废旧塑料材料模压制品的压制工艺探析

2010-02-26赵勇龙

装备制造技术 2010年2期

赵勇龙

（重庆长麒物资有限公司，重庆400021）

当前合成材料工业已成为化学工业的主体，而塑料工业则是这个主体的核心。同时，石油工业的发展，促进了塑料产品的生产。但伴随着塑料生产和应用的扩大，废塑料的污染环境问题亦日益严重。我国废塑料回收利用技术经过了近30年的探索，有一定的进展，回收利用企业也初具规模。但技术的局限性很大，回收方式单一，目前仅在熔融再生利用方法上具备一定的基础，而在热分解回收油和气、回收化工原料、焚烧回收热能等利用方面，进展较缓慢，可以说才刚刚起步。而且，废塑料回收利用的加工企业，绝大部分是小型企业和乡镇企业，甚至很多是个体企业。由于条件所限，普遍存在工艺技术落后、生产设备简陋、工人素质不高、产品质量低下等现象，直接影响着企业的经济效益。同时在高新技术设备利用上，大部分引进设备存在着能耗高等问题，直接增大了运行费用，影响回收利用效益；由于设备吞吐量大，因回收环节原因，造成一些设备“吃不饱”，处于半开机或停机状态，易损件配套跟不上，致使整机性能难于充分发挥；引进的设备并不适合国情，因国内废塑料品种、成分等与国外有差异，设备的运用效果受影响。本文为此具体探讨了其中塑料模压成型工艺的开发与利用情况。

1 模压成型工艺简介

塑料材料模压成形工艺，在各种成形工艺方法中占有重要地位，主要用于异型制品的成型，因而所用的成型压力比其他工艺方法要高。由于模压成型工艺所需设备简单，又能对纤维科、碎布、毡料、层压制品、缠绕制品、编织物等各类材料进行模压成型，因而被各种规模的复合材料生产厂家所普遍采用。本试验以对废旧垃圾袋和废旧地膜的热压成型为基础，为以后利用热压成型来处理各种废塑料提供理论参考。

2 模压制品质量的影响因素

塑料模压成型工艺的基本过程，是将一定量的经过一定预处理的模压料放人预热的压模内，施加较高的压力使模压料充满模腔，在预定的温度条件下，模压料在模腔内逐渐固化，然后将制品从压模内取出，再进行必要的辅助加工即得到最终制品。其制品质量的具体影响因素如下所述。

2.1 压制模具

制品用的模具除应保证在工作压力下的强度、刚度条件外，主要应考虑能给制品的各部位、各方向较均匀地加上压力。一定的拔模斜度既能保证制品顺利出模，又能起到侧向加压的作用。模具设计尽量使制品整体成型，既可保证制品的强度、刚度，又可减少辅助加工工序和工装模具数量。在模具上应开有溢流槽使多余的料顺利排出。压模的成型表面应至少进行抛光或镀铬，表面租糙度最大为0.25 μm，以保证顺利脱模。应在模具靠近型腔部位，开设测温孔。模具本身必要时考虑设计一定的附件，以保证实现并方便脱模。本试验所用的压制模具为抗拉、抗弯模具。

2.2 压机

压机的尺寸和吨位，应能满足制品及所选材料、模具结构的要求。压机的温度和压力最好能有手控和自动控制两种模式；压机的工作台或上下加热板应，尽量使工件保持水平以避免树脂向一侧流聚，加热板在有效工作范围内，温度差控制在±5℃左右。

3 压制工艺过程

在模压过程中，模压料中的树脂将经历粘流、胶凝和固化三个阶段，而树脂分子本身也将由线形分子链变成不溶不熔的空间网状结构。模压料转化合格制品所需的外部条件，就叫做模压工艺的模压工艺参数。实际生产中常称为压制制度，包括温度制度、压力制度、脱模及后加工等方面（如图1所示）。

图1 塑料材料模压制品压制工艺的基本流程

3.1 温度制度

温度是模压料所包含的热量的量度。热能的作用，是促进模压料塑化和树脂的固化，初期随着温度的升高，模压料从软固态逐渐变成粘流态，温度达到一定程度后，模压料的粘度升高，树脂的固化反应开始，最终变成不溶不熔的固态。从分子的运动来看，温度升高，树脂分子获得的能量增加，树脂分子的热运动加剧，引发剂开始起作用，引发树脂分子的固化反应。在模压过程的各个阶段所需的热量是不同的，这就需要控制相应的温度指标，包括装料温度、升温速度、模压成型温度、恒温温度、降温温度和后处理温度等。

（1）装料温度。将模压料装入模腔时的温度叫装料温度，由模压料的品种和制品的质量要求而定，同时还应考虑到模压料中溶剂的挥发温度、制品的结构和生产效率。

（2）升温速度。升温速度指装料温度到最高温度时的升温速率。对快速压制工艺来讲，装料温度就是压制温度，不存在升温速度。而对于普通模压工艺来讲，就需要慎重选择并控制升温速度，这一点对压制厚壁制品时尤其重要。

（3）成型温度及恒温。最高温度是指通过差热分析测得的树脂固化反应的峰值温度，实际就是模压料的成型温度。在模压工艺中，成型温度重要取决于模压料的品种。在达到成型温度后，为使树脂固化完全并消除模压制品的内应力，一般应在成型温度下保温一定时间，这一过程叫恒温过程。恒温过程所持续的时间，主要取决于两个因素：一是模压料固化所需的时间；另一个是不稳定导热时间，即加热元件通过模具向模腔导热，使模腔中的模压料的温度达到成型温度所需的时间，它与模压料的品种、加热装置、制品结构和尺寸以及环境温度有关。

（4）降温。在模压过程恒温时间结束后，在保持压力的情况下开始降温过程。降温方式有自然降温和强制降温两种。通常是在模具周围的预流孔道中，通入冷水或用风机吹入冷风，来使模具和模压制品强制降温。

3.2 压力制度

压力制度是指模压过程中成型压力的大小、加压时机和卸压放气等三方面的要求。

（1）成型压力。成型压力的作用，是克服模压料在模内流动时的内摩擦力、模压料与模腔内壁之间的摩擦力，使模压料充满模腔，克服模压料被加热时挥发物产生的蒸汽压力，从而得到结构密实的制品。成型压力的大小，取决于模压料的品种、模压制品的结构和尺寸。

（2）加压时机。加压时机，是指装料后经过一段时间，在一定温度下的加压操作。合理的加压时机，是确保制品质量的关键性参数之一。加压过早，模压料中树脂分子的反应程度还较低，分子量较小，粘度低，树脂组分极易流失，从而在制品中产生局部树脂聚集，而另一部分则树脂量不足；加压过迟，树脂反应程度过高，分子量过大而导致粘度过高，模压料的流动性过差，而不能完全充满模腔。这两种情况都导致出现次品。只有合理的加压时机，才能获得最佳性能的模压制品。我们认为最佳加压时机，应在树脂发生固化反应放出大量气体前夕。

（3）卸压放气。模压料中均含有一定的挥发成分。某些模压料如酚醛型模压料，在固化反应中还会生成一些挥发性副产物。这些挥发成分及副产物，在压制过程中如果不能有效排出，将使制成品产生气泡、开裂等现象。对一些快速反应的模压料，这一现象将尤其严重。因此实际生产中，一般在加压后需要放气措施，即加压后，随即减压放气，再加压，如此反复几次，即可达到排出挥发成分及副产品的效果。

3.3 脱模

在一个压制周期结束后，应将已成型的制品从模具中取出，以便进行下一次的模压操作。脱模时的温度应在60℃以下。温度太高，所得制品易产生变形、收缩等劣变现象，并导致外观质量下降；温度太低，将使模压周期延长，成本上升。

3.4 后加工

模压制品在脱模后，往往还需要进行一定的后处理过程，才能达到使用要求。其第一道工序，是除去制品的毛刺飞边，可通过手工或机械打磨的办法进行，以提高制品的外观质量，此外往往还需要对制品进行必要的机械加工，如进行钻孔攻丝等。由于复合材料制品对机械加工十分敏感，应尽量避免，如需开孔，可通过在模具中设置型芯的办法来解决，攻丝则可通过设置带螺纹的型芯或带内螺纹的型环，直接将螺纹成型在模压制品上，否则对复合材料模压制品加工不当，极易产生“掉碴”现象，导致模压制品报废。