模压成型工艺及其优势

模压成型也称压缩模塑，它是将粉状、粒状、碎屑状或纤维状的树脂原料放入加热的阴模模槽中，合上阳模后加热使其熔化，并在压力作用下使物料充满模腔，形成与模腔形状一样的模制品，再经加热（使其进一步发生交联反应而固化）或冷却（对热塑性塑料应冷却使其硬化），脱模后即得制品。

压缩模塑主要用于热固性塑料制品的生产。对于热塑性塑料由于模压时模具需要交替地加热与冷却，生产周期长，一般不用，只有在模压较大平面的塑料制品时才采用。

（一）模压成型的工艺过程

热固性塑料模压制品的完整过程，通常由物料准备、成型和制品后处理三个阶段组成。

1.物料准备成型前物料的准备主要是对物料进行预压和预热。

将散状（粉状、碎屑状和纤维状等）模压料在室温或稍高于室温的条件下，加压模制成质量一定、形状规则的锭片或坯件的操作称为预压。预压操作可在专用的锭片机上模制锭片，也可在通用塑料液压机上用专门的预压模具压成与制品形状相近的坯件。散状料经过预压后，一是可以减小成型模具加料室容积，从而简化模具结构和减小模腔尺寸；二是可避免粉料的粉尘飞扬，有利于改善成型车间的卫生条件；三是可提高往模腔加料的准确性，有助于降低因加料量不准确而造成的制品报废；四是改善了预热和热压时的传热条件，有利于缩短预热和热压时间。

为了提高制品的质量和便于模压的进行，在模压前还通常对物料进行加热，以除去水分为目的的加热称为干燥，以提供热料便于模压为目的则称为预热，在很多情况下加热的目的常是两者兼有。

采用经过预热的模压料成型制品，一是可以提高物料在成型条件下的流动性，有利于降低成型压力、减小模具磨损和因流动性过低而造成的制品报废；二是缩小了成型物料与热成型模具的温差，缩短了物料加热到成型温度的时间，并使模腔内物料各处的温度不均一性减小，有利于缩短成型周期、减小制品中的内应力和提高其尺寸稳定性。

2.成型成型是热固性塑料模压制品生产的关键阶段，模压制品的质量和生产效率在很大程度上与这一阶段工艺控制是否得当有关。模压法成型制品是一个间歇式操作过程，每成型一个制品都要依次经过加料、闭模、排气、固化、脱模和清理模具等一系列操作。图10-52是热固性塑料模压成型工艺过程示意图。

（1）加料：往模具内加入规定量的塑料模压料，加料多少直接影响着制品的密度与尺寸等。加料量多则制品毛边厚，尺寸准确性差，难以脱模，并可能损坏模具；加料少则制品不紧密，光泽差，甚至造成缺料而产生废品。加料可用重量法、容量法、计算法三种。

（2）闭模：加完料后即使阳模和阴模相闭合，闭模时先用快速，待阴模、阳模快要接触时改为慢速。先快后慢的操作法有利于缩短非生产时间，防止模具擦伤，避免模槽中原料因合模过快而被空气带出，甚至使嵌件移位，成型杆或模腔遭到破坏。待模具闭合即可对原料加热加压。

图10-52　热固性塑料模压成型工艺过程示意图

1-自动加料装置　2-料斗　3-上模板　4-阳模　5-压缩空气上、下吹管　6-阴模　7-下模板　8-顶出杆

（3）排气：模压热固性树脂时，常有水分和低分子物放出，为了排除这些低分子物、挥发物及模内空气等，在模腔内树脂反应进行至适当时间后，可卸压松模很短时间以排气。排气操作能缩短固化时间和提高制品的物理-力学性能，避免制品内部出现分层和气泡；但排气过早、过迟都不行。过早达不到排气的目的；过迟则因物料表面已固化气体排不出。

（4）固化：热固性树脂的固化是在模压温度下保持一段时间，以便树脂的缩聚反应达到要求的交联程度，使制品具有所要求的物理-力学性能。固化速率不高的树脂也可在制品能够完整地脱模时固化就暂告结束，然后再在后处理时完成全部固化过程，以提高设备利用率。模内固化时间一般30s至数分钟不等，多数不超过30min。固化时间取决于树脂的种类、制品的厚度、预热情况、模压温度和模压压力等。固化时间过长或过短对制品性能都有影响。

（5）脱模：脱模通常是靠顶出杆来完成的，带有成型杆或某些嵌件的制品应先用专门工具将成型杆等拧脱，而后再进行脱模。

（6）模具吹洗：脱模后，通常用压缩空气吹洗模腔和模具的模面，如果模具上的固着物较紧，还可用铜刀或铜刷清理，甚至需要用抛光剂拭刷等。

3.制品后处理为改善热固性塑料模压制品的外观和内在质量，或为弥补成型之不足，常需在成型后对模压制品进行后处理，生产中常见的后处理是涂漆烘烤与热处理。

模压制品在去毛边和机械加工之后，被破坏的表面既不美观，又会因吸湿而使制品在使用过程中出现尺寸变化和电绝缘性能下降。为此，需要在模压制品表面涂漆。涂漆前要对制品表面进行净化处理，然后用浸涂或刷涂的方法上漆。浸涂法上漆的生产效率高，但只适用于小型不带金属嵌件且无高精度配合孔的制品；刷涂法上漆的加工效率低，适用于形状复杂和带有金属嵌件的制品。

热固性塑料模压制品的热处理，也称后烘处理，是将制品置于适当温度下加热一段时间，然后随加热装置一起缓慢冷却至室温。模压制品经过热处理后，其固化更趋完全，水分及其他挥发物的含量减少，成型过程中产生的内应力得以降低或消除，有利于稳定制品的尺寸，提高其耐热性、电绝缘性和强度等。热处理可按一次升温和分段升温两种方式进行，前者指一次就将加热装置连续升温到预定的热处理温度；后者指加热装置分段升温到预定的热处理温度，而且每升高一段温度，都要在该段温度下恒温一定时间，故这种升温方式的热处理，也称阶梯式升温处理。形状简单和尺寸较小的制品多采用一次升温式热处理；形状复杂、厚壁和较大尺寸的制品，采用阶梯式升温可取得更好的热处理效果。热处理温度一般应比成型温度高10～50℃，热处理时间则依树脂的品种、制品的结构和壁厚而定。

（二）影响模压成型的工艺因素(www.xing528.com)

热固性树脂在成型加工过程中，不仅有物理变化，而且还进行复杂的化学交联反应。模压温度、压力、模压时间是影响制品质量的重要工艺因素。

1.温度和热塑性树脂不同，成型热固性树脂的模具温度更为重要。模温是指模压时所规定的模具温度，它是影响树脂流动、充模，并最后固化成型的主要因素。它决定了成型过程中，聚合物交联反应的速度，从而影响制品的最终性能。

成型物料受热作用时，其黏度或流动性会发生很大变化，这种变化是受热时聚合物黏度降低、流动性增加和由交联反应引起的黏度增大、流动性降低两种物理和化学变化的总结果。也就是说，表示流动性大小的流量与温度关系曲线先增后减，具有峰值，如图10-53所示。因此，在闭模后，迅速增大成型压力，使物料在温度还不很高而流动性又较大时，流满模腔各部分是非常重要的。流量减小反映了聚合物交联反应进行的速度，峰值过后曲线斜率最大的区域，交联速度也最大，此后流动性逐渐降低。从图10-54中也可看出，温度升高能加速树脂在模腔中的固化速率，缩短固化时间，因此高温有利于缩短模压周期。但过高的温度会因固化速率太快而使物料流动性迅速降低，引起充模不满，特别是模压形状复杂、壁薄、深度大的制品，这种弊病最为明显；温度过高还可能引起色料变色、有机填料等的分解，使制品表面颜色黯淡；同时高温下外层固化要比内层快得多，以致内层挥发物难以排除，这不仅会降低制品的力学性能，而且在模具开启时，会使制品发生肿胀、开裂、变形和翘曲等。因此，在模压厚度较大的制品时，往往不采用提高温度，而是采用在降低温度的情况下用延长模压时间来进行。但温度过低时不仅固化慢，而且效果差，也会造成制品灰暗，甚至表面发生肿胀，这是由于固化不完全的外层受不住内部挥发物压力作用的缘故。一般经过预热的物料进行模压时，由于内外层温度较均一，流动性较好，故模压温度可高些。

图10-53　热固性树脂流量与温度关系

图10-54　热固性树脂在不同温度下的流动-固化曲线

温度：T1＞T2＞T3＞T4＞T5；

固化时间：t1＜t2＜t3＜t4＜t5

2.模压压力模压压力是指压机作用于模具上的压力。它的作用是：使物料在塑模中加速流动；增加制品的密实度；克服树脂在缩聚反应中放出的低分子物及其他挥发成分所产生的压力，避免出现肿胀、脱层等缺陷；使模具紧密闭合，从而使制品具有固定的尺寸、形状和最小毛边；防止制品在冷却时发生形变。

成型所需模压压力可用下式计算：

式中：pg为主油缸的油压即压力表上读出的压力，MPa；R和D分别为主油缸柱塞的半径和直径，mm；Am为模具型腔在受压方向上的投影面积，mm2。

如果不考虑压机因摩擦等原因损失的压力时，则调节油泵回路可控制油缸指示压力pg，从而得到所需的成型压力pm。

模压压力的大小不仅取决于树脂的种类，而且与模温、制品的形状以及物料是否预热等因素有关。对一种物料来说，流动性越小，固化速度越快以及物料的压缩率越大时，所需模压压力应越大；模温高、制品形状复杂、深度大、壁薄和面积大时，所需模压压力也越大；反之，所需模压压力低。一般来说，增大模压压力，除增大物料的流动性以外，还使制品更紧密，成型收缩率降低、性能提高；但模压压力过大对模具使用寿命有影响，并增大了设备的功率消耗；过小的压力则不足以克服交联反应中放出的低分子物的膨胀，也会降低制品的质量。为减小和避免低分子物的这种不良作用，在闭模压制很短时间后，采取卸压放气措施，如图10-55所示。

3.模压时间模压时间也称压缩模塑保压时间，是指模具完全闭合后到模具开启之间物料在模腔内受热进行固化的时间。在成型过程中模压时间的主要作用是使已取得模腔形状的树脂有足够的时间完成固化定型。

合适的模压时间与树脂的类型组成、制品的形状、壁厚、模具的结构、模压温度和模压压力的高低、预压和预热条件以及成型时是否安排有卸压排气等多种因素有关。在所有这些因素中，以模压温度、制品壁厚和预热条件对模压时间的影响最为显著。合适的预热条件，可加快物料在模腔内的升温过程和填满模腔的过程，因而有利于缩短模压时间。物料在模腔内所需的最短固化时间，与模压温度和制品壁厚的关系如图10-56所示，由图可以看出，提高模压温度时，模压时间随之缩短；而增大制品壁厚时，需相应延长模压时间。

在模压温度和模压压力一定时，模压时间就成为决定制品质量的关键因素。模压时间如果过短，制品未能固化完全，机械性能差、外观缺乏光泽、容易出现翘曲变形与肿胀。适当延长模压时间，不仅可使制品避免出现上述缺陷，还有利于减小制品的收缩率，并可使其耐热性、强度和电绝缘性能等有所提高。但过分延长模压时间，不仅使生产效率降低，能耗增大，而且会因树脂过度交联而导致成型收缩率增大，从而使树脂与填料间产生较大的内应力。因模压时间过长而引起的过度固化，也常常是制品表面发暗、起泡和出现裂纹的重要原因。

图10-55　热固性树脂成型周期中的压力变化

A-加料　B-闭模　C-加压　D-放气　E-卸压　F-脱模

图10-56　最短固化时间与成型温度、壁厚的关系

壁厚为：1-3.4mm　2-6.4mm　3-9.5mm　4-12.7mm