第九章 模压及层压成型 学习目的与要求： 1. 掌握模压与层压成型的工艺特点与工艺过程； 2. 掌握模压与层压工艺参数对制品性能的影响；

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1 第九章 模压及层压成型 学习目的与要求： 1. 掌握模压与层压成型的工艺特点与工艺过程； 2. 掌握模压与层压工艺参数对制品性能的影响；
3. 了解模压与层压成型所用的模具。

2 第一节 模压成型 一. 概述 模压成型（压制成型、压缩模塑）：粉状、粒状或纤维状的模塑料放入加热的模具型腔后闭模，加压、加热使其成型并固化的方法。 压制成型动画.exe

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4 1. 模压成型特点： （1）设备简单，造价低，模结构简单 （2）填料的方向性小，成型压力低； （3）原料损耗少，适用于多种材料； （4）生产效率低，制品精度低； （5）劳动强度大，难于实现自动化。 2. 树脂： 常用：PF、UP、环氧树脂（EP）、脲醛（UF） 3. 模压成型工艺： 预处理：预热、预压 成型过程：嵌件安放、加料、闭模、排气、固化、脱模 后处理：热处理、机加工、修饰、装配、检验 4. 物料在模压成型中的变化：熔融流动、胶凝、固化

5 二. 成型前准备 1. 原料的贮存 （1）吸湿性与环境湿度：湿度≯70% 吸湿大： 流动性大、飞边大； 树脂含量↓，制品收缩大； 变形、膨胀、分层、尺寸↓。 含水量少： 流动性差、充不满模，制品疏松，欠熟。 （2）贮存温度：≯25℃ （3）贮存时间：不宜过长，UF≯3个月，热固性PF≯6个月，热塑性PF三年

6 2. 预压 ——将疏松的粉状、碎屑状或纤维状的热固性料预先用冷压法压成重量一定、形状规整的密实体的作业 预压成型工艺1.exe 预压成型工艺2.exe （1）作用 便于加料,改善劳动条件； 降低压缩比，从而简化模具结构； 缩短周期，提高制品质量； 改善预热规程（PF粉100～120℃，PF预压物170～190℃）； 便于模压较大或带有精细嵌件的制品。

7 增加人力、设备； 松散度大、长纤维：难压； 结构复杂或混色的制品不宜用预压。 （2）预压工艺条件 温度：一般不加热，若室温不易压，可50～60℃预压。 压力：要求预压物的ρ为制品ρ的80%；预压力40～200MPa。

8 3. 预热和干燥 （1）预热和干燥的作用：提高制品质量，除水份和挥发物 预热：可缩短模压周期；提高制品质量；提高流动性；降低模塑压力（不预热PF，30±0.5 MPa；预热PF，15～20 MPa）。 预热规程的确定：获得最大流动性的规程，先定温度、找出最佳流动性的预热时间。 （2）预热和干燥的设备及操作 电热板加热 烘箱加热 红外线加热：波长为1～1.2X10-4m的红外线灯照射 高频加热：用于极性分子的塑料

9 三. 模压成型工艺过程及控制因素 1. 模压成型工艺过程 压制成型工艺.exe 物料预压→ 预热 ↓ 计量 ↓ 模具预热→ 涂脱模剂→
计量 ↓ 模具预热→ 涂脱模剂→ 安放嵌件→ 加料→ 闭模→ 排气 ↓ ↑ 清模 ← —————制品顶出 ←开模 ←硬化

10 （1）嵌件安放 （2）加料 加料方式：人工加、加料器；重量法、容积法、计算法。 注意：准确，堆放合理，利于排气（中高周低。） （3）闭模：先快后慢 （4）排气：1～3次，每次几秒至二十秒 （5）硬化： 热塑性料：在模内冷却硬化 热固性料：模内交联硬化 硬化速率低的料：用后烘方法（90～150℃，8～12h） （6）脱模 （7）清理模具：工具使用适当

11 2. 控制因素 （1）模压压力： 模压时使料充满型腔和进行硬化而由压机对料所施加的压力。 压力作用： 使物料流动充模；压实物料；防止制品变形 模具型式及模压压力：

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13 不溢式模具：模具型腔体积随模压压力及所加物料量变化；物料所受压力等于模压压力。
有支承面的半溢式模：模腔体积不变，物料可溢流。

14 影响因素： 压缩率h：h大，模压压力应高 预热温度：与模压压力应有一最佳配合 模温：模温高利于流动和硬化，压力可减小，但 模温过高，模塑过早硬化，流动性↓，需较大模压压力。 制品厚度：0.98～1.47MPa/每增加1cm厚 制品深：深度大的制品增加20～30%的模压压力 制品密度：压力大，密度↑

15 （2）模压温度：模压时所规定的模具温度 模压温度对制品性能影响：

16 模温过高：流动性↓；降解分层、表里硬化不一、内应力大、开裂、变形；色料变质、色暗淡。
模温过低：生产周期长、硬化不足光泽差；水份挥发物作用易肿胀变形，性能↓。

17 模温与模压周期的关系： 高温短时，低温长时（不损害制件强度及其他性能）； 厚制件：低温长时； 预热料：模压温度可提高，制品内外温均匀，流动性提高 。

18 （3）模压时间 模压时间与制品类型、形状、厚度，模具结构，模压规程等有关 时间过短：硬化不足“欠熟”，制品性能差、无光泽、易变形、翘曲； 适当提高时间：制品收缩小，耐热性略高、物理机械性能↑，但介电性↓； 过分延长时间：“过熟”，降低制品性能和生产效率，多消耗热量。 故，在不影响制品性能的前提下，尽量缩短模压时间

19 第二节 层压成型 一. 概述 1. 层压成型： 指用或不用粘结剂，在加热、加压条件下把相同或不同材料的两层或多层结合为整体的方法 粘结剂：树脂，如酚醛（PF）、环氧树脂（EP）、不饱和树脂（UP）、氨基树脂。 材料：填料，如纸、木、棉布、玻纤及织物 附胶材料：成型前浸有或涂有树脂的材料

20 增强塑料：添加增强材料，某些性能比原有树脂有较大提高的一类塑料；多指用玻纤或其织物为填料的塑料
复合材料：由两种或两种以上不同材料组成的一种制品或材料 2. 分类：

21 二、常用树脂 1. 树脂的选择 （1）树脂在复合材料中的作用： 粘结填料，承担部分载荷、传递载荷 使填料不致发生屈曲变形 保护填料 （2）对树脂的要求 对填料有良好粘结力、润湿能力 可加偶联剂改善（增加吸引力）

22 树脂本身具有良好的物理力学性能 树脂硬化时收缩率要小 树脂要有良好的工艺性： 成型时不须很高的温度及压力、黏度小（但黏度过小，易流失）、硬化前使用寿命长 2. 常用树脂特性 （1）PF树脂 模压用酸催化的PF；层压用碱催化PF

23 层压PF： 水溶性树脂，NaOH催化，分子量低、黏度小 醇溶性树脂，NH4OH催化，分子量高、黏度大 成型特点：成型有挥发物放出，不能直接层压、需预浸渍；用高压法成型 成本低，强度高，抗湿，抗化学腐蚀好，耐热高 色深、需浸渍、高压成型

24 （2）三聚氰胺甲醛树脂： 甲醛＋三聚氰胺，PH6～7 成型特点与酚醛树脂相似 抗电弧性好，上色广，硬度高，耐磨好，耐热高；成本高 （3）UP： 由不饱和二元酸、饱和二元酸和二元醇缩聚而成 成型特点：可加热或不加热下固化 过氧化物—催化剂（或引发剂）

25 常温：有机过氧化物（引发剂）＋促进剂（固化剂如钴苯）
无挥发物逸出，可低压成型（常用手糊法） 配方： UP 过氧化环己酮糊 钴苯 玻纤布、脱模剂、钛白粉、碳酸钙 电性能好，透明性好，较强的抗水、抗酸性 耐热差（可用三聚氰酸三丙烯酯改进）；固化收缩率大，约4～8%

26 （4）EP（环氧）树脂： 物性与UP相似 成型特点： 固化需硬化剂（乙二胺） 无副产物生成，可用低压法成型 固化反应慢 力学性能好，玻璃钢比拉伸强度大于钢 收缩率小（＜3%） 脱模难，需特殊脱模剂（巴西棕榈蜡或特种合成蜡）

27 三. 层压用填料 1. 纸： （1）牛皮纸：成本低，力学强度高 （2）α-纤维素纸：成本稍高，用于表面匀滑，电性能好，色泽鲜艳的制品 （3）布浆纸：成本高，强度高，吸水低 总：成本低，电性能好

28 2. 石棉： 矿物性硅酸盐纤维 吸湿性低，使制品尺寸稳定 对设备摩损小 无需表面处理 耐热性好 电性能、着色性差 制品拉伸强度只有纯石棉纤维的12%

29 3. 棉布 （1）成型特点： 纤维分布有高度的均匀性 可制得结构均匀的层压制品 力学强度高，利于连续浸渍成型 纤维表面疏松，成本高 （2）纺制情况对布基层压塑料性能的影响： 支数：指一克重纤维所具有长度（米）。支数大，细 捻度：单位长内棉纱搓捻的转数。捻度大，树脂不易渗入纤维 布厚度依赖于支数和单位长度内经纱和纬纱的根数，薄布易被树脂渗透，制得的层压塑料强度高

30 棉布基本组织的影响： 曲折数：平纹布＞斜纹布＞缎纹布 曲折数越少，纤维越趋于平直，制品拉伸强度大，光滑；曲折数多，制品拉伸强度低，但剪切强度↑

31 棉布处理情况的影响： 未漂白的布：层压制品强度好 经漂白的布：电性能好 纺纱织布中的浆料：应除去，否则不利浸渍 4. 玻璃纤维及其织物 熔融玻璃喷丝 高速拉伸 上油 集束冷却→ 玻纤 （1）主要成份： 硅酸盐：碱金属氧化物含量不同： 无碱 低碱 中碱 高碱 ＜2% 2~ 6% 6~12% 13~15%

32 （2）表面处理： 增强树脂与玻纤粘结力 玻纤使用前 → 热处理 → 化学处理（偶联剂） （3）玻纤织物： 玻璃绳、玻璃布、玻璃布带、表面毛毡、无捻粗纱等 （4）玻纤的主要特点 比强度大、电绝缘性好、耐热 脆性大，耐磨和耐揉性差，表面光滑不易与树脂结合，对皮肤有刺痛感

33 无碱玻璃布及无捻粗纱

34 四. 高压成型（压力＞7MPa） 用于板、管、棒等外形简单的制品

35 1. 填料浸渍 （1）浸渍方法：

36 （2）浸渍要求 使填料取得预定的树脂量；使树脂均匀透入填料的各部分；尽可能使附胶材料少含空气。 2. 干燥 （1）目的：去除水分或溶剂；推进热固性树脂的化学反应，达到适当的流动性而便于成型。 （2）方法：在连续干燥器内进行。

37 3、板材的成型工艺过程 叠料→压制→脱模→加工→热处理 （1）叠料： 选材：选符合要求的附胶材料 厚度：由附胶材料张数、重量控制 长度：比制品长、宽各大70～80mm 附胶材料排列方向：附胶材料经纬向相同或依次成正交排列 层间附胶材料变化： 单一种材料叠层 同一种材料，底、面层含胶量高，芯层低 芯层用成本低或强度小的，底、面层用印花或强度高的附胶材料

38 压制单元： 金属板→衬纸→单面钢板→板坯→双面钢板→板坯→单面钢板→衬纸→金属板 （2）压制 将装好的压制单元、分层推入多层压机的热板中，检查位置是否合适，然后闭合压板，开始升温升压 开始温度、压力不宜太高，否则树脂易流失

39 热压过程温控一般为五个阶段： ①预热阶段： 由室温升到硬化反应开始的温度。 施加压力为全压的1/3～1/2 ②保温阶段： 使树脂在较低温度下进行硬化，直到板坯边缘流出的树脂不能拉成丝为止

40 ③升温阶段： 升到压制的最高温度，升温不宜过快，否则制品易分层或开裂；同时升高压力 ④恒温阶段： 达到最高温后保持恒温，以保证树脂充分硬化，使制品性能达到最佳值，时间与树脂种类、品种、制品厚度有关 ⑤冷却阶段： 降温脱模，自冷或水冷；保持规定压力

41 （3）脱模：当温度降至60℃，即可脱模取出制品
（4）加工：指去除压制好的板材的毛边 （5）热处理：补充硬化 4. 管材和棒材的制造： 以干燥的附胶材料卷绕成型、加热固化

42 5. 模压成型 本质同前面所述的层压，附胶材料作为原料，且制品强度比一般模压高几倍、光泽好 压制的制品：滑轮、齿轮、阀件、纱管芯、轴瓦等

43 五. 低压成型（压力＜7MPa） 1. 概述 制品强度、外观上不如高压法 但可制大型制品；对设备要求比高压低 接触成型：指不加压或稍加压情况下，制造增强塑料制品的方法 手糊成型（属于接触成型的一种）是在涂了脱模剂的模具上，用手工一边铺放增强材料一边涂刷树脂直到所需厚度为止，然后通过熟化和脱模而取得制品

44 2. 接触成型的设备及材料： （1）模具 模具类型：阴模、阳模和对模 模具材料：木、金属、玻璃钢、石膏、石蜡、水泥、硬质泡沫塑料等 （2）脱模剂 薄膜型脱模剂 溶液型脱模剂 油蜡型脱模剂

45 （3）树脂及辅助材料 树脂：EP和UP 辅助材料：稀释剂、填料、催化剂和色料 （4）增强材料：玻璃布、玻纤无捻粗纱方格布、玻璃毡等 3. 接触成型工艺 以生产玻纤增强塑料（玻璃钢）为例 （1）玻璃布的准备 经化学处理或热处理的玻璃布，保持清洁、干燥 裁剪：若用斜纹布或锻纹布要注意方向性 对要求各向同性制品，布纵横交替铺放，搭接处布层错开

46 （2）模具准备 选用制模材料，模表面光洁、平滑清洁 木、石膏制模：用硝基清漆，PU清漆封孔处理 木、水泥、石膏模要干燥处理 （3）浸渍液的配制 浸渍液黏度控制在0.4～1Pa·S 浸渍液以UP与EP为主配制，常为室温固化 浸渍液一旦配成，随配随用，不能久贮

47 （4）糊制 手工糊制要求：操作迅速准确，严格控制含胶量，及时排除气泡 注意事项： 排气； 一次糊制的厚度≯10mm； 工作环境温度＞15℃，相对湿度＜80%； 嵌件不能用铜，因铜起阻聚作用。

48 （5）硬化及热处理 硬化： UP糊制后24h硬化基本完成，放置5～6天后使其充分硬化 提高温度（60～80℃）放置2～8h即可 热处理：要求逐渐升温，升温速度10℃/h；EP80～100℃ （6）脱模及后加工： 借助木、铜制工具脱模 可按金属加工方法后加工 修补缺陷