第五章壓制成型歷史最久，最重要的方法之一。廣泛用于熱固性塑料和橡膠制品的成型加工。壓制成型是指主要依靠外壓的作用，實(shí)現(xiàn)成型物料造型的一次成型技術(shù)?？煞譃槟撼尚秃蛯訅撼尚蛢纱箢?，前者包括熱固性塑料的模壓成型(即壓縮模塑)、橡膠的模壓成型(即模型硫化)和增強(qiáng)復(fù)合材料的模壓成型，后者包括復(fù)合材料的高壓和低壓壓制成型。壓制成型的主要特點(diǎn)是需要較大的壓力，加速成型時(shí)的物理化學(xué)變化，防止制品出現(xiàn)氣泡，保證制品的質(zhì)量。第一節(jié)熱固性塑料的模壓成型通常稱壓縮模塑。其工藝過程是將模塑料在已加熱到指定溫度的模具中加壓，使物料熔融流動(dòng)并均勻地充滿模腔，在加熱和加壓的條件下經(jīng)過一定的時(shí)間，使其發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)而變成具有三維體型結(jié)構(gòu)的熱固性塑料制品。模壓成型是間歇操作，工藝成熟，生產(chǎn)控制方便，成型設(shè)備和模具較簡單，所得制品的內(nèi)應(yīng)力小，取向程度低，不易變形，穩(wěn)定性較好。但其缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)效率低，較難實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，因而勞動(dòng)強(qiáng)度較大，不能成型形狀復(fù)雜和較厚制品。適用于模壓成型的熱固性塑料主要有酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂、聚酯樹脂、聚酰亞胺等。制品類型很多，主要有電器制品、機(jī)器零部件以及日用制品等。

一、熱固性模塑料的成型工藝性能

模塑料的主要成型工藝性能有以下幾點(diǎn)：1．流動(dòng)性熱固性模塑料的流動(dòng)性是指其在受熱和受壓作用下充滿模具型腔的能力。流動(dòng)性首先與模塑料本身的性質(zhì)有關(guān)，其次與模具和成型工藝條件有關(guān)。不同的模壓制品要求有不同的流動(dòng)性。2．固化速率熱固性塑料成型時(shí)特有的也是最重要的工藝性能，它是衡量熱固性塑料成型時(shí)化學(xué)反應(yīng)的速度。固化速率主要由熱固性塑料的交聯(lián)反應(yīng)性質(zhì)決定，并受成型前的預(yù)壓、預(yù)熱條件以及成型工藝條件如溫度和壓力等多種因素的影響。固化速率應(yīng)當(dāng)適中。3.成型收縮率成型收縮率SL定義為：在常溫常壓下，模具型腔的單向尺寸L0和制品相應(yīng)的單向尺寸L之差與模具型腔的單向尺寸L0之比：成型收縮率大的制品易發(fā)生翹曲變形，甚至開裂。產(chǎn)生制品收縮的因素很多，首先，發(fā)生了化學(xué)交聯(lián)，密度變大，產(chǎn)生收縮；其次是塑料和金屬的熱膨脹系數(shù)相差很大，故冷卻后塑料的收縮比金屬模具大得多；第三是制品脫模后有彈性回復(fù)和塑性變形產(chǎn)生使制品的體積發(fā)生變化。

影響成型收縮率的因素主要有成型工藝條件，制品的形狀大小以及塑料本身固有的性質(zhì)。表5—1為熱固性塑料的成型收縮率。模塑料密度/(g/cm3)壓縮率成型收縮率/%PF＋木粉PF＋石棉PF＋布UF＋-纖維素MF＋-纖維素MF＋石棉EP＋玻璃纖維PDAP＋玻璃纖維UP＋玻璃纖維1.32～1.451.52～2.01.36～1.431.47～1.521.47～1.521.7～2.01.8～2.01.55～1.882.1～4.42.0～143.5～182.2～3.02.1～3.12.1～2.52.7～7.01.9～4.80.4～0.90.6～1.40.5～1.50.1～0.50.1～0.50.1～1.2表5－1熱固性塑料的成型收縮率和壓縮率4．壓縮率熱固性模塑料的表觀相對(duì)密度d1與制品的相對(duì)密度d2相差很大，模塑料在模壓前后的體積變化很大，可用壓縮率Rp來表示：Rp總是大于1。通常降低壓縮率的方法是模壓成型前對(duì)物料進(jìn)行預(yù)壓。表5—1為熱固性塑料的壓縮率。二、模壓成型的設(shè)備和模具1．壓機(jī)模壓成型的主要設(shè)備是壓機(jī)，壓機(jī)的種類很多，有機(jī)械式和液壓式。目前常用的是液壓機(jī)，且多數(shù)是油壓機(jī)。液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)形式很多，主要的是上壓式液壓機(jī)和下壓式液壓機(jī)。(1)上壓式液壓機(jī)如圖5—1所示，壓機(jī)的工作油缸設(shè)在壓機(jī)的上方，柱塞由上往下壓，下壓板是固定的。模具的陽模和陰?？梢苑謩e固定在上下壓板上，靠上壓板的升降來完成模具的啟閉和對(duì)塑料施加壓力。圖5－1上壓式液壓機(jī)1－主油缸2－主油缸柱賽3－上梁4－支柱5－活動(dòng)板6－上模板7－陽模8－陰模9－下模板10－機(jī)臺(tái)11－頂出缸柱塞12－頂出油缸13－機(jī)座

(2)下壓式液壓機(jī)如圖5—2所示，壓機(jī)的工作油缸設(shè)在壓機(jī)的下方，柱塞由下往上壓。壓機(jī)的主要參數(shù)是公稱壓力、柱塞直徑、壓板尺寸和工作行程。

圖5－2下壓式液壓機(jī)1－固定墊板2－絕熱層3－上模板4－拉桿5－柱塞6－壓筒7－行程調(diào)節(jié)套8－下模板9－活動(dòng)墊板10－機(jī)座11－液壓管線一般用公稱壓力來表示壓機(jī)的規(guī)格，可按下式計(jì)算：式中D——油壓柱塞直徑，cm

pL——壓機(jī)能承受的最高壓力，MPa壓板尺寸決定了壓機(jī)能模壓制品的面積大小，而工作行程決定了模具的高度，也決定了能模壓制品的厚度。2．模具模壓成型用的模具按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分主要有溢式、不溢式和半溢式模具三種。(1)溢式模具結(jié)構(gòu)如圖5—3所示，是由陰模和陽模兩部分組成，陰陽兩部分的準(zhǔn)確閉合由導(dǎo)合釘來保證，制品的脫?？宽敵鰲U完成，但小型的溢式模具不一定有導(dǎo)合釘和頂出桿。圖5－3溢式模具示意圖1－上模板2－組合式陽模3－導(dǎo)合釘4－陰模5－氣口6－下模板7－推頂桿8－制品9－溢料縫(2)不溢式模具結(jié)構(gòu)如圖5－4所示，特點(diǎn)是不讓物料從模具型腔中溢出，模壓壓力全部施加在物料上，可得高密度制品。不但可以適用于流動(dòng)性較差和壓縮率較大的塑料，而且可壓制牽引度較長的制品。模具結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本高，壓制時(shí)操作技術(shù)要求較高。必須用重量法加料。此外，模壓時(shí)不易排氣，固化時(shí)間較長。圖5－4不溢式模具示意圖1－陽模2－陰模3－制品4－脫模桿5－定位下模板(3)半溢式模具結(jié)構(gòu)介于濫式和不濫式之間，分有支承面和無支承面兩種形式5-5所示。1)有支承面：除裝料室外，與溢式模具相似。成本高，容易使壓力損失。2)無支承面：與不溢式模具很相似，所不同的是陰模在進(jìn)口處開設(shè)向外傾斜的斜面，制造成本及操作要求均較不溢式模具低。在上述模具基本結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，還有多槽模和瓣合模等。圖5－5半溢式模具示意圖（a）有支承面（b）無支承面1－陽模2－制品3－陰模4－溢料刻槽5－支承面（A段為裝料室，B段為平直段）三、模壓成型工藝熱固性塑料模壓成型工藝過程通常由成型物料的準(zhǔn)備、成型和制品后處理三個(gè)階段組成，工藝過程見圖5—6所示。壓塑料計(jì)量預(yù)壓或預(yù)熱加料模具清理和嵌件安放閉模排氣保壓固化脫模制品后處理熱固性塑料制品圖5－6熱固性塑料模壓成型工藝流程1.計(jì)量計(jì)量主要有重量法和容量法。2.預(yù)壓預(yù)壓有如下作用和優(yōu)點(diǎn)：1)加料快、準(zhǔn)確、無粉塵；2)降低壓縮率，可減小模具裝料室和模具高度；3)預(yù)壓料緊密，空氣含量少，傳熱快，又可提高預(yù)熱溫度：從而縮短了預(yù)熱和固化的時(shí)間，制品也不易出現(xiàn)氣泡；4)便于成型較大或帶有精細(xì)嵌件的制品。影響預(yù)壓料質(zhì)量的因素主要有模塑料的水分，顆粒大小，壓縮率，預(yù)壓溫度和壓力等。一般預(yù)壓在室溫下進(jìn)行，如果在室溫下不易預(yù)壓也可將預(yù)壓溫度提高到50一90℃；預(yù)壓物的密度一般要求達(dá)到制品密度的80％。預(yù)壓的主要設(shè)備是預(yù)壓機(jī)和壓模。常用的預(yù)壓機(jī)有偏心式和旋轉(zhuǎn)式兩種；壓模結(jié)構(gòu)由上陽模、下陽模和陰模三部分組成。3．預(yù)熱模壓前對(duì)塑料進(jìn)行加熱具有預(yù)熱和干燥兩個(gè)作用。熱固性塑料在模壓前進(jìn)行預(yù)熱有以下優(yōu)點(diǎn)：1)能加快塑料成型時(shí)的固化速度，縮短成型時(shí)間；2)提高塑料流動(dòng)性，增進(jìn)固化的均勻性，提高制品質(zhì)量，降低廢品率；3)可降低模壓壓力，可成型流動(dòng)性差的塑料或較大的制品。預(yù)熱溫度和時(shí)間根據(jù)塑料品種而定。表5-2為各種熱固性塑料預(yù)熱溫度。PFUFMFPDAPEP預(yù)熱溫度/℃預(yù)熱時(shí)間/S90～1206060～1004060～1006070～1103060～9030表5－2熱固性塑料的預(yù)熱溫度（高頻預(yù)熱）熱固性樹脂是有反應(yīng)活性的，預(yù)熱溫度過高或時(shí)間過長，會(huì)降低流動(dòng)性(圖5—7)。常用預(yù)熱方法有電熱板加熱、烘箱加熱、紅外線加熱和高頻電熱等。圖5－7預(yù)熱時(shí)間對(duì)流動(dòng)性的影響

[熱塑性酚醛壓塑料]，（180±10）℃4．嵌件安放模壓帶嵌件的制品時(shí)，嵌件必須在加料前放入模具。嵌件安放要求平穩(wěn)準(zhǔn)確。5．加料把已計(jì)量的模塑料加入模具內(nèi)，加料關(guān)鍵是準(zhǔn)確均勻。6．閉模加料完畢后閉合模具，操作時(shí)應(yīng)先快后慢。7．排氣在閉模后塑料受熱軟化、熔融，并開始交聯(lián)縮聚反應(yīng)，副產(chǎn)物有水和低分子物，因而要排出氣體。掌握排氣時(shí)間，排氣的次數(shù)和時(shí)間根據(jù)具體情況而定。8．保壓固化在一定的模壓壓力和溫度下保持一段時(shí)間，使熱固性樹脂的縮聚反應(yīng)推進(jìn)到所需的程度。保壓固化時(shí)間取決于塑料的類型、制品的厚度、預(yù)熱情況、模壓溫度和壓力等，過長或過短的固化時(shí)間對(duì)制品性能都不利。一般在模內(nèi)的保壓固化時(shí)間為數(shù)分鐘。9．脫模冷卻固化完畢即可趁熱脫模，以縮短成型周期。脫模通常是靠頂出桿來完成的，帶有嵌件和成型桿的制品應(yīng)先用專門工具將成型桿等擰脫再行脫模。10．制品后處理制品的外觀和內(nèi)在質(zhì)量，脫模后需對(duì)制品進(jìn)行修整和熱處理。修整主要是去掉毛邊；熱處理是使制品固化更趨完全，同時(shí)減少或消除制品的內(nèi)應(yīng)力，提高制品的耐熱性、電性能和強(qiáng)度。熱處理的溫度一般比成型溫度高10～50℃，而熱處理時(shí)間則視塑料的品種、制品的結(jié)構(gòu)和壁厚而定。

四、模壓成型工藝條件及控制圖5－8熱固性塑料模壓成型時(shí)的壓力－溫度－體積關(guān)系──：無支承面┄┄：有支承面在無支承面的模具中，當(dāng)模具完全閉合時(shí)，物料所承受的壓力是不變。A點(diǎn)為模具處在開啟狀態(tài)下加料時(shí)物料的壓力、溫度和體積情況；B點(diǎn)為模具閉合并施加壓力，物料受壓而體積減小，溫度升高，壓力升高；B點(diǎn)之后，當(dāng)模腔內(nèi)壓力達(dá)最大時(shí)，體積也壓縮到所對(duì)應(yīng)的值，物料溫度也達(dá)一定值；隨后由于物料吸熱膨脹，在模腔壓力不變的情況下體積脹大，到C點(diǎn)物料溫度達(dá)到模具相同的溫度，體積也膨脹到一定值；隨著交聯(lián)固化反應(yīng)的進(jìn)行，因反應(yīng)放熱，物料溫度會(huì)升高，甚至高于模溫，到D點(diǎn)達(dá)最高；同時(shí)由于交聯(lián)以及反應(yīng)過程中低分子物放出引起物料體積收縮，之后雖然壓力和溫度均保持不變，但交聯(lián)固化反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行使物料體積不斷減??；E點(diǎn)模壓完成后卸壓，模內(nèi)壓力迅速降至常壓，但開模后成型物的體積由于壓縮彈性形變的回復(fù)而再次脹大，脫模后制品在常壓下逐漸冷卻，溫度下降，體積也隨之減??；F點(diǎn)以后，制品逐漸冷至室溫，由于體積收縮的滯后，制品體積減小到與室溫相對(duì)應(yīng)的值需要相當(dāng)長的時(shí)間。在有支承面的模具中，物料的壓力—溫度—體積的關(guān)系與無支承面的模具情況稍有不同，這是因?yàn)橛兄С忻娴哪＞唛]合后模腔內(nèi)的容積保持不變，多余的物料在高壓下可經(jīng)排氣槽和分型面少量溢出，所以合模施壓之后(B點(diǎn)之后)，模腔內(nèi)的壓力上升到最大值之后又很快下降，后因物料吸熱但無法膨脹，導(dǎo)致壓力有所回升，隨后因交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行，也由于陽模不能下移，物料體積不能減小而使模腔內(nèi)的壓力逐漸下降。對(duì)熱固性塑料的實(shí)際模壓成型過程來說，物料的壓力、溫度和體積隨時(shí)間變化的關(guān)系是介于上述兩種典型情況之間。影響模壓成型過程的主要因素是壓力、溫度和時(shí)間。

1．模壓壓力模壓壓力是指成型時(shí)壓機(jī)對(duì)塑料所施加的壓力，可用下式計(jì)算：

式中

pm——模壓壓力，MPa；

Pg——壓機(jī)實(shí)際使用的液壓，MPa；

D——壓機(jī)主油缸活塞的直徑，cm；

Am——塑料制件在受壓方向的投影面積，cm2。模壓壓力取決于塑料的工藝性能和成型工藝條件。實(shí)際上模壓壓力主要受物料在模腔內(nèi)的流動(dòng)情況制約。從圖5-9可以看出壓力對(duì)流動(dòng)性的影響。圖5－9熱固性塑料模壓壓力對(duì)流動(dòng)固化曲線的影響

a：pm=50MPab：pm=20MPac：pm=10MPa如果預(yù)熱溫度過高或預(yù)熱時(shí)間過長會(huì)使塑料在預(yù)熱過程中有部分固化，會(huì)抵消預(yù)熱增大流動(dòng)性效果，模壓時(shí)需更高的壓力來保證物料充滿型腔(見圖5-10)。圖5－10熱固性塑料預(yù)熱溫度對(duì)模壓壓力的影響2．模壓溫度模壓溫度是指成型時(shí)所規(guī)定的模具溫度。在一定的溫度范圍內(nèi)，模溫升高，物料流動(dòng)性提高，充模順利，交聯(lián)固化速度增加，模壓周期縮短，生產(chǎn)效率高。但過高的模壓溫度會(huì)使塑料的交聯(lián)反應(yīng)過早開始和固化速度太快而使塑料的熔融粘度增加，流動(dòng)性下降，造成充模不全，見圖5-11。模壓形狀復(fù)雜、壁薄、深度大的制品，-不宜選用高模溫，但經(jīng)過預(yù)熱的塑料進(jìn)行模壓時(shí)，由于內(nèi)外層溫度較均勻，流動(dòng)性好，可選用較高模溫。模壓溫度過低時(shí)，不僅物料流動(dòng)性差，而且固化速度慢，交聯(lián)反應(yīng)難以充分進(jìn)行，會(huì)造成制品強(qiáng)度低，無光澤，甚至制品表面出現(xiàn)腫脹?；脽羝?0圖5－11熱固性塑料流量與溫度的關(guān)系a－pm=30MPab－pm=10MPa3．模壓時(shí)間模壓時(shí)間是指塑料從充模加壓到完全固化為止的這段時(shí)間。模壓時(shí)間主要與塑料的固化速度有關(guān)，而固化速度決定于塑料的種類。此外，與制品的形狀、厚度、模壓溫度和壓力，以及是否預(yù)熱和預(yù)壓等有關(guān)。模壓溫度升高，塑料的固化速度加快，模壓時(shí)間減少。固化時(shí)間與制品厚度成正比(見圖5-12所示)，合適的預(yù)熱條件可以加快物料在模腔內(nèi)充模和升溫過程，因而有利于縮短模壓時(shí)間。

第二節(jié)橡膠制品的模型硫化圖5－12酚醛塑料制品厚度與模壓溫度和固化時(shí)間的關(guān)系第二節(jié)橡膠制品的模型硫化通常把橡膠的模壓稱作模型硫化，在橡膠制品生產(chǎn)中，模型硫化在硫化工藝中應(yīng)用最為廣泛。硫化是橡膠制品生產(chǎn)過程中最重要的工藝過程，橡膠經(jīng)歷了一系列的物理和化學(xué)變化，其物理機(jī)械性能和化學(xué)性能得到了改善。硫化是橡膠大分子鏈發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)的過程，這一過程是在一定溫度、壓力和時(shí)間條件下完成的。一、橡膠制品及生產(chǎn)工藝橡膠制品通?？煞譃槿缦聨状箢悾?)輪胎輪胎是橡膠制品中主要的產(chǎn)品之一，在橡膠中所占的比例最大，世界上有50％一60％的生膠用于生產(chǎn)各種輪胎。2)膠帶按其功能不同可以分為運(yùn)輸物料用的運(yùn)輸膠帶和傳遞動(dòng)力用的傳動(dòng)膠帶。3)膠管根據(jù)膠管的材料和結(jié)構(gòu)不同，有全膠膠管、夾布膠管、編織膠管、纏繞膠管、針織膠管和吸引膠管。4)膠鞋在橡膠制品所占的比例也很大，膠鞋根據(jù)不同的生產(chǎn)方法有貼合鞋、模壓鞋和注壓鞋。，5)橡膠工業(yè)制品如密封件、膠輥、膠布、膠板、減震制品等，品種繁多。橡膠制品的基本工藝過程包括配合、生膠塑煉、膠料混煉、成型、硫化五個(gè)基本過程，如圖5—13所示。生膠塑煉配合混煉配合劑模壓壓延壓出注壓成型硫化制品圖5－13橡膠制品生產(chǎn)工藝過程示意圖在各種橡膠制品生產(chǎn)工藝過程中，配合、塑煉、混煉工序基本相同，模壓和注壓工序中成型與硫化實(shí)際上是同時(shí)進(jìn)行的。壓延和壓出所得的可以是直接進(jìn)行硫化的半成品，也可以經(jīng)壓延、壓出后得一定形狀的坯料，制成各種半成品，再經(jīng)硫化得制品。橡膠制品可以分為模型制品和非模型制品兩大類。模型制品是指在模型中定型并硫化的制品。而不用模型制造的，如膠布、膠管以及壓延制得的膠片、膠布、貼合制造的貼合鞋、氧氣袋、膠輥等都是非模型制品。模型制品的制造工藝主要有兩種，即模壓法和注壓法。二、橡膠制品的硫化硫化是橡膠制品制造工藝的一個(gè)必要過程，也是橡膠加工所特有的工序。橡膠通過硫化獲得了必需的物理機(jī)械性能和化學(xué)性能。1．橡膠在硫化過程中的結(jié)構(gòu)與性能的變化硫化前，橡膠分子是呈卷曲狀的線型結(jié)構(gòu)，其分子鏈具有運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性，大分子之間是以范德華力相互作用的，當(dāng)受外力作用時(shí)，大分子鏈段易發(fā)生位移，在性能上表現(xiàn)出較大的變形，可塑性大，強(qiáng)度不大，具有可溶性。硫化后，橡膠大分子被交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大分子鏈之間有主價(jià)鍵力的作用，使大分子鏈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到一定的限制，在外力作用下，不易發(fā)生較大的位移，變形減小，強(qiáng)度增大，失去可溶性，只能有限溶脹。(1)物理機(jī)械性能的變化橡膠在硫化過程中，隨著線型大分子逐漸變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可塑性減小，拉伸強(qiáng)度、定伸強(qiáng)度、硬度、彈性增加，而伸長率、永久變形、疲勞生熱等相應(yīng)減小，但若繼續(xù)硫化，則拉伸強(qiáng)度、彈性逐漸下降，伸長率、永久變形反而會(huì)上升的現(xiàn)象，如圖5-14。圖5－14橡膠在硫化過程中物理機(jī)械性能的變化1－拉伸強(qiáng)度2－定伸強(qiáng)度3－彈性4－伸長率5－硬度6－永久變形(2)物理性質(zhì)的變化橡膠在硫化過程中，交聯(lián)密度發(fā)生了顯著的變化。橡膠的密度增加，透氣性、透水性減少，相對(duì)分子質(zhì)量增大，能使生膠溶解的溶劑只能使硫化膠溶脹，而且交聯(lián)度越大，溶脹越少·。硫化也提高了橡膠的熱穩(wěn)定性和使用溫度范圍。(3)化學(xué)穩(wěn)定性的變化硫化后，化學(xué)活性比較高的基團(tuán)或原子上發(fā)生了交聯(lián)，老化反應(yīng)難以進(jìn)行。橡膠形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)后，使低分子擴(kuò)散受到更大的阻礙，導(dǎo)致橡膠老化的自由基難以擴(kuò)散，提高了橡膠的化學(xué)穩(wěn)定性。2．硫化歷程硫化歷程圖如圖5—15所示，橡膠的硫化歷程可分為四個(gè)階段：焦燒階段、預(yù)硫階段、正硫化階段和過硫階段。圖5－15橡膠硫化歷程圖A－起硫快速的膠料B－有遲延特性的膠料C－過硫后定伸強(qiáng)度繼續(xù)上升的膠料D－具有返原性的膠料a1－操作焦燒時(shí)間a2－剩余焦燒時(shí)間b－模型硫化時(shí)間(1)焦燒階段又稱硫化誘導(dǎo)期，是指橡膠在硫化開始前的延遲作用時(shí)間，在此階段膠料尚未開始交聯(lián)，膠料在模型內(nèi)有良好的流動(dòng)性。膠料的實(shí)際焦燒時(shí)間包括操作焦燒時(shí)間(a1)和殘余焦燒時(shí)間(a2)兩部分。(2)預(yù)硫階段，焦燒期以后橡膠開始交聯(lián)的階段。預(yù)硫階段的長短反映了橡膠硫化反應(yīng)速度的快慢，主要取決于膠料的配方。(3)正硫化階段橡膠的交聯(lián)反應(yīng)達(dá)到一定的程度，此時(shí)的各項(xiàng)物理機(jī)械性能均達(dá)到或接近最佳值，其綜合性能最佳。也稱為平坦硫化階段。此階段所取的溫度和時(shí)間稱為正硫化溫度和正硫化時(shí)間。硫化平坦階段的長短取決于膠料的配方，主要是促進(jìn)劑和防老劑的種類。(4)過硫階段正硫化以后繼續(xù)硫化便進(jìn)入過硫階段。在過硫階段斷鏈多于交聯(lián)而出現(xiàn)硫化返原現(xiàn)象；過硫階段膠料的性能變化情況反映了硫化平坦期的長短，不僅表明了膠料熱穩(wěn)定性的高低，而且對(duì)硫化工藝的安全性及制品硫化質(zhì)量有直接影響。硫化平坦期的長短，除了橡膠本身分子結(jié)構(gòu)影響以外，在很大程度上取決于硫化體系。如圖－16所示。圖5－16硫化曲線類型如硫磺硫化體系，且用超促進(jìn)劑(如TMTD)的膠料，易產(chǎn)生疏化返原現(xiàn)象(如圖5—16a線)。非硫磺硫化體系，或者硫磺硫化體系，雖用超促進(jìn)劑但硫磺用量較低(即低硫高促)，可獲得較長的平坦期(如圖5—16b線)，甚至對(duì)有些膠料(如丁苯、丁腈橡膠)，出現(xiàn)過疏期性能仍上升的現(xiàn)象(如圖5—16c線)。3．正硫化及正硫化點(diǎn)的確定測定正硫化點(diǎn)的方法很多，主要有物理機(jī)械性能法、化學(xué)法和專用儀器法。

(1)物理機(jī)械性能法通常測定在一定硫化溫度下，不同硫化時(shí)間的硫化膠物理機(jī)械性能，作出性能與硫化時(shí)間的曲線，再根據(jù)產(chǎn)品的要求進(jìn)行綜合分析，找出適當(dāng)?shù)恼蚧c(diǎn)。此法的缺點(diǎn)是麻煩，不經(jīng)濟(jì)。(2)化學(xué)法測定橡膠在硫化過程中游離硫的含量，以及用溶脹法測定硫化膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的變化來確定正硫化點(diǎn)。此法誤差較大，適應(yīng)性不廣，有一定限制。(3)專用儀器法用專門的測試儀器來測定橡膠硫化特性并確定正硫化點(diǎn)。目前主要有門尼粘度計(jì)和各類硫化儀，其中轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)振蕩式硫化儀用得最為廣泛。圖5-17為由硫化儀測得膠料的硫化曲線。最小轉(zhuǎn)矩ML反映膠料在一定溫度下的可塑性，最大轉(zhuǎn)矩MH反映硫化膠的模量，一般取值是：轉(zhuǎn)矩達(dá)到(MH－ML)×10％＋ML時(shí)所需的時(shí)間t10為焦燒時(shí)間；轉(zhuǎn)矩達(dá)到(MH－ML)×90％＋ML時(shí)所需的時(shí)間t90為正硫化時(shí)間；t90－t10為硫化反應(yīng)速度。其值越小，硫化速度越快。圖5－17硫化曲線ML－最小轉(zhuǎn)矩

MH－最大轉(zhuǎn)矩tL－達(dá)到最低粘度對(duì)應(yīng)的時(shí)間tH－達(dá)到最大粘度對(duì)應(yīng)的時(shí)間t10－焦燒時(shí)間t90－正硫化時(shí)間4．硫化方法和硫化介質(zhì)(1)室溫硫化法此法是讓橡膠半成品在室溫及不加壓的條件下進(jìn)行硫化。(2)冷硫化法此法多用于薄層浸漬制品的硫化，制品在含有2％一5％的一氯化硫溶液中(溶劑為二硫化碳、苯或四氯化碳等)浸漬幾秒至幾分鐘即可完成硫化；也可把制品置于有氯化硫蒸汽的襯鉛室中進(jìn)行硫化。(3)高能輻射硫化法將半成品置于高能射線(如：γ射線、x射線)或高能質(zhì)點(diǎn)（如β射線、高速運(yùn)動(dòng)的電子、質(zhì)子)作用下，使橡膠分子受引發(fā)產(chǎn)生自由基而交聯(lián)起來。(4)熱硫化法橡膠加工中應(yīng)用最廣泛的硫化方法，熱硫化法是分別使用水蒸汽、熱空氣、熱水、電熱來加熱硫化橡膠制品。a．直接硫化水中加入超促進(jìn)劑，加熱到100℃附近，將半成品放入，受熱硫化。b．直接蒸汽硫化半成品放人硫化罐內(nèi)，硫化時(shí)罐內(nèi)通蒸汽，利用蒸汽的熱量和壓力來硫化制品。c．熱空氣硫化(或間接蒸汽硫化)d.模型加壓硫化膠料或半成品放在金屬模具的模腔內(nèi)，從模外加熱、加壓一段時(shí)間，制得與模腔形狀相同的模型制品(5)連續(xù)硫化法a．鼓式硫化機(jī)硫化主要用于硫化膠板、平型膠帶和三角帶等。硫化工藝過程如圖5—18所示。b．蒸汽管道硫化橡膠壓出制品連續(xù)通過密封的通有高壓蒸氣的管道進(jìn)行硫化，主要用于膠管、電線電纜等制品。c．熱空氣連續(xù)硫化主要用于膠布等。d．液體介質(zhì)硫化液體介質(zhì)通常為低熔點(diǎn)共熔鹽。e．紅外線硫化適用于膠布等薄壁制品。f．高頻和微波硫化特別適用于厚制品的硫化。g．沸騰床硫化沸騰床的結(jié)構(gòu)和工藝如圖5-19所示。圖5－18鼓式硫化機(jī)連續(xù)硫化示意圖1－導(dǎo)開架2－預(yù)熱臺(tái)3－氈滾4－上輥5－硫化鼓6－加熱鋼帶7－液壓缸8－硫化制品9－卷曲裝置10－拉緊輥11－電加熱器12－下輥圖5－19臥式沸騰床結(jié)構(gòu)示意圖1－通風(fēng)罩2－牽引裝置3－床體4－玻璃珠粒層5－電熱器6－隔離板7－旋塞8－進(jìn)氣管9－T型三通閥10－壓出機(jī)頭三、模型硫化工藝及硫化條件模型硫化是將混煉膠或經(jīng)成型后制得的橡膠半成品(坯料)置于閉合的金屬模具內(nèi)加熱加壓，使橡膠硫化交聯(lián)而定型為制品，其工藝過程與熱固性塑料的模壓較類似，見圖5—20?；鞜捘z橡膠半成品計(jì)量加熱閉模排氣保壓硫化脫模橡膠制品圖5－20橡膠制品模型硫化工藝流程在硫化過程中主要控制的工藝條件是硫化的壓力、溫度和時(shí)間。

1.硫化壓力模型硫化時(shí)必須施以壓力。硫化壓力有助于提高膠料的流動(dòng)性，利于充滿模腔。硫化壓力的選取主要根據(jù)膠料的性質(zhì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和其他工藝條件等決定。對(duì)流動(dòng)性較差的，產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的，或者產(chǎn)品較厚、層數(shù)多的宜選用較大的硫化壓力。硫化溫度提高，硫化壓力也應(yīng)高一些。但過高壓力對(duì)橡膠的性能也不利，高壓會(huì)加速橡膠分子鏈的熱降解。2.硫化溫度硫化溫度是促進(jìn)硫化反應(yīng)的主要因素，提高硫化溫度可以加快硫化速度，縮短硫化時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。硫化溫度與硫化時(shí)間是相互制約的，可用范特霍夫方程式表示：式中t1——溫度為T1時(shí)所需的硫化時(shí)間，min；

t2——溫度為T2時(shí)所需的硫化時(shí)間，min；

K——硫化溫度系數(shù)，大多數(shù)橡膠在硫化溫度為120～180℃范圍內(nèi)K＝1.5～2.5之間，通常取K＝2。從公式說明，要達(dá)到相同的硫化效果，硫化溫度每升高或降低10℃，則硫化時(shí)間縮短或延長一倍。提高硫化溫度，在加速硫化交聯(lián)反應(yīng)的同時(shí)也加速了分子斷鏈反應(yīng)，結(jié)果使硫化曲線的正硫化階段(平坦區(qū))縮短，易進(jìn)入過硫階段，難以得到性能優(yōu)良的硫化膠，見圖5-21所示。硫化溫度的高低取決于橡膠的種類和硫化體系。圖5－21不同硫化溫度的硫化特性曲線（T1>T2）3.硫化時(shí)間在一定的硫化溫度和壓力下，橡膠有一最宜的硫化時(shí)間，時(shí)間太長則過硫，時(shí)間太短則欠硫，對(duì)產(chǎn)品性能都不利。硫化效應(yīng)E等于硫化強(qiáng)度I與硫化時(shí)間t的乘積，即：

E=It式中E——硫化效應(yīng)；

I——硫化強(qiáng)度；

t——硫化時(shí)間，min。硫化強(qiáng)度I是膠料在一定溫度下，單位時(shí)間所達(dá)到的硫化程度，也反映了膠料在一定溫度下的硫化速度，它與硫化溫度T和溫度系數(shù)K有關(guān)：

式中K——硫化溫度系數(shù)；

T——硫化溫度，℃。硫化膠的性能取決于硫化程度，因此同一種膠料要在不同硫化條件下制得具有相同性能的硫化膠，就應(yīng)使它們的硫化程度相同，即硫化效應(yīng)相同。

第三節(jié)復(fù)合材料壓制成型高分子復(fù)合材料是指由高聚物和各種填充材料或增強(qiáng)材料所組成的多相復(fù)合體。復(fù)合材料制品：熱固性增強(qiáng)塑料制品，纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料成型制品。常用的熱固性樹脂主要有酚醛、氨基、環(huán)氧、不飽和聚酯、有機(jī)硅等樹脂。常用的增強(qiáng)材料有玻璃、石棉、金屬、棉花、劍麻或合成纖維所制成的纖維或織物，其中用得最多的是玻璃纖維及其織物。狹義的增強(qiáng)塑料就是指玻璃纖維增強(qiáng)塑料(Fiberglass-reinforcedplastics，F(xiàn)RPorGRP)，其比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度)可與鋼材相匹敵，故亦稱“玻璃鋼”。玻璃纖維復(fù)合材料的成型可以用壓制、纏繞和擠拉等方法，其中壓制成型是最主要的加工方法。根據(jù)成型壓力可分為高壓法和低壓法，高壓法包括層壓成型和模壓成型，低壓法主要是手糊成型。一、層壓成型層壓成型是指在壓力和溫度的作用下將多層相同或不同材料的片狀物通過樹脂的粘結(jié)和熔合，壓制成層壓塑料的成型方法。增強(qiáng)熱固性層壓塑料是以片狀連續(xù)材料為骨架材料浸漬熱固性樹脂溶液，經(jīng)干燥后成為附膠材料，通過裁剪、層疊或卷制，在加熱、加壓作用下，使熱固性樹脂交聯(lián)固化而成為板、管、棒狀層壓制品。層壓成型工藝由浸漬、壓制和后加工處理三個(gè)階段組成，其工藝過程如圖5—22所示：熱固性樹脂片狀連續(xù)增強(qiáng)材料樹脂溶液的配制表面處理及干燥浸漬干燥裁剪、疊合卷制裁剪、疊合、制坯層壓脫模修整及熱處理層壓制品圖5－22層壓成型工藝流程圖1．浸漬上膠浸漬上膠工藝是制造層壓制品的關(guān)鍵工藝。主要包括樹脂溶液的配制、浸漬和干燥等工序。(1)樹脂溶液配制一般配制濃度在30％左右。(2)浸漬浸漬可以在立式或臥式浸漬上膠機(jī)上進(jìn)行(如圖5-23)。浸漬過程中，要求浸漬片材達(dá)到規(guī)定的樹脂含量，即含膠量，一般要求含膠量為30％一55％。(3)干燥干燥后所得附膠材料的主要質(zhì)量指標(biāo)是揮發(fā)物含量、不溶性樹脂含量和干燥度等?；脽羝?2

圖5－23浸漬上膠機(jī)示意圖（a）臥式（b）立式1－原材料卷輥2－導(dǎo)向輥3－浸漬輥4－擠壓輥5－浸漬槽6－干燥室7－收卷輥2.層壓層壓制品主要有板材、管材或棒材及模型制品，不同制品其壓制工藝是不同的。(1)層壓板材的壓制其成型過程包括裁剪、疊合、進(jìn)模、熱壓和脫模等操作。壓制板的厚度與附膠材料的疊合量有如下關(guān)系：

式中

m——附膠材料的疊合量，kg；

A——層壓板的面積，cm

2；

δ——層壓板的厚度，cm

；

d——附膠材料的相對(duì)密度。

疊合好的板坯置于兩塊打磨拋光的不銹鋼板之間，并逐層放入多層壓機(jī)的各層熱壓板上，如圖5-24所示。然后閉合壓機(jī)開始升溫升壓。疊合本的組合順序是鐵板→襯紙(50～100張)→單面鋼板→板坯→雙面鋼板→板坯→……→雙面鋼板→板坯→單面鋼板→襯紙→鐵板。疊合本厚度不得超過兩熱板間的距離。放襯紙的目的是使制品均勻受熱受壓。溫度、壓力和時(shí)間是層壓成型的三個(gè)重要的工藝條件。但在壓制過程中，溫度和壓力的控制分為五個(gè)階段，如圖5-25所示。圖5－24多層壓機(jī)示意圖1－固定模架2－導(dǎo)柱

3－壓板4－活動(dòng)橫梁

5－輔助工作缸6－輔助油缸柱塞

7－主工作缸8－主油缸活塞圖5－25層壓工藝溫度曲線示意圖1－預(yù)熱階段2－中間保溫階段3－升溫階段4－熱壓保溫階段5－冷卻階段a．預(yù)熱階段施加全壓的1/3—1/2，一般為4～5MPa之間b．中間保溫階段c．升溫階段d．熱壓保溫階段在規(guī)定的壓力和溫度下(9～10MPa，160～170℃)，保持一段時(shí)間，使樹脂充分交聯(lián)固化。e，冷卻階段樹脂充分交聯(lián)固化后即可逐漸降溫冷卻，冷卻時(shí)應(yīng)保持一定的壓力。壓力的大小取決于樹脂的固化特性，在壓制的各個(gè)階段壓力各不相同。壓制時(shí)間決定于樹脂的類型、固化特性和制品厚度，總的壓制時(shí)間＝預(yù)熱時(shí)間＋疊合厚度×固化速度＋冷壓時(shí)間。當(dāng)板材冷卻到50℃以下即可卸壓脫模。(2)管材、棒材的壓制

層壓管材和棒材也是以干燥的附膠材料為原料，用專門的卷管機(jī)卷繞成管坯或棒坯，見圖5-26。將管坯先送人80～100℃烘房內(nèi)預(yù)固化，然后在170℃進(jìn)一步固化。對(duì)于層壓棒，也可將棒坯放入專門的壓制模具內(nèi)，然后加壓加熱固化成型。圖5－26卷管工藝示意圖1－上輥筒2、3－支承輥4－管芯5－導(dǎo)向輥6－張力輥

7－膠布卷輥8－剎車輪9－翼形螺母10－膠布(3)模型制品的壓制層壓材料的模型制品也是以附膠材料為原料經(jīng)裁剪、疊合，制成型坯，放入模腔中進(jìn)行熱壓，模壓工藝同前述的熱固性塑料的壓縮模塑。3．后加工和熱處理后加工是修整去除壓制好的制品的毛邊及進(jìn)行機(jī)械加工制得各種形狀的層壓制品。熱處理是將制品在120～130℃溫度下處理48—72h，使樹脂固化完全，以提高熱性能和電性能。二、模壓成型復(fù)合材料的模壓成型工藝與熱固性塑料的模壓成型相類似，是將模壓料放在金屬對(duì)模中，在一定的溫度和壓力作用下，制成異型制品的工藝過程。模壓成型工藝分為短纖維料模壓、氈料模壓、碎布料模壓、纏繞模壓、織物模壓、定向鋪設(shè)模壓和片狀模塑料模壓。模壓料一般可用預(yù)混法和預(yù)浸法兩種形式制備。聚酯模壓料由樹脂糊以及增強(qiáng)材料組成，樹脂糊包含不飽和聚酯樹脂、交聯(lián)劑、引發(fā)劑、增稠劑等物料，增強(qiáng)材料主要有短切玻璃纖維及短切玻璃纖維氈。聚酯模壓料最典型的是塊狀模壓料和片狀模壓料。1．塊狀模塑料模壓成型工藝塊狀模塑料(BulkMoldingCompound，簡稱BMC)是用預(yù)混法制成的聚酯樹脂模塑料，模塑料成塊團(tuán)狀，故也稱料團(tuán)。預(yù)混料由不飽和聚酯樹脂、無機(jī)礦物填料、短切玻璃纖維、引發(fā)劑、顏料和潤滑劑等組成，典型配比是：聚酯樹脂20％～35％無機(jī)礦物填料45％～55％短切玻璃纖維10％～25％引發(fā)劑、顏料2％～3％潤滑劑0.5％～2％其中玻璃纖維的長度影響模壓料的加工性能和制品最終性能，一般玻璃纖維長度為1.3～1.6cm，最長為3.0cm。樹脂填料引發(fā)劑、塑料、潤滑劑預(yù)混樹脂糊計(jì)量混合纖維熱處理切割存放BMC圖5－27BMC生產(chǎn)工藝流程圖BMC的生產(chǎn)工藝過程如圖5-27所示。BMC的生產(chǎn)過程，如圖5－28所示。BMC的成型方法屬于高壓壓制成型，近年來發(fā)展了用低壓法成型BMC。BMC適于生產(chǎn)形狀較復(fù)雜的制品，而且成型速度快，成本低，產(chǎn)品主要為電器制品。圖5－28BMC生產(chǎn)過程示意圖1－干混合料稱量加載出料料斗2－玻璃纖維3－加料斗4－具自動(dòng)截流裝置的玻璃纖維計(jì)量器5－混合器6－樹脂和催化劑計(jì)量、螺旋槳式混合器7－混合器出料槽2．片狀模塑料模壓成型片狀模塑料(SheetMoldingCompound，簡稱SMC)是用預(yù)浸法制成的片狀聚酯樹脂模壓料。SMC是不飽和聚酯樹脂加入增稠劑、無機(jī)填料、引發(fā)劑、脫模劑和顏料等組分的樹脂糊，浸漬短切玻璃纖維或氈片，上下兩面覆蓋聚乙烯薄膜的薄片狀的模塑料。SMC的生產(chǎn)為一連續(xù)過程，SMC的生產(chǎn)工藝過程如圖5－29所示。樹脂填料引發(fā)劑、增稠劑、其他添加劑預(yù)混樹脂糊上薄膜收卷圖5－29SMC生產(chǎn)工藝流程圖無捻粗紗沉降切割下薄膜浸漬稠化包裝SMC生產(chǎn)過程如圖5-30所示。SMC的模壓成型的壓制過程與熱固性塑料模壓相似。SMC的成型壓力要比BMC稍高，產(chǎn)品廣泛用在汽車工業(yè)、電機(jī)和日用品領(lǐng)域。SMC生產(chǎn)工藝簡單方便，生產(chǎn)效率高，易自動(dòng)化，制品尺寸穩(wěn)定性好，表面平整光滑。圖5－30SMC生產(chǎn)過程示意圖1－粗紗2－刮漿刀3－樹脂混合液4－聚乙烯薄膜5－切斷的纖維6－壓輥7－刮漿刀8－樹脂混合液9－聚乙烯薄膜10－片狀模塑料三、手糊成型手糊成型制品是以不飽和聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂為膠粘劑浸漬片狀連續(xù)材料所組成的復(fù)合材料，以玻璃纖維布作增強(qiáng)材料所得的制品即為通常所稱的玻璃鋼。亦稱為接觸成型，屬低壓壓制成型。手糊成型的優(yōu)點(diǎn)是，成型過程不用高壓，不加熱，設(shè)備及工藝都比較簡單，生產(chǎn)成本低；對(duì)模具材料的要求比較低，可以使用玻璃、陶瓷、石膏、水泥、木材和金屬等材料，制造方便，成型面積可大可小，形狀也可復(fù)雜或簡單；填料纖維不易斷裂，可發(fā)揮其更大的增強(qiáng)作用，所得制品的力學(xué)性能優(yōu)良。但缺點(diǎn)是制品的結(jié)構(gòu)密實(shí)性欠佳，尺寸控制難以一致?！な趾尚凸に嚵鞒倘鐖D5－31所示。樹脂固化劑其他輔助劑樹脂膠液配制裝配圖5－31手糊成型工藝流程圖玻璃纖維布沉降化學(xué)處理和熱處理脫模制品糊制成型固化修整模具干燥涂脫模劑1．樹脂膠液的配制樹脂膠液組分包括固化劑、引發(fā)劑、促進(jìn)劑、填料、稀釋劑、顏料、觸變劑等。2．玻璃纖維制品的準(zhǔn)備玻璃纖維布要通過加熱烘焙、燒毛及化學(xué)的方法除去玻璃布表面的水分和漿料。3．模具準(zhǔn)備及脫模劑涂刷手糊成型用的模具分單模和對(duì)模兩大類，單模又分陰模和陽模兩種，結(jié)構(gòu)如圖5-32所示。圖5－32手糊成型用模具示意圖(a)陰模(b)陽模(c)對(duì)模1－工作面2－模腔3－定位銷常用的脫模劑分為三大類：①薄膜型②溶液型③油蠟型4．膠衣層的制備為了改善玻璃鋼制品的表面質(zhì)量，延長使用壽命，在制品表面往往做一層樹脂含量較高的面層，稱為膠衣層。5．糊制成型圖5-33是手糊成型工藝的示意圖。6．固化圖5－33手糊成型示意圖1－增強(qiáng)材料2－樹脂3－層狀材料4－模具5－膠衣7．脫模、修整及裝配脫模后的制品要進(jìn)行機(jī)械加工，除去飛邊、毛刺，修補(bǔ)表面和內(nèi)部缺陷。大型玻璃鋼制品往往分幾部分成型，然后進(jìn)行拼接組裝，組裝連接方法有機(jī)械連接和粘接兩種。手糊成型還包括壓力袋法、真空袋法和噴射成型法等。圖5－34壓力袋法示意圖