短纖維模壓料模壓成型工藝基本過程是:將一定量經(jīng)一定預(yù)處理的模壓料放入預(yù)熱的模具內(nèi),施加較高的壓力使模壓料填充模腔。在一定的壓力和溫度下使模壓料逐漸固化,然后將制品從模具內(nèi)取出,再進(jìn)行必要的輔助加工即得到產(chǎn)品。其簡要流程圖如圖所示:
1. 壓制前的準(zhǔn)備
(1)裝料量的計算
在模壓成型工藝中,對于不同尺寸的模壓制品要進(jìn)行裝料量的估算,以保證制品幾何尺寸的精確,防止物料不足造成廢品,或者物料損失過多而浪費(fèi)材料。常用的估算方法有①形狀、尺寸簡單估算法,將復(fù)雜形狀的制品簡化成一系列簡單的標(biāo)準(zhǔn)形狀,進(jìn)行裝料量的估算;②密度比較法,對比模壓制品及相應(yīng)制品的密度,已知相應(yīng)制品的體積,即可估算出模壓制品的裝料量;③注型比較法,在模壓制品模具中,用樹脂、石蠟等注型材料注成產(chǎn)品,再按注型材料的密度、重量及制品的密度求出制品的裝料量。
(2)脫模劑的涂刷
在模壓成型工藝中,除使用內(nèi)脫模劑外,還在模具型腔表面上涂刷外脫模劑,常用的有油酸、石蠟、硬脂酸、硬脂酸鋅、有機(jī)硅油、硅脂等。所涂刷的脫模劑在滿足脫模要求的前提下,用量盡量少些,涂刷要均勻。一般情況下,酚醛型模壓料多用有機(jī)油、油酸、硬脂酸等脫模劑,環(huán)氧或環(huán)氧酚醛型模壓料多用硅脂和有機(jī)硅油脫模劑。
(3)預(yù)壓
將松散的粉狀或纖維狀的模壓料預(yù)先用冷壓法壓成重量一定、形狀規(guī)整的密實(shí)體。采用預(yù)壓作業(yè)可提高生產(chǎn)效率、改善勞動條件,有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高。
(4)預(yù)熱
在壓制前將模壓料加熱,去除水分和其它揮發(fā)份,可以提高固化速率,縮短壓制周期;增進(jìn)制品固化的均勻性,提高制品的物理機(jī)械性能,提高模壓料的流動性。
(5)表壓值的計算
在模壓工藝中,首先要根據(jù)制品所要求的成型壓力,計算出壓機(jī)的表壓值。成型壓力是指制品水平投影面上單位面積所承受的壓力。它和表壓值之間存在的函數(shù)關(guān)系:
在模壓成型工藝中,成型壓力的大小決定于模壓料的品種和制品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度,成型壓力是選擇壓機(jī)噸位的依據(jù)。
2.壓制工藝
(1)裝料和裝模
往模具中加入制品所需用的模壓料過程稱為裝料,裝料量按估算結(jié)果,經(jīng)試壓后確定。裝模應(yīng)遵循下列原則:物料流動路程最短;物料鋪設(shè)應(yīng)均勻;對于狹小流道和死角,應(yīng)預(yù)先進(jìn)行料的鋪設(shè)。
(2)模壓溫度制度
模壓溫度制度主要包括裝模溫度、升溫速率、成型溫度和保溫時間的選擇。
(a)裝模溫度
裝模溫度是指將物料放入模腔時模具的溫度,它主要取決于物料的品種和模壓料的質(zhì)量指標(biāo)。一般而言,模壓料揮發(fā)份含量高,不溶性樹脂含量低時,裝模溫度較低。反之,要適當(dāng)提高裝模溫度。制品結(jié)構(gòu)復(fù)雜及大型制品裝模溫度一般宜在室溫~90℃范圍內(nèi)。
(b)升溫速率
指由裝模溫度到最高壓制溫度的升溫速率。對快速模壓工藝,裝模溫度即為壓制溫度,不存在升溫速率問題。而慢速模壓工藝,應(yīng)依據(jù)模壓料樹脂的類型、制品的厚度選擇適當(dāng)?shù)纳郎厮俾省?/div>
(c)成型溫度
樹脂在固化過程中會放出或吸收一定的熱量,根據(jù)放熱量可判斷樹脂縮聚反應(yīng)的程度,從而為確定成型溫度提供依據(jù)。一般情況下,先確定一個比較大的溫度范圍,再通過工藝—性能試驗選擇合理的成型溫度。成型溫度與模壓料的品種有很大關(guān)系。成型溫度過高,樹脂反應(yīng)速度過快,物料流動性降低過快,常出現(xiàn)早期局部固化,無法充滿模腔。溫度過低,制品保溫時間不足,則會出現(xiàn)固化不完全等缺陷。
(d)保溫時間
指在成型壓力和成型溫度下保溫的時間,其作用是使制品固化完全和消除內(nèi)應(yīng)力。保溫時間的長短取決于模壓料的品種、成型溫度的高低和制品的結(jié)構(gòu)尺寸和性能。
(e)降溫
在慢速成型中,保溫結(jié)束后要在一定壓力下逐漸降溫,模具溫度降至60℃以下時,方可進(jìn)行脫模操作。降溫方式有自然冷卻和強(qiáng)制降溫兩種??焖賶褐乒に嚳刹徊捎媒禍夭僮?,待保溫結(jié)束后即可在成型溫度下脫模,取出制品。
(3)壓力制度
壓力制度包括成型壓力、合模速度、加壓時機(jī)、放氣等。
(a)成型壓力
成型壓力是指制品水平投影面積上所承受的壓力。它的作用是克服物料中揮發(fā)物產(chǎn)生的蒸汽壓,避免制品產(chǎn)生氣泡、分層、結(jié)構(gòu)松散等缺陷,同時也可增加物料的流動性,便于物料充滿模具型腔的各個角落,使制品結(jié)構(gòu)密實(shí),機(jī)械強(qiáng)度提高。
成型壓力的選擇取決于兩個方面的因素:a模壓料的種類及質(zhì)量指標(biāo)。如酚醛模壓料的成型壓力一般為30~50MPa,環(huán)氧酚醛模壓料的成型壓力為5~30MPa,b制品結(jié)構(gòu)形狀尺寸。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,壁厚較厚的制品,其成型壓力要適當(dāng)增加。外觀性能及平滑度要求高的制品一般也選擇較高的成型壓力。
(b)合模速度
裝模后,上下模閉合的過程稱為合模。上模下行要快,但在與模壓料將接觸時,其速度要放慢。下行快,有利于操作和提高效率;合模要慢,有利于模內(nèi)氣體的充分排除,減少氣泡、砂眼等缺陷的產(chǎn)生。
(c)加壓時機(jī)
合模后,進(jìn)行加壓操作。加壓時機(jī)的選擇對制品的質(zhì)量有很大的影響。加壓過早,樹脂反應(yīng)程度低,分子質(zhì)量小,粘度低,樹脂在壓力下易流失,在制品中產(chǎn)生樹脂集聚或局部纖維裸露。加壓過遲,樹脂反應(yīng)程度高,粘度大,物料流動性差,難以充滿模腔,形成廢品。通常,快速成型不存在加壓時機(jī)的選擇。
(d)卸壓排氣
將物料中殘余的揮發(fā)物、固化反應(yīng)放出的低分子化合物及帶入物料的空氣排除過程稱為排氣。其目的是為了保證制品的密實(shí)性,避免制品產(chǎn)生氣泡、分層現(xiàn)象。
(4)制品后處理
制品后處理是指將已脫模的制品在較高溫度下進(jìn)一步加熱固化一段時間,其目的是保證樹脂的完全固化,提高制品尺寸穩(wěn)定性和電性能,消除制品中的內(nèi)應(yīng)力,減少制品變形。有時也可根據(jù)實(shí)際情況,采用冷模方法,矯正產(chǎn)品變形,防止翹曲和收縮。
在模壓制品定型出模后,為滿足制品設(shè)計要求還應(yīng)建立毛邊打磨和輔助加工工序。毛邊打磨是去除制品成型時在邊緣部位的毛刺飛邊,打磨時一定要注意方法和方向,否則,很有可能把與毛邊相連的局部打磨掉。
對于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品,往往還需進(jìn)行機(jī)械加工來滿足設(shè)計要求。模壓制品對機(jī)加工是很敏感的。如加工不當(dāng),很容易產(chǎn)生破裂、分層。
3.典型配方模壓成型工藝
選定何種工藝主要取決于模壓料類型,此外還應(yīng)考慮生產(chǎn)效率及制品結(jié)構(gòu)、尺寸性能要求等。慢速成型工藝見表1,快速模壓成型工藝見表2:
4.短纖維模壓料制品常見缺陷及其原因
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