近年,壓塑工藝應(yīng)用于熱固性摻混料,如脲醛塑料、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、蜜胺樹脂和橡膠中。盡管有一些材料可注射成型,但采用壓塑工藝仍非常普遍。壓鑄用材料較壓塑用材料要求可塑性更軟。許多熱固性材料具有高抗沖級(1.0ft一lb)和良好缺口沖擊強度的保持性,只有在極限壓力下才會流動。
壓塑
熱固性材料的壓塑成型的明顯優(yōu)點是系統(tǒng)簡單。將材料置入一加熱型腔,保壓至所要求團化時間。因工藝過程簡單,費用少。添加劑和增強劑無規(guī)則,并能得到較好強度。由于無澆口和流道,不浪費材料,模具幾乎也不用維修。零件的統(tǒng)一性好,無鑄口和流痕,減少了修飾成本。根據(jù)制品結(jié)構(gòu)和所用的塑料應(yīng)用特點,可采用全壓式模具、半壓式模具和閉模(可參見有關(guān)壓塑模具方面的文章)。
設(shè)備:簡單也是壓塑設(shè)備的主要特點。兩半壓板結(jié)合在一起,加溫,加壓,將材料制成預(yù)定形狀。多數(shù)壓塑過程采用液壓操作;也有采用氣動操作的。上下兩壓板在壓力之下在4個角柱上上下移動。根據(jù)壓塑設(shè)備的大小,壓力一般為20—1000噸。壓板的大小一般為8英寸2到5英尺2。
在加料和固化以后的脫模方面存在不同自動化程度,常用最現(xiàn)代的液壓機進行。以前的簡單系統(tǒng)有溫度控制、壓力控制、停壓控制和時間控制?,F(xiàn)代設(shè)備采用更高級的微處理機控制。對于較薄的制品,在板中可用加熱筒或帶式加熱器。對較深的制件,需要用筒形電加熱器、蒸汽加熱或熱油系統(tǒng)加熱。有數(shù)種用于壓塑中的加熱體系:用蒸汽加熱模溫均勻,但加熱溫度限在350°F以下;套筒加熱或其它加熱(加熱盤管、加熱帶等)比較干凈,易于保養(yǎng),用得比較普及;熱油加熱,由于加熱介質(zhì)循環(huán)穩(wěn)定,所以加熱均勻?,F(xiàn)在又有許多新加熱方法,熱水加熱,類似于熱油加熱,加熱介質(zhì)一水一氣體燃燒連續(xù)循環(huán),可提供更高的壓塑溫度。
增強改性高分子材料工業(yè)發(fā)展迅速,要求壓塑工業(yè)有新改進。模塑增強塑料用兩個模具:陽模(模塞)和陰模(模腔)。當(dāng)模具充滿增強材料時,對模的兩半熱模具閉合,然后加熱、加壓固化得到產(chǎn)品。相配合的模具復(fù)雜性變化很大,可用鋁、塑料或鋼制做。
輕質(zhì)材料制做起來比較便宜,一般用于短期生產(chǎn)如“冷模塑”。冷模塑用室溫固化樹脂,但仍使用模具和壓塑液壓機。長期生產(chǎn)用硬化鋼模具比較合算,對截坯口可提供較好的剪切性能和優(yōu)良的光潔度。這些壓塑鋼模采用機械上適配的截坯口,通常面對合模區(qū)。用這種對模的金屬模具,其制品表面均勻,光潔度好。閉模工藝用于壓塑成型、壓鑄成型、注射成型及一些可沖壓的增強復(fù)合材料。
一些熱塑材塑料可壓塑模塑,但一般還是用預(yù)摻混的熱固性樹脂如BMC(預(yù)制整體模塑料)、SMC(片料成型模塑料)、TMC(厚模塑料)、氈片成型等。
氈片成型有時叫濕成型復(fù)合材料,在液壓機的作用下將增強材料和樹脂結(jié)合在一起。經(jīng)常在模中放置氈片,將樹脂傾倒在加強材料上。在加壓過程中樹脂充滿模腔時加強材料固定不動。
若制件有嚴(yán)重的異形或斜度,有必要進行預(yù)成型。多數(shù)氈片和預(yù)成型制州在投影面積上需要加 150—200磅/英寸2的模壓力。
預(yù)摻混料,如SMC,預(yù)浸樹脂,填料、催化劑和增強料切割成一定大小隊片狀,再加入熱的模具中(一般300—400°F ),在1000~2000磅/英寸2壓力下模塑。
用于SMC的較新的壓塑設(shè)備的總循環(huán)周期可少于一分鐘(從頭到尾)。已經(jīng)發(fā)展了用特殊的液壓裝置推回壓塑機中料筒,自動控制壓板的水平度。
增強塑料,如 SMC,用金屬對模壓塑光潔度好,這對制件的表面很重要。在加工時有時出現(xiàn)纖維狀的收縮。
用內(nèi)模涂層的方法可改進表面光潔度。BMC的壓塑過程是最老的預(yù)摻混后的模塑過程之一。
填料(木屑、礦物料、纖維素等)的摻混混合是在葉片形的混合器中進行的。將一批料裝入300~400°F的模具中.在500磅/英寸2壓力下模塑。因用料廉價,所以原料成本低。不過由于在模塑過程中纖維的定向性降低了機械強度。
高速壓塑,即增強熱塑性塑料片材的沖壓,用途廣泛。玻璃氈片和聚丙烯相配合用于可沖壓的塑料,其循環(huán)周期 低于40秒。生坯送至對流爐中加熱。加熱以后,毛坯放入壓塑模具中,這一過程用新的壓塑機速度可達(dá)1400英寸/分鐘。以 75英寸/分鐘(比 SMC的壓塑過程快約3倍)加壓進料。根據(jù)市場的要求,有些新的可沖壓塑料,表面光潔度好,并且具有可涂布性。模塑壓力一般1噸/英寸2。傳統(tǒng)的壓塑工藝近幾年一直呈增長的趨勢。在空間技術(shù)和國防方面的應(yīng)用正在使這種工藝向其難點沖擊。
在SMC、BMC、TMC、熱塑性片材的 沖壓、增強材料的摻混和壓塑機械方面 的發(fā)展迅速增長,以適應(yīng)工業(yè)的新要求。
一些先進的摻混料的壓塑主要是在空間技術(shù)和國防應(yīng)用方面發(fā)展迅速。工具和模具的新概念及高溫(達(dá)1200°F)模塑機,使石墨一碳纖維復(fù)合材料得以發(fā)展,代替了現(xiàn)有的金屬鑄件。
高溫硅樹脂正用作高壓介質(zhì)。復(fù)合材料做的片層用于壓塑模中。現(xiàn)在,材料和生產(chǎn)成本已使該工藝更加適于空間技術(shù)市場,這類硅樹脂也很快轉(zhuǎn)向汽車領(lǐng)域。
壓鑄
在壓鑄工藝中,熱固性樹脂料加入一單獨的料腔,常叫料槽,然后強制送入一個或多個閉模中進行聚合(固化)。
料道,也叫注道和流道,使物料從料槽流向模腔,進入模腔之前經(jīng)過限流器或澆口。很多模腔具有單一料槽。料腔中的空氣被進來的物料所置換,并通過一特別放置的排氣口排出。
當(dāng)物料置入料槽中時,在一緊湊的測量裝置中測料量,然后預(yù)熱到接近聚合溫度。一次只加入足夠一次的注塑量。
將預(yù)熱的原料送出料槽的力再將其送往一注料器,該注料器緊接裝在料槽上,以防止從活塞和料槽邊之間的縫隙中漏料。通常將密封套卡進注料器以進一步防漏。
料槽、注料器、澆口、流道和模腔的表面維持可使原料迅速固化的一定溫度,根據(jù)物料性質(zhì)、模具的設(shè)計和制件的幾何形狀該溫度為280~380°F。
在壓鑄物達(dá)到固化期的終點時,將該次完整的壓鑄物進行脫模,包括脫除澆口、流道、注道和料槽中形成固化料墊(叫做殘料)。
在壓鑄中,物料的預(yù)熱很重要。冷料流動緩慢,先進入模腔的料尚未到其終點,即可能聚合。若發(fā)生上述情況,產(chǎn)品質(zhì)量低劣,不僅是外觀,也體現(xiàn)于機械性能。有些例外,如一次注射量很少,或一些低粘度的物料??捎眉訜釤艋驙t子加熱,但有效而常用的方法是用專為塑料模塑制做的介電加熱器。
現(xiàn)在也常用熱固性材料的螺桿式塑化加熱。
這種設(shè)備可以與模塑設(shè)備結(jié)合在一起,也可以是獨立的,具有減少體積和對進料量測定準(zhǔn)確的優(yōu)點,在其它系統(tǒng)中必須與預(yù)成型相結(jié)合。
壓鑄模的種類
“整體料槽壓鑄”一詞最先被使用,是因為料槽和注料桿是作為模具的整體做在一起的。最常用的是圓形料槽,也可能用其它形狀的以適應(yīng)特殊澆口的要求,以少產(chǎn)生廢料。
一種簡單的壓塑型壓機可和壓鑄機一起使用。整體料槽模框是料槽在中間的三板型的。送料注桿安裝在模框的頂部,模腔在底部。
料槽占的面積至少比模腔段中總合模面積(與塑料材料接觸的水平面)大10%。這樣可防止多余的合模力引起模子溢料。
材料固化以后,通過移動脫模桿的壓力將制件脫模,但廢料和注道殘料仍被一個或多個模塑的“鴿尾”保持在注料桿的底部。
用木桿或軟錘除去廢料和的進行清模。
在用單料槽產(chǎn)生大的廢料時,有時可用雙料槽向多模腔供料。這時,盡管兩份料槽的重量盡稍微不等,仍需用一橫板去平衡每一料槽中的壓力。
壓料桿式壓鑄模具也叫注料桿式模具,它用一輔助壓力柱塞強迫注料桿進入料槽(或料筒),從料槽中將料取出移到模腔中。壓鑄壓力和壓鑄速度容易控制,與合模壓力無關(guān)。
壓料塞式壓鑄模具中料槽的大小(決定廢料的大小)只需要大到和深到足以滿足正好加料量即可。
最大料槽面積由壓鑄機的輔助柱塞給予的力(以噸計)和被3.5整除來確定。這可保證3.5噸/英寸2的壓力用作模塑壓力,對于大多數(shù)壓鑄級料的配方,該壓力是足夠的。
輔助柱塞通常裝在較上部的固定壓板的上面,向下作用。沖壓柱塞使下模板向上移動閉模。當(dāng)模夾緊以后,原料裝入料槽,輔助柱塞施加力。合模柱塞和輔助柱塞施加的力比,一般為3:1或4:1。
料固化后,輔助柱塞退回,壓鑄機打開。模塑制件、廢料、流道冷料同時被脫模桿送出。
這種鑄塑模的一種變形是三板注料桿式壓鑄模具,其中有一浮動的流道板將物料分配到直接向模腔供料的料道中。
該法適用于合模線不能開流道的地方,或在合模線平面上移動型芯、制件非常不規(guī)則而十?dāng)_侃邁布置的地萬。
特殊設(shè)計的壓鑄機有以下幾種類型:
1)底擠料桿壓鑄模具裝在壓鑄機中,其中輔助柱塞安裝在主合模柱塞中,若一個或多個壓鑄單元之間有足夠的空間,則該輔助柱塞安裝在下壓板上。這種方法的優(yōu)點在于,模具打開時可向料槽中裝料。這種設(shè)計比在向料槽裝料之前等待閉模的設(shè)計稍快。并且輔助柱塞的沖程可縮短,每一循環(huán)可節(jié)約數(shù)秒鐘的時間。用上述壓鑄機可用頂柱塞注料桿式壓鑄模具,但預(yù)壓料錠要對準(zhǔn),以保證材料很好地進人料槽,否則閉模困難。
2)帶有向多個料槽供料的多輔助柱塞的壓鑄機,具有可充多個模腔、不產(chǎn)生廢料和不需要效率低的長而彎曲的流道。
3)小型的用粉料的壓鑄機可自動壓鑄,可以水平操作也可垂直操作,有與合模柱塞垂直的輔助柱塞,用于原料的合模線注料。
4)對預(yù)制整體模塑料(BMC),通常為玻璃纖維填充的聚酯,有水平式壓鑄機,帶有供料附件可將料壓實,再送往壓鑄料筒。
5)壓鑄機是熱固性樹脂注塑模塑機的原型。這種機器將螺桿塑化和預(yù)熱模具結(jié)合在一起。
預(yù)熱后的料送往模塑合模線處或緊格有??h下面的慶鑄料筒中。