浇注工艺-济南大学课件

第十章第十章 浇铸浇铸10.1概述n浇铸：铸塑，借用金属铸造方法，将已准备好的浇铸原料()注入一定的模具中使其固化(完成聚合或缩聚反应)，得到与模具型腔相似的制品。指静态浇铸。n原料：通常是单体、经初步聚合或缩聚的浆状物、聚合物与单体的溶液等n其他铸塑方法：嵌铸、离心浇铸、流延铸塑、搪塑、滚塑等n工艺特点：n模具和设备的强度要求较低，投资因之较小。n对产品的尺寸限制较小，故宜于生产大型制品。n产品的内应力低。n缺点：成型周期长，制品的尺寸准确性较差 10.2 静态浇铸 n 它是浇铸成型中较为简便和使用得较为广泛的一种方法。n适用塑料品种：聚酰胺、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛、不饱和聚酯等。10.2.1 原材料 n 能够用于静态浇铸的塑料品种较多，但一般须满足下列要求：n 流动性好n 熔点低 n 固化时没有低沸点物或气体等副产物生成，制品不易产生气泡 n 结晶均匀，收缩较小，无内应力 1聚己内酰胺 n原料：己内酰胺白色片状晶体，熔点692，沸点2669，n聚合：成型与聚合同时。聚合时放热为280卡克。n助剂：铸塑时，己内酰胺单体内应加入碱金属钠等催化剂和助催化剂以使它进行聚合反应而成为聚己内酰胺n工业使用：MC 尼龙 2 环氧树脂n双酚A型环氧树脂为主n改性，这类环氧树脂，冲击韧性较差、耐热性低，可以用高聚物(如聚硫橡胶，聚酰胺等)进行改性n某些国产双酚A型环氧树脂的牌号和指标列于表72。环氧树脂牌号和指标：n固化剂：环氧树脂的固化剂常用的有两类：(1)胺类固化剂。(2)酸酐类固化剂。n增塑剂：固化后的环氧树脂，由于其交联键并不十分稠密，故可加入少量增塑剂以使制品冲击韧性有所提高，同时也可降低配料时树脂的粘度，有利于填料的浸润等n稀释剂：为了降低树脂粘度以便浇铸，常在原料中加入稀释剂。稀释剂分两种n活性稀释剂：含有环氧基或其它活性基团的物质，在固化时也参与化学反应而成为制品中网状高聚物的组成部分；n惰性稀释剂，就是环氧树脂的一般溶剂，如甲苯丙酮等。采用惰性稀酬时，在固化过程中要逸出，会增加产品的收缩率，降低粘合力甚至会降低热变形温度、冲击强度、抗张强度等，同时还会产生气泡，因而在配制时应进行认真的考虑。稀释剂用虽一般为环氧树脂的520 胺类固化剂：续表：酸酐固化剂：环氧树脂活性稀释剂：3聚甲基丙烯酸甲酯n由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的。n使用原料：铸塑中一般均用单体与聚合体组成的浆状物为原料进行浇铸，而不使用纯单体这样作的结果不仅使生产过程控制较容易，避免爆发性聚合的发生，同时也可减少原料在模具中的漏损并使生产周期缩短。10.2.2 模具 n制模材料：铸铁、铜、铝合金、型砂、硅橡胶、塑料玻璃以至水泥、石膏等，选用时需视塑料品种，制品要求及所需数量而定。n结构类别：敞开式浇铸、水平浇铸(正浇铸)，侧立式浇铸、倾斜式浇铸等。n选择因素主要是：利于料流的充满、气泡的排出、使气泡移至非工作部位去。n 敞开式浇铸，如图所示，装置较简单，一般只有阴膜，易于排气，因而所得制品内部的缺陷较少，通常用于制造外形较简单的制品n水平浇铸(正浇铸)，如图72所示。它是将所生产制品的基体(制品中作为支承塑料部分用的)事先安装固定于阴模之上：然后用密封板密封，再向基体上的浇口铸入环氧塑料并藉基体上的排气口排气。n 侧立式浇铸，如图所示。n真空浇铸法，如图所示。n平板模浇铸。使用两块玻璃板平放四周封闭即可10.2.3 浇铸工艺 n工艺过程有模具的准备、原料的配制和浇铸1模具的准备 包括模具的清洁、涂脱模剂（视具体品种而有所取舍）、固化等几个步骤、嵌件准备与安放以及预热等过程。2浇铸原料的配制，随所使用的原料的不同，其配制过程亦异，现分别举例如下：(1)己内酰胺 己内酰胺在浇铸时的聚合过程是属于阴离子型的催化聚合反应。n己内酰胺单体平衡量与温度的关系。低温聚合反应，有利结晶，单体含量低。n关于己内酰胺在减压后的沸点可参见图，抽真空脱水条件下，要控制温度，避免己内酰胺挥发。单体浇铸的特点：n预热至l 40150的己内酰胺活性料，在加入绝热的容器中进行聚合达到最高的转化率时，仍能够使反应体系的温度控制在200一210。n聚合物能够很好地充满内腔，成为聚合容器的形状，而且制品的内应力是很小的n 活性己内酰胺原料的制备过程，视其产量大小而在流程及设备上有不同选择。(2)环氧树脂 n配方的选定：按照制品性能的要求和铸塑成型工艺条件，选择恰当的塑料配方是重要的。n 环氧树脂材料的配制：使各组分完全均匀混合；设法消除带入的空气和挥发物：控制好硬化剂的加入温度。n加入硬化剂时所允许的温度应视其活性而定。n 物料中含有的挥发物质及吸附、溶解或混合加料过程等卷入的空气是铸塑制品产生气泡和针孔的重要原因。(3)甲基丙烯酸甲酯 单体聚合体浆状物的配制，常用的有两种方法。在不锈钢或搪瓷混合器中，往单体中加入少量增塑剂、引发剂和润滑剂，在升温(80110)和搅拌的情况下进行部分聚合，当反应液的粘度达到需要值，用急冷使其温度降至30左右。所得浆状物经真空脱泡后即可用于浇铸。聚合体单体使其成为均匀的溶液，经过脱泡(必要时还须经过滤)后。即可作为浇铸用。3浇铸及固化n随原料品种不同其过程也略有差别。(1)己内酰胺 将已制备好的活性原料灌注入已涂好脱模剂(如硅油)并预热的模具中，在160左右保温约半小时，即可逐步冷却取出制品。(2)环氧树脂 将己加入固化剂并混合均匀的原料进入已涂好脱模剂的模具中。其固化工艺条件，视所用固化剂的不同而异。(3)甲基丙烯酸甲酯 浇铸时将配制好的浆状物用漏斗灌入模具中并应尽量避免带入气泡，灌满后即将模具封闭。n有机玻璃板材生产中容易出现的缺陷。产生原因及克服方法简单讨论如下：厚度不均一般允许公差应为36，为控制品厚度均匀，应控制模具内腔在受热、受压下发生的变形不应过大。制品出现气泡、皱纹、凹陷等。主要由于局部聚合过快，放热很大，单体中的溶解气体及水分挥发而出现气泡及因不均匀收缩而出现皱纹与凹陷。表面产生裂级主要是制品内应力过大所造成 耐热性能，有机玻璃的耐热性较差，是其主要缺点。铸塑时适当延长低温聚合时间和提高最终聚合的温度以提高聚合体的平均分子量将有助于提高其耐热性 10.3 嵌 铸n 嵌铸又称封入成型，它是将各种非塑料物件包封在塑料中的一种成型方法。n 嵌铸的工艺过程首先是要将嵌件进行适当处理，然后按照要求的位置使其固定于模其内，最后是塑料浇铸和固化。10.3.1 嵌铸工艺所用的塑料 n嵌铸工艺目前使用的塑料品种有聚甲醛，不饱和聚醋，有机玻璃及环氧塑料等。10.3.2 嵌铸用的模具 n嵌铸用的模具要求都较低，因为一般制品外形都较简单(大多呈立方体或其它简单几何形状的立体，在嵌铸小件样品时，也有将某些部分作成凸镜形的使有放大作用)，制品脱模后一般还需要进行机械加工(如去掉顶部因浇铸后收缩成的不平整部分等)及抛光等。n模具材料可用玻璃、塑料(如玻璃增强塑料)、铝、石膏、木材等，也可用铁质模具但表面应镀铬 10.3.3 嵌铸工艺过程 n嵌铸工艺可以简单地分为下列三个过程。1嵌件的预处理 随处理目的不同，大体可以分以下几种：(1)干燥 (2)嵌件表面润湿 (3)表面涂层 (4)表面糙化 2嵌件的固定 嵌件能固定在制品中部或其他规定购位置。3浇铸工艺 常采用静态铸塑中所介绍的在高压釜内于惰性气体下进行聚合的方法。10.4 10.4 离心浇铸离心浇铸 n 离心浇铸是将液状塑料浇入旋转的模具中，在离心力的作用下使其充满回转体形的模具，再使其固化定型而得到制品的一种方法。因而它所生产的制品多为圆柱形或近似圆径形的，如轴套、齿轮滑轮、转子、垫圈等。n根据制品的形状和尺寸可以来用水平式(卧式)或立式的离心铸塑设备。n离心铸塑比之静态铸塑的优点是：1宜于生产薄壁或厚壁的大型制品型的薄壁制品，而用静态铸塑法则难以生产。2制品无内应力或内应力很低，外表面光滑，内部不致产生缩3制品较静态铸塑的精度高，因而机械加工量减少。4制品的机械强度(如抗弯强度、硬度等)较静态铸塑者大。其缺点是较静态铸塑者复杂。n离心铸塑所用的模具通用一般碳钢制成，因受力不大，故模具的壁厚可较小，这样也有利于减少旋转时动能的消耗。n 生产中通常是将模具固定于离心铸塑设备的壳体内，靠电动机经减速装置带动其旋转。10.4.1 立式离心铸塑 n离心浇铸压紧脱模n立式离心铸塑的示意图。n紧压机示意图 10.4.2 水平式离心铸塑 n 图79为一种水平式离心铸塑设备的示意图。10.5 流延铸塑 n其生产过程是将热塑性或热固性塑料配成一定粘度的溶液，然后以一定的速度流布在连续回转的基材(一般为不锈钢带)上，通过加热以脱掉溶剂并进而使塑料固化。n现以产量最大的三醋酸纤维素薄膜的生产工艺来进行说明，其流程如图711所示 n流程图：10.5.1 溶液的配制 n溶液各组分是在混合器中配制的，配好后经过过滤(用压滤机)井在恒温下(如30)静置8小时以脱去气泡，即可用作铸塑。10.5.2 铸塑n当前所用设备主要是带（不锈钢）式流延机，也有采用大型镀银金属回转转鼓的。见图10.5.3 干燥n从流延机不锈钢带上剥下的簿膜通常还含有1520的溶剂，需再进行干燥。n方法：烘干和熨烫10.6 搪 塑 n搪塑：涂凝模塑或涂凝成型它是用糊塑料制造空心软制品(如玩具)的一种重要方法。n糊塑料（塑性溶胶）热模胶凝倒出非凝料加热模具冷却脱制品n搪塑的优点是设备费用低，生产速度高，工艺控制也较简单，但制品的厚度、重量等指标准确性较差。10.6.1 糊塑料在热处理中的物理作用 n糊塑料悬浮体 制品 树脂在加热下继续溶解成为溶液的过程。这一过程常称作热处理，一般又将其分作“胶凝”和“熔化”前后两个过程。n热处理，糊塑料的热处理过程都是在烘房中进行的。n处理时间，取决于制品的厚度和糊塑料性质，它的终点应以糊塑料各点都已达到最终熔化温度为标志。10.6.2 搪塑工艺n 搪塑法的一般生产操作是将配制好并经脱泡后的糊塑料先注入已加热(约230左右)的模具(阴模)中。n要求：粘度适中(常在10PaS以下)，灌入模具后使整个型腔表面都能充分润湿并使制品表面上微细的凹凸或花纹均能显现清晰。n模具，大多是整块阴模并在一端开口，通常都由电镀法制成。10.6.3 蘸浸成型 n 蘸浸成型（蘸浸模塑），成型时将阳模浸入装有糊塑料的容器中，然后将模具慢慢提出，即可使其表面蘸上一层糊塑料，通过热处理与冷却后即可从阳模上剥下中空型的制品。参见图1012。10.7 滚 塑 滚塑（旋转成型），旋转浇铸成型。其法是将定量的液状或糊状塑料加入模具中，通过对模具的加热及纵横向的滚动旋转，使塑料熔融塑化并借塑解自身的重力作用均匀地布满模具型腔的整个表面，待冷却固化后脱模即可得到中空的制品。n滚塑所用的模具，小型的常用铝或铜的瓣合模，而大型的则多采用薄钢板制成。(见图7l 3)n采用的设备如图714所示。n近年来采用交联聚乙烯生产滚塑制品也有较大的发展，其特点在于制品耐汽油性，耐应力破裂及抗冲击性能均较好，适于生产带嵌件的制品。