酚醛模塑粉的性能特点与成型技术

1.酚醛模塑粉（碎屑料）的性能

（1）酚醛模塑粉的分类 酚醛模塑粉是由各类酚醛树脂与填充料配制而成的填充改性酚醛粉状塑料，主要供模压、挤塑、注射成型用，共可分12类，见表11-11。

表11-11 酚醛模塑粉的分类及代号

模塑粉料型号标注方法按标准规定分为四部分：第一字母表示类别（用符号表示），第二部分表示填料种类（见表11-12），第三部分表示树脂含量（见表11-13），第四部分表示树脂组成（见表11-14）。如果是注射料，则尾号用Z表示，非注射料不标注。

示例：模塑粉料用于绝缘制品，填料为木粉，树脂含量>50%～55%（质量分数），树脂组成为苯胺、苯酚、甲醛，用于注射成型的料，其标注型号为U1601-Z，如果是模压料，则型号为U1601。

表11-12 填料种类的数字表示

注：1.含有两种填料的产品，一般以复合填料的符号（6或7）表示；若其中某种填料的质量占填料总质量的60%以上时，则应以该种填料的符号表示。

2.含有三种或三种以上填料的产品，一般以复合填料的符号（6或7）表示；若其中某种填料的质量占填料总质量的50%以上时，则应以该种填料的符号表示。

表11-13 树脂含量（质量分数）的数字表示

（2）各类酚醛模塑粉的性能及用途 各类酚醛模塑粉的性能及用途见表11-15。各类酚醛模塑粉的性能数据见表11-16～表11-22。

（3）酚醛碎屑模压料的性能 由酚醛树脂或聚乙烯醇缩丁醛等改性酚醛树脂浸渍小碎块、小纸块、小木块等碎屑料，经烘干后配制成的塑料称为酚醛碎屑模压塑料，主要用于模压成型加工制品。其力学性能、抗冲击性、耐热及耐磨性优于通用塑粉料，电绝缘性、耐蚀性差，常用作有强度、抗冲击性、韧性要求的机械零件，其性能见表11-23。

表11-14 树脂组成的数字表示

表11-15 各类酚醛模塑粉的性能及用途

（续）

表11-16 电气类（D）PF模塑粉的性能

表11-17 绝缘类（E）PF模塑粉的性能

（续）

表11-18 耐湿类、耐酸类、无氨类PF模塑粉的性能

表11-19 耐高电压、耐高频PF模塑粉的性能

（续）

表11-20 耐冲击、耐热类PF模塑粉的性能

表11-21 PF特种类及耐电弧类模塑粉的性能

表11-22 PF注射模塑粉的性能

①括号内数值为吸水性/(mg/cm3)。

②括号内数值为缺口冲击强度/(J/cm²)。

表11-23 酚醛碎屑模压料的性能

2.模塑粉成型加工

酚醛模塑粉主要用于模压成型（又称压缩成型）、挤塑成型和注射成型等工艺加工中小型机电零件。不同成型工艺应选用相应的流动性品级的物料。热固性塑料的流动性以拉西格流动性为计量指标，单位为mm，数值大表示流动性好。通常模压成型料拉西格流动性<150mm，挤塑成型料拉西格流动性为150～200mm，注射料拉西格流动性>200mm。对每一种塑料通常分为三个不同流动性等级，供不同成型制品选用。如酚醛一般工业电气用模压料D141，其拉西格流动性范围为100～180mm，一般分为100～130mm、131～150mm和151～180mm三个等级。一般加工面积大、嵌件多、型芯及嵌件细弱、有窄槽或薄壁及复杂形状制品选用流动性大的品级。同时，为了保证每批次塑料流动性相同，在实际生产中也常将不同批次的料混合后使用。此外，用料的粒度应均匀。粒度不匀会导致物料加热固化不匀，粒度太细预热时均匀性差，粉尘污染严重；粒度太粗，制品不光泽，还会出现麻斑凹痕，预热时间也长。

（1）模压成型 模压成型是最常用的成型方法，成型设备用液压机及压缩成型模具。成型时将粉料加入模腔中，上下模合模后在压机中将粉料加热、加压，使物料熔化填充型腔并进行固化反应，压成与型腔形状相同的制品，固化后即可脱模。其成型工艺过程可分为预压、预热、固化成型、脱模、清理制品和后处理等工序，如图11-1所示。

图11-1 模压成型工艺过程

1）预压（又称压锭）是用专用压锭模具将松散的粉料在液压机（或专用压锭机）内冷压成一定形状（或与制品相似形状）的型坯的操作工序。预压加工的作用，首先是可降低粉料的压缩率，提高流动性及生产率；其次是可准确计量加料量降低加料腔深度，节省原料，减少飞边，提高制品质量；第三是减少粉尘污染，改善粉料加工的工作环境。该工序常用于大量生产或加工较大、较深的制品。

2）预热。模压用粉料需在压机的加热板上或用烘箱、红外线灯、高频预热机等设备进行预热，且保持一定的预热时间。其作用是为了去除物料中水分及挥发物，提高物料流动性，可降低成型压力40%～60%，减少模具磨损，促进固化反应，提高生产率及制品质量。但预热温度及时间要适当，温度高、时间长物料会提前发生固化反应，降低流动性，不利于填充成型，制品固化不匀影响质量；温度低、时间短物料干燥不充分，制品内会产生气泡，组织疏松，挥发物含量大还会导致性能下降、制品变形等各种弊端。

3）加料。加料前必须清理模腔，涂刷脱模剂，正确安装嵌件（嵌件应预热后），模具应升温到预定温度。完成这些工序后，取出预热料立即迅速地铺置在模腔中加热加压。加料时要准确计量物料（如按制品质量），加料过多会导致溢料多，飞边大，浪费材料，加料量少会导致制品组织疏松或制品缺料不完整。加料量会直接影响制品尺寸、密度、成本及合格率。同时，需要按型腔形状合理铺设料厚，如不易填充料的部位先多加一些料，嵌件周围也应多加料，且应压紧，防止压制时冲击嵌件发生位移。

4）固化成型。该工序包括合模、加热、加压、排气、固化等步骤。(www.xing528.com)

物料装入模腔后即可合模。通常在凸模未接触物料前，需低压快速合模（压力为1.5～3.0MPa）。这样可缩短周期，防止物料发生变化，待凸模接触粉料后采用慢速、高压（15～30MPa）合模，可防止损坏嵌件，有利于排出空气和粉料填充型腔。

在加热加压过程中，当物料处于塑化而进行固化反应期间，需将模具松压开启片刻，使物料中空气及挥发物和反应产生的气体能充分排出，称此为排气。排气次数酌情而定，且操作应力求迅速，排气时机恰当。过早排气达不到排气目的，过迟物料已固化，排不出气体来，其残留在制品中会出气泡、分层剥落、组织疏松等弊端，降低制品性能。合理的排气工序可缩短固化时间，提高制品的力学及电性能。

排气后物料在继续加热加压下发生固化反应，固化过程时间的长短，用固化速度来表示，它与物料的性质、预压、预热、成型温度及压力、制品尺寸形状、模具加热系统等因素有关。

物料完成固化需要有一定的时间，从物料开始升温、加压到固化、降温、降压所需要的时间称为保压时间（或保持时间），也就是加工过程中保压保温的时间。它与固化速度是相应的，保持时间短，意味着过早降温降压，如果物料固化速度慢，则树脂尚未充分固化，会导致物性降低，制品脱模后发生后收缩及变形；如保持时间长，则会发生过固化，会延长生产周期，使收缩过大，密度增加，内应力大使制品破裂。因此，固化过程中温度、压力、时间是保证制品成型质量的三大重要工艺参数（成型工艺条件），必须严格控制。

5）脱模及制品清理。热固性塑料的热刚性强度高，所以当制品充分固化后无需冷却到室温即可脱模。但大多数制品沿分型面部位都会发生不同程度的溢料，固化后制品沿分型面或多或少地会形成硬脆的飞边，故需设置制品清理飞边及清理模腔内残留物等的工序。

6）后处理。为了进一步提高制品质量，保证完全固化，去除内应力，稳定收缩及尺寸，常需对制品进行在高温下的退火处理，可按制品质量要求和塑料品种酌情设置。

各类PF模塑粉制品模压成型工艺条件见表11-24。

表11-24 各类PF模塑粉制品模压成型工艺条件

（续）

（2）挤塑成型 挤塑成型又称铸压成型或挤胶成型，是模塑粉常用的成型工艺。成型时采用挤塑模，模具上端设有加热加料室及柱塞，加料室下端设置浇注系统与模具型腔相连，如图11-2所示。

图11-2 挤塑成型原理

成型时粉料或压锭片计量后加入加料室中利用液压机对柱塞加压（同时压紧模具），物料在加料室内加热加压熔融后，在柱塞压力下经浇注系统注入模腔，且在模腔内继续加热、加压，保持一段时间后完成缩聚反应，固化成塑料制品。由于挤料时在加料腔底部留有一定厚度的垫料，所以熔料始终在充分补料及压力下固化成型，制品质量较高。与压缩成型相比，其优点：由于物料在模具闭合状态注入模腔，故分型面溢料少，飞边薄；物料在加料室内已塑化，经浇注系统时因摩擦热可加速物料塑化，故流动性好，固化时间短，效率高；物料以熔融状态注入模腔，故填充性好，对细小型芯冲击性及模具磨损小。其缺点是成型压力大（一般为50～80MPa）；模具复杂，取向性大（尤其对增强塑料更大）；因有流道赘物，故废料多。

挤塑成型目前主要用于加工一模多腔的中小型制品，尺寸精度高、形状复杂的制品（如薄、高、嵌件多的制品，有深窄槽、筋、小孔及细长型芯的制品等），以及不宜用压制或注射成型的制品，但不宜加工大型件及长玻璃纤维增强制品。另外，增强制品取向性大，还易发生翘曲变形。收缩率比模压成型大，为0.9%～1%。

挤塑成型工艺过程可分为物料（压锭片）、嵌件预热、合模及模具加热、装料、加热、加压及压注、固化成型、脱模及清理和后处理等工序，如图11-3所示。

图11-3 挤塑工艺流程

挤塑成型工艺条件：物料拉西格流动性为150～200mm；充分预热；成型压力为50～80MPa（填充增强料成型压力为80～120MPa）；模具温度比压制成型稍低，约为130～190℃；注入速度快，一般要求熔料在10～30s内充满型腔；固化保持时间约为压制成型的1/3～1/5；后处理工艺为（120±5）℃×6h。

成型时液压机必须保证充分的合模力，防止上下模松开，同时加料室面积应大于制品成型投影面积（包括浇道系统的面积），防止加压时“抬模”。另外，模具分型面应设计排气及溢料槽。

（3）注射成型 热固性塑料注射成型需采用专用的热固性塑料注射机。成型过程中物料加入料筒内在不太高的料筒温度及螺杆与粉料摩擦热作用，其物态从甲阶向熔融状的乙阶转化，当料经喷嘴和浇口时，因摩擦热的进一步作用，物料注入模型时已充分塑化又在模具加热作用下变为乙阶状态，成为有良好流动性的熔料，熔料填充型腔后在模具高温及高注射压力下发生固化反应，经一定时间后变为丙阶固化状态，即加工成制品。

这种工艺具有塑化及固化均匀，制品质量及精度高，生产效率高的优点，且容易实现自动化操作，减少粉尘飞扬的危害，可大大地改善劳动条件。虽然模具及注射机复杂，成本高，但由于生产效率高，飞边小，节省制品修整工时，计量准确，原料损耗少（无流道模具还可节省大量的废把料），制品质量稳定，合格率高，所以大批量生产时制品总成本比压制及挤塑成型低，故特别适合于加工大批量、高精度、形状复杂、嵌件少的中小型制品。如果采用一模多腔，则可有效降低浇注系统的材料消耗比。该工艺的缺点是成型收缩率及取向性比压缩成型及挤塑成型大，特别是纤维填料更明显。此外，用螺杆机不能加工有碎布基和长纤维填充的模塑料。

1）酚醛注射模塑料的成型特性。注射成型用模塑料必须采用注射品级原料，对其成型特性要求如下：

①在熔融状态，拉西格流动长度>200mm，流动性好，含低分子及挥发物少。

②物料在料筒内以熔融塑化为主，热稳定性好，能在较长时间内保持熔融状态而不固化，但注入模具后不仅能快速填充模腔，且在高温、高压下能快速固化。

③物料粒度均匀，一般为0.25～2mm，含粉量<30%（质量分数），最好采用粒料（上海塑料厂可供应φ4mm左右的粒料）。粉料过多，会导致塑化及固化不匀，或加料时发生物料“架桥”现象、加料量计量不准确等弊端。上海塑料厂及兵器工业集团第五三研究所等单位均有适用注射用的酚醛料。国外适用于注射品级的PF料品种很多，如低压注射级、无流道注射级、耐热无石棉级、耐高温（280℃）无机填料级等。

2）成型设备及模具。热固性塑料注射机有螺杆式及柱塞式两类，后者主要用于加工BMC料及DMC料（膏团状料），注射PF模塑料常采用螺杆式注射机。料筒用热水加热，螺杆内设冷却水流道。螺杆长径比为14～20，压缩比为0.8～1.4（酚醛注射料常用无压缩螺杆，压缩比为1～1.05）。螺杆端部为60°左右的锥角，且与喷嘴内轮廓接近相吻，使每次注射后几乎没有储留料。螺杆不设止逆环（为了防止熔流倒流），故螺杆与料筒间隙较小（约为0.13～0.17mm），且料筒在接近喷嘴端的内径略变小，当螺杆前进到喷嘴端时，螺杆与料筒内壁可形成狭窄而曲折的阻流间隙，从而可起到熔料止逆作用。同时，由于螺杆与料筒间隙变小，对熔料也起到了增压作用，可加快熔料挤出速度，增加剪切热，有利于塑化物料。

喷嘴采用短粗流道，敞开式结构，且用热水加热，便于拆卸。

设备的温度控制系统必须能准确自动控温，既要保证物料在料筒内充分塑化，又要防止熔料在料筒内固化。注射系统及锁模系统要有足够的注射压力及锁模力，锁模机构应能满足排气操作的要求，即具有瞬间增压卸压的功能。模具能进行瞬间快速开闭动作，从而达到排气目的。

模具应采用耐磨、耐热钢材制作，且有足够的强度及刚度。模具应设有独立加热系统，能均匀加热制品，浇道短粗平直，无滞料死角，但有冷料穴和排气槽（一般深度为0.03～0.06mm，宽为3～5mm）。浇注系统的尺寸及形状要考虑既要保证熔料充分填充型腔，又要保证增加摩擦热和向熔料充分传导模具的热量，保证物料充分塑化和快速固化，同时还应尽量减少废料。一般梯形分流道截面宽度为4～6mm，厚度为宽度的2/3，斜角为15°～20°；半圆形分流道的R=2～4mm，主流道可采用空心结构，即在主流道孔内设有分流锥，使熔料沿四周间隙流入分流道，如木粉PF料常用这类结构，既可增加摩擦热，又可节省料把用料。

浇口可采用侧浇口、点浇口和潜伏浇口等形式，尺寸及形状应考虑增加摩擦热，有利于熔料填充，同时要便于去除浇口，不损伤制品外观。其中，扁平、宽薄浇口及小浇口常被采用，其常用浇口尺寸形状见表11-25。此外，模具设计时还需考虑注射制品的成型收缩率及取向性大和浇口部分磨损较严重的特点，要设计便于修补的浇口或浇口部分采用耐磨材料（如硬质合金）的镶嵌结构，便于更换。

成型时模具长期处于高温状态，金属件会热膨胀，模具中的滑动零件应留有充分的间隙，防止膨胀而卡住。同时，物料溢边值很小，一般为0.02～0.03mm，所以拼合结构处要防止膨胀后间隙过大发生溢料。

3）成型工艺条件。PF的注射成型工艺流程如图11-4所示。

表11-25 PF模塑粉注射模具浇注系统

注射成型工艺需要控制预热塑化、高压高速注射、高模温固化三个环节。

控制预热塑化主要参数有料筒及喷嘴温度和口径大小、螺杆转速及背压。这些参数需按物料流动性及固化速度而定。

对流动性好及固化速度快的品种，为防止物料过早发生固化反应，宜选用较低的料筒和喷嘴温度。同时，为了降低剪切热，可选用较小的背压及螺杆转速和稍大的喷嘴口径。通常，料筒温度为30～70℃（后段）、75～95℃（前段）；喷嘴温度为85～100℃；螺杆转速为40～75r/min；背压为0.3～0.5MPa；喷嘴孔径为5～8mm；射出树脂温度为100～130℃。具体数据按现场情况酌情调节，一般可用对空喷射出料的状态来判断塑化是否适当。如果射出料速度快，外观呈灰暗色，断面疏松，有微孔和空心，直径稍大于喷嘴孔径，冷脆易断，在喷嘴前有阻挡时熔料会成团状，则说明参数选择适当，塑化效果良好。如果对空射出速度慢，料条光泽坚实，此时料条中夹带粉料，则表明塑化不良，料温过低；如果料条很亮，直径小于喷嘴孔径，射出很困难或根本射不出，则说明料温过高过热已发生固化；如果发现射出速度时快时慢，料条断面大小不均，呈灰暗色，且表面粗糙易剥落，则说明熔料正在发生固化反应，此时应及时降低料筒温度及螺杆转速或背压。

图11-4 热固性塑料注射成型工艺流程

注射成型时宜采用较高的压力及较快的注速，要使熔料在几秒钟内（3～5s）快速通过浇注系统，获得较多的摩擦热，提高流动性，充分填充型腔并为快速固化创造条件。一般注射压力为70～160MPa，注射速度为3～4.5m/min（注射时间一般为20s）。同时也要防止速度过快发生排气不良或物料烧焦，或固化不匀等现象。注射压力过大会发生溢料及脱模困难、降低模具寿命等弊端。

固化过程是保证制品质量的重要环节，主要控制参数为模具温度及保持时间。在熔料填充型腔后在浇口固化前，物料始终处于注射压力补缩和模具高温作用下进行固化反应阶段，当浇口固化封闭后则树脂在模具高温下会继续发生固化反应，经若干时间后才能达到充分固化。固化过程是树脂进行交联反应的过程，但树脂不可能达到100%的交联度。对某一制品而言，交联度能使树脂的性能达到制品要求时即可，此时即可称为完全固化了。不同树脂配方可达的交联度及固化速度也不同，因此模具温度和保持时间需按树脂固化特性、制品尺寸形状（主要是壁厚）及性能要求、模具加热系统设计等因素而定。

如果树脂固化速度快、制品较厚、模具加热元件分布不匀或模温过高、保持时间长，则制品表面及局部地区会先固化，或导致固化过度（俗称过熟），质地变脆呈灰暗色，出现密集小气泡，而内部挥发物不易排出，灰暗无光起大泡易变形，各项物性下降。但温度低，保持时间短，固化不完全（俗称欠熟）的制品，也还会发生物性下降、吸湿、变形、收缩大、蠕变变形大、粘模、降低生产率等弊端。

通常，模具温度为150～190℃，动模温度比定模高10～15℃，保持时间按30～60s/mm厚确定，适当的模温及保持时间会提高冲击强度和弯曲强度，降低收缩率。

PF注射模塑粉料成型工艺条件见表11-26。

表11-26 PF注射模塑粉料成型工艺条件

①预热后料可在热模中再预热20～60s后再加压。