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热固性塑料:制备与加工方式分析

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:热固性塑料所用热固性树脂一般采用缩聚法合成,在交联固化中要释放低分子产物。20世纪20年代开始,热固性塑料的成型加工采用压缩模塑和压注模塑。现代注射成型热固性塑料的比例已经超过传统模塑成型。酚醛塑料 是使用最早、产量最高的热固性塑料。通常将环氧树脂与潜伏式固化剂等配成胶液,浸渍填料或增强材料,经烘干造粒,用热固性塑料注射成型。

热固性塑料:制备与加工方式分析

热固性塑料是指在一定的温度和压力下熔融,保持一定的时间而固化,固化后成为不能熔融、不能溶化的刚硬材料。热固性塑料所用热固性树脂一般采用缩聚法合成,在交联固化中要释放低分子产物。20世纪20年代开始,热固性塑料的成型加工采用压缩模塑(又称压制或热压模塑)和压注模塑(又称传递或压铸模塑)。生产中注塑周期长,劳动强度高,生产率低。到了20世纪60年代,热固性塑料出现了注射成型工艺,能实现生产自动化,适合大批量生产。现代注射成型热固性塑料的比例已经超过传统模塑成型。有关热固性塑料的注射成型工艺和模具将在第13章中介绍,这里侧重介绍能注射成型的几种热固性塑料。

注射级热固性塑料需专门配制,对原料的要求很高:要求拉西格法流动性大于200mm,有较好的流动性;还要有较宽的塑化温度范围;物料应在较低温度下能塑化;在料筒内塑化和停留时间内,不能发生固化反应;在料筒温度下保持流动状态的时间应在10min以上;需要物料的稳定性好,必要时加入稳定剂,抑制低温时的交联反应;而熔料进入模具型腔后,要迅速固化,以缩短成型周期。

(1)酚醛塑料(PF) 是使用最早、产量最高的热固性塑料。其成本低,易模塑,有低蠕变和良好刚性,耐酸和溶剂,但不耐碱,仅能着暗色,冲击强度差。

酚醛树脂为基体的酚醛塑料品种很多。木粉充填的酚醛塑料,俗称胶木,成本低且易成型,用于制造普通的低压电气开关。石棉纤维增强的酚醛塑料用于化工防腐和摩擦制动。玻璃纤维填充的酚醛玻璃钢制品,强度高并有良好耐热性和耐蚀性。近年来开发的新品种,有快速固化的酚醛塑料、浅色无氨酚醛塑料和阻燃耐电弧酚醛塑料等。用苯乙烯二甲苯改性的酚醛塑料,具有良好防霉抗潮性能和较好力学性能。

注射成型的酚醛塑料粉有多种牌号。这类物料的拉西格法的流动性为130~200mm。其中树脂含量为45%~55%,充填木粉、矿物粉或石棉。固化制品的弯曲强度为60~70MPa,有的用于低电压、有的用于注射成型耐热或耐电弧电器的绝缘结构件。也有已挤出造粒的注射物料。这类物料的注射成型收缩率为0.6%~1.3%,该项指标可以由供需双方商定。模具温度为160℃,动模比定模高10~15℃。料筒前部为80~100℃,料筒后部为40~60℃;注射压力为80~150MPa。玻璃纤维增强酚醛塑料用酚醛树脂胶液浸渍玻璃纤维,经烘干成型后切粒。粒料有3~6月贮存期。注射成型收缩率为1.0%左右。模具温度为165~180℃。注射压力为80~150MPa。固化制品的弯曲强度为80~120MPa。

(2)环氧塑料(EF) 是以环氧树脂为基体的各种复合材料,有良好的力学、化学阻抗和电绝缘性能;工作温度可达130℃;耐盐水且耐候性好;成型收缩率小;易注射成型各种电工机械零件。环氧树脂与金属、无机材料和各种纤维有突出的粘结性能,因此用于微电子器件的塑封,并制造覆铜箔的印制电路板。

通常将环氧树脂与潜伏式固化剂等配成胶液,浸渍填料或增强材料,经烘干造粒,用热固性塑料注射成型。注射成型的制品主要用于电气和汽车行业,生产有耐热要求的绝缘件和结构件。料筒温度从40℃逐渐升至喷嘴为90℃。模具温度为150~200℃。

脲、三聚氰胺甲醛等经缩聚反应,生成含有氨基或酰胺基的树脂称为氨基树脂AF。添加助剂后称氨基塑料,主要用做粘合剂,其次是涂料和纤维,少量用于塑料制品生产。应用得最多的是脲醛塑料(UF)和三聚氰胺甲醛塑料(MF)。

(3)脲醛塑料(UF) 是以脲甲醛树脂为基体,纤维素为填料,有多种添加剂的塑料,可制成半透明和不透明塑料。其色泽如玉,俗称电玉塑料,容易着色、难燃、电绝缘性比PF好,使用温度为100℃,用于瓶盖、纽扣、日用品和电工零件,但抗冲击能力差,吸水率高,易吸潮变形开裂。结构复杂的UF制品用注射成型。料筒温度从45℃逐渐升至喷嘴为110℃。模具温度为140~150℃。(www.xing528.com)

(4)三聚氰胺甲醛塑料(MF) 是以三聚氰胺甲醛树脂为基体,纤维素为填料,有多种添加剂的塑料。耐水性和耐热性比UF好,使用温度可达150℃;自熄并耐电弧;刚硬且表面有玻璃质感;无毒且不易沾染;但尺寸稳定性和冲击强度低;用于制造杯盘餐具、日用品和电器零件。注射成型时用三聚氰胺甲醛树脂,加入添加剂后用溶剂配制成胶液,一般要再浸渍纤维素等填料,若是玻璃纤维增强MF,要再浸渍玻璃纤维,然后干燥筛制成塑料粉或者再造粒注射料。料筒温度从60℃逐渐升至喷嘴为110℃。模具温度为165~170℃。

(5)聚氨酯泡沫塑料(PUR,PU) 聚氨酯是由异氰酸脂与多元醇反应合成。聚氨酯有热塑性弹性体的品种(TPUR,TPU)。聚氨酯泡沫塑料制品的密度从6~1220kg/m3。采用的原料和添加剂不同,生产方法或工艺条件也不同,可获得性能相差很大的聚氨酯制品。聚氨酯软质泡沫塑料的交联结构最低;硬质泡沫塑料有高度交联结构。

聚氨酯可以制成低密度的泡沫制品,密度为10~80kg/m3。软质的低密度泡沫塑料,开孔率达95%,用于包装、家具交通工具上的坐垫与靠垫,具有高的拉断伸长率和回弹性,有装饰型、回弹型和阻燃型品种。其生产方法有块状连续法和模塑法。块状聚氨酯泡沫塑料经计量混合搅拌,在移动槽中冷却,批量生产后切割。模塑聚氨酯泡沫塑料制品是间歇生产,在闭合模具中发泡成型,数分钟后脱模。硬质的低密度泡沫塑料有细小均匀泡孔,热导率很低,主要用做建筑物的绝热材料一般现场浇注发泡成型,也有连续化生产,用于保温冷藏、防振和包装。

密度处于250~1000kg/m3范围的聚氨酯泡沫塑料,有较高的硬度和较低的回弹性。可制成高密度的半硬质泡沫塑料、整皮模塑泡沫塑料或硬质泡沫塑料的制品。它们几乎都是以模塑方法生产。半硬质的高密度泡沫塑料在受到冲击载荷时可以吸收高能量,用于汽车和包装的吸振件。整皮模塑泡沫塑料制品在模塑时发泡剂过量充模,又因模具的冷却形成高密度皮层,又称为结构泡沫制品,用于制造汽车的内饰件,如转向盘、把手、仪表板等。硬质的高密度泡沫塑料为刚性材料,模塑的制品具有闭孔结构,压缩强度为0.11MPa左右,用于汽车的顶篷衬里、门板内衬,耐热和高抗冲击的机壳和仪器罩。

大量的结构泡沫制品用反应注射RIM加工。结构泡沫制品具有皮层-微孔芯-皮层的结构。反应注射工艺是将液体反应性组分通过混合头撞击混合,注入闭合模具,生产制品。RIM能生产各种弹性或刚性的整皮模塑泡沫制品,用于汽车保险杠散热器格栅和内饰件,各种器械的外包覆层。反应注射还用来生产聚氨酯非发泡的弹性体制品,并有短纤维或填料增强的品种,具有较高的弯曲强度和硬度,用来制造薄壁构件、汽车结构件(如防护板和挡泥板等)。

(6)不饱和聚酯塑料(UP) 不饱和聚酯塑料在室温下有适宜的黏度,又能在常温和常压下加工成型。用玻璃纤维增强的不饱和聚酯制品,在复合材料工业中应用最多。此种通用型不饱和聚酯以黏稠状液体成型玻璃钢制品,质轻、强度高,又能在室温下固化,便于手糊法加工船体等大型壳体,因此被应用在航空船舶建筑行业

湿式不饱和聚酯模塑料,用于中高压电器的绝缘结构件。干式不饱和聚酯塑料在室温下不需要特殊条件,可以贮存一年以上,并可在普通的热固性塑料注射机上全自动成型,已有耐热、阻燃和耐漏电等电气绝缘品种。

不饱和聚酯添加玻璃纤维和多种填料,在加工线上连续生产片状SMC或块状BMC模塑原材料,再经热压模塑固化成各种板或壳类结构件,已用于汽车、建筑和家具等行业。将BMC配制成湿式预混料,在专门的BMC注射机上,可以模塑成型高强度、高精度、防潮、防腐的制件。

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