可以是補(bǔ)強(qiáng)填充劑與液體軟化劑分批交替加入，但不能一起加，以免粉劑結(jié)團(tuán)；對(duì)于硫磺含量高達(dá)30-50份的硬質(zhì)膠，應(yīng)先加硫磺，后加促進(jìn)劑。膠料的混煉（2）密煉機(jī)混煉混煉溫度高、壓力大；混煉容量大；效率高；自動(dòng)化程度高；勞動(dòng)條件改善。對(duì)溫度敏感的膠料不適合密煉；密煉后的膠料形狀不規(guī)則，還需配備開煉機(jī)補(bǔ)充加工。膠料的混煉密煉機(jī)混煉的投料順序：基本同開煉機(jī)混煉，但交聯(lián)劑和促進(jìn)劑須在密煉后的開煉輔助操作中加入。膠料的混煉橡膠制品的模型硫化混煉膠計(jì)量橡膠半成品加料閉模排氣保壓硫化脫模橡膠制品三、模型硫化工藝及硫化條件這一過程基本上與熱固性塑料的模壓成型相同，硫化工藝條件是硫化壓力、硫化溫度和硫化時(shí)間。平板硫化機(jī) 模具切成膠片標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣性能測(cè)試混煉膠橡膠加工平板硫化機(jī)平板硫化機(jī)模具模型硫化時(shí)，平板硫化機(jī)及模具