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第三节 压塑料的工艺性能

浏览次数: 日期:2017-05-22

 

压塑料的工艺性能

由上面所叙述的干湿生产工艺和湿法生产工艺所制成的压塑料,在进入下面的热压成型工序时,通常有两种工艺方法,一种是先经过预成型工序,将压塑料在常温下制成坯件,与热压模外形尺寸相符(略小些)的坯件,再将坯件放置至热压模中压制成型;另一种是直接将压塑料加放到热压模中压制成型。无论哪一种工艺方法,都要求压塑料具备一定的工艺性能,使其能符合热压成型工序对压塑料的工艺要求,倘若压塑料的工艺性能达不到这些要求,将对热压成型的正常操作、生产效率、特别对产品质量等会造成直接影响。

压塑料的工艺性能主要包括:固化速度、挥发份含量、流动性、细度及均匀度、容重、压缩率、压坯性等内容。

一、固化速度

固化速度又称硬化速度,系指热固性树脂或塑料(在本书中包括热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂及其压塑料)在一定温度下转变为不溶不溶状态的速度,通常以所需的时间秒数来表示。(固化速度的测定方法见  章  酚醛树脂

压塑料的固化速度应控制在一定范围内。固化速度太慢,固化时间就长,压塑料在热压模中,压制周期长,生产效率变低,影响热压工序的产量,例如:固化速度长于7080秒时,被认为是偏慢了;固化速度太快,压塑料可能在压模中还未完成均匀分布、充满整个模腔,未能完全成型以前,就因固化而无法流动,导致压制品破损缺陷而成为废次品。一般认为,压塑料固化短于2530秒时,压制时会发生上述缺陷。

压塑料的固化速度主要取决于压塑料组份中的酚醛树脂的固化速度。因此,压塑料的固化速度与下列因素有关:树脂的缩聚程度,树脂的程度深,固化速度快。反之树脂缩聚程度低,固化速度慢。

对于热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树指来说,它们的压塑料的固化速度控制手段是不同的。就热塑性酚醛树脂压塑料(即一般的干法压塑料)而言,由于热塑性酚醛树脂在树脂反应过程中,固化速度受缩聚时间、反应温度的影响,缩聚时间和真空脱水干燥的时间加长,反应温度特别是真空脱水后期,温度的提高都会使树脂分子量不断增大,料液粘度加大,固化速度逐渐变快。但因热塑性酚醛树脂在脱水后期不会有胶化的危险,故易将成品树脂的固化速度控制在较短的时间秒数范围内,一般控制在4060秒左右(150)。 有些工厂需要固化速度更快些的树脂,则可通过进一步的热辊炼操作,使树脂固化速度达到3045秒范围。

对于热固性酚醛树脂,在脱水干燥后期,树脂粘度固化速度增加很快,控制不当含有凝胶化危险,因此在反应釜内制成的热固性酚醛树脂的固化速度较慢,一般控制在80120秒范围内。

固化剂(变定剂)

对于热塑性酚醛树脂,固化剂六次甲基四胺用量增加,固化速度增快;反之,固化速度减慢。生产中通常控制固化剂六次的用量为树脂量的712%,多半情况下为810%范围。六次过少,在规定的正常热压时间内,压出的产品未能正常固化,质地发软,且易起泡。

二、流动性

压塑料的流动性是表示它在一定的温度和压力条件下充满模腔的能力。

流动性正常的压塑料能在规定的压制条件(温度、压力)下通过流动分布很好地充满模腔,获得满意的成型制品。流动性过小的压塑料,在规定的压制条件下,不能充满整个模腔。造成压制片产品有砂眼、缺边、缺角、表面发白、结构疏松、强度 变差等缺陷,使产品达不到质量要求,成为次、废品。对形状复杂的薄壁或大型制品,甚至不能获得所需要的形状。或者制品各部份的密实度不一致,机械强度不均,质量降低。

流动性过大的压塑料,会产生下述弊病:在压制过程中会从模具间隙中溢出,并流损,使压制品废边过厚、过大造成材料浪费。

严重时,阴阳模接合被压制物料所粘合,对于多层压模,则上下两层压制片的溢料边连成一体,造成脱模及清时模具困难,压制品边缘破损而报废。

对于阳模(或阴模)行程限位的模具,过多的溢料会造成制品因压不密实而过于疏松,使制品的机械强度下降,磨损加快,使用寿命缩短;对行程不限位的模具,则造成压制品尺寸变薄,严重时,制品会因过薄而报废。

压塑料的流动性测定方法,采用塑料流动值测定方法(  标准),其原理是在一定温度一定压力条件下,测定规定重量的**样品的薄片直径,示意图如下:

 

影响压塑料流动性大小的因素有几方面:

压塑料在规定的压制条件,即一定的温度和单位压力条件下,其流动性大小取决于以下因素:

树脂流动性——流动性是树脂产品的一项重要指标。它和固化速度指标在不同侧面上反映出以它为粘合剂的压塑料在一定温度、压力条件下充满模腔的能力。酚醛树脂正常的流动性指标应为mm(150) 。显然,树脂流动性大,其压塑料的流动性相应也大,反之则小。

粘合剂(包括树脂及橡胶)用量比例——压塑料中粘合剂用量比例增加,有助于提高压塑料的流动性。但粘合剂用量的增加会提高压塑料的成本,而且粘合剂用量过大时,对产品的热摩擦性能产生负面影响。因此,粘合剂用量应适度,满足压制操作可必需的流动性要求即可。粘合剂用量过少时,压塑料的流动性将变差,粘合剂用量低于下限时,会导致压制品表面发白、毛糙、结构疏松、表面孔眼、边缘缺损,机械强度变差,甚至不能成型。对于各种类型的摩擦片,组份中粘合剂的用量比例参数值见下表:

 

 

 

 

产品类型

粘合剂用量比例下限(重量%

盘式刹车片

半金属型

NAO

石棉型

78

89

1012

鼓式刹车片

半金属型

NAO

石棉型

10-12

1214

1316

离合器片

 

半金属型          

NAO

缠绕型

石棉短纤维型

14-17

1618

1618

注:对于直径大于350mm、厚度小于3.2mm的离合器片、形状复杂或薄壁制品应适当增加树脂用量比例。

挥发份含量——压塑料中的挥发份(主要指水份)含量增加时,其流动性也增大。反之,其流动性降低。这点对湿法生产工艺,特别是湿法短纤维型压塑料来说尤为重要,挥发份含量低于3%时,湿法短纤维型压塑料的流动性变差,会造成在热压成型操作时发生困难,成型不好。

此外,压塑料的流动性还受变压制条件的影响,单位压制压力增大时,压塑料的流动性得到改善。因此,在摩擦材料热压成型生产过程中,当有时遇上因压塑料中树脂比例过少、树脂流动性差或因烘干操作造成压塑料中挥发物含量过低而发生压塑料流动性变差的情况时,操作者可采用提高单位压制压力的方法来改善压塑料的流动性,达到满意的成型效果。

在生产实际中,现在一般不用图片压制方法来检测压塑料的流动性。对于生产工艺的压塑料,通常控制其固化速度在规定的时间秒数范围,对湿法生产工艺的压塑料,通常控制其挥发份含量在合宜范围内。因为这两项指标与压塑料的流动性都存在一定的相应关系。控制住了这两项指标,就能使压塑料的流动性符合压制工艺的要求。

三、挥发物含量

压塑料中包含的水份及其它易挥发物质统称为挥发物,其中主要为水份。100份压塑料中所含的挥发物份数称为挥发物含量。

压塑料中的水份主要是组份原料中带有的水份;从大气中吸收的水份;烘干工序中未排除的水份;其它易挥发物质是:压塑料中的树脂所含有的未参加反应的游离醛、酚等物质。加热压制固化过程中树脂因进一步缩聚而产生的低分子的物质,包含水份、六次甲基四胺受热分解产生的氨及其它小分子物。

压塑料中挥发物含量是否合适是影响热压成型操作压制品质量好坏和次废品率高低的一个重要因素。挥发物含量过高时,一则造成压塑料的流动性太大,压制时溢料过多,溢料边过长过厚,不但浪费压塑料,增加了原料损耗率。更主要的是在热压成型的高温下,挥发物产生的蒸汽压力造成压制品起泡、肿胀、裂纹、分层而成废品,或产生片子表面波纹发生翘曲、收缩率增大等弊病,制品物理机械性能受到影响。

造成挥发物含量过高的原因有:组份中某些原材料受潮,水分含量偏高;湿法工艺压塑料的烘干程度不够;树脂缩聚程度不够,未参加反应的低分子物较多;压塑料贮存过程中因贮存环境或天气原因受潮。

挥发物含量过低的情况主要针对湿法工艺压塑料而言。挥发物含量过低导致压塑料流动性太差,使热压成型困难,次废品增加(见P  页)压塑料的流动性章节部分。造成挥发物含量过低的原因是烘干操作过度,干燥温度过高,或干燥时间过长。在塑料在高温季节中贮存时间过长。

干法工艺压塑料和湿法工艺压塑料的要求是不相同的。干法工艺的挥发份含量不需要设立下限,而上限大约为11.5%,超过此上限是不合适的,因为干法工艺压塑料所含的挥发物除了水份外,在热压成型过程中还会由于六次分解而产生氨气。水蒸汽和氨气在压制温度(150)下产生的综合气压过大将冲破压制品表面而造成起泡、肿胀和裂纹等缺陷。湿法工艺压塑料的挥发份含量上限约为5%,超过5%后热压成型时易造成压制品起泡,而下限应不低于3%。

压塑料的挥发物含量(%)要求

 

 

干法工艺压塑料

湿法工艺压塑料

挥发物含量%

下  限

——

上  限

1-1.5

下  限

3

上  限

5

         

压塑料挥发物含量的测定方法:

称取5克左右压塑料样品(湿法压塑料应制成较小块粒样品),置于表面皿或敞口坩锅内于150下干燥20分钟后,再称取重量,测定其重量损失,按下式计算:

挥发物含量=(G0-G1)/G1×100%

G0——样品干燥前重量  克

G1——样品干燥后重量  克

四、压塑料的颗料均匀度

对于湿支短纤维型压塑料、块粒应小而均匀,这样加热干燥时表里干湿度较均匀,模腔铺料易均匀,压制品外观和密实度比较均匀,如果块粒大小均匀度差时,表里干燥程度不易一致:有时块粒内部干燥合宜而外表皮烘得过干;有时外表皮烘干合宜而块料内部仍较湿,都会影响压制品的外观和质量。

五、内容

压塑料的比容表示1克压塑料所占的体积(立方厘米)

压塑料的比容与模具设计有密切关系。比容越大的压塑料和比容小的压塑料相比,在相同投料重量的情况下,要求模具加料腔的容积要大,因此在设计热压成型模具及预成型模具时,应增加加料腔的高度。

压塑料的比容值大小受下列因素的影响:

1、材质类型——不同的摩材制品,因组份材质不同,其压塑料的比容值有较大差别。以盘式片为例,例如,半金属材质制品使用了大量钢纤维和铁粉,其制品密度高达2.42.6,而石棉材质制品的密度,仅2.02.1,这两种制品的粉状压塑料的比容值相差可达2030%

2、压塑料的形状和粒度大小

对同样材质的制品来说,干法工艺粉状压塑料的粉料间隙度小,故比容值较小。而湿法工艺的块粒状压塑料的块粒间空隙度大,比容值就较大。

比容的测定方法。

压塑料比容的测定可在量杯中进行。对粉状压塑料可使用500毫升量杯,对块粒状压塑料可使用500毫升或1000毫升量杯(视不同材质类型而定)。

称取100克压塑料,量杯被倾斜放置,将压塑料沿管壁轻轻倒进量杯后,将量杯垂直放正,使物料表面或水平分布,根据量杯刻度值读取压塑料在杯中的容积值。(测定三次,取其平均值)。

比容(厘米3/克)=容积值(厘米3)/100克

注:压塑料放进量杯后,不应摇晃或颤动量杯。否则,在摇晃或颤动过程中,粉料或块粒料间的空隙会被填补,压塑料在杯中的容积值和测定的比容值会逐渐减小,得不到准确的测定结果。

块粒状压塑料的块粒或块片尺寸不应过大,否则块粒和块片浊的空隙度太大,影响比容测定值重复性的准确。

六压缩率

压缩率是指压塑料的制品两者的比容或制品与压塑料两者的比重之间的比值。

P=v2/v1=d1/d2

式中P——压缩率,其值恒大于1

    d2 ,v2——压塑料的(貌似)比重和(貌似)比容。

d1 ,v2——制品的比重和比容。

压缩率越大,则热压模的加料腔也越大,这不仅造成模具重量增加,加大制造模具需耗用的钢材,而且,在生产中为加热和维持模具压制温度的电能消耗也增加,另一方面,装料时带进模腔内的空气多,不利于压制时的排气操作,使压制操作周期变长,降低了生产效率。因此,生产中为了降低压塑料的压缩率,常常采取预成型的方法,即在热压成型工序前先将压塑料压制成冷坯,再进行热压成型。

压缩率在设计模具加料腔时是一项重要的参考数据。

七、压坯性

粉状的或疏松的压塑料在常温下和一定压力作用下能压制成紧密的不易碎裂的块状、片状、条状或其它形状的冷坯,这种性能称为压塑料的压坯性或制坯性。

制坯操作在摩擦材料生产工序中称为预成型工序。在干法工艺中,将粉状压塑料在压机上于冷压模中压成冷坯,然后再进行热压成型。在湿法工艺中,有些工厂采用挤出工艺,将块粒状的湿态压塑料在挤出机中通过活塞项出装置或螺旋挤出装置将压塑料挤出并制成条块状冷坯再进行热压成型。在冷压法生产工艺中,则将粉状压塑料在高单位压力条件压制成具有成品密实度的冷坯,再在夹紧装置中进行热处理。

上述预成型制坯的操作可以简化热压模具,提高热压成型的生产效率,并可预先排出压塑料中的空气,提高热压成型操作中的排气效果,有利于提高制品质量。

压坯性的好坏主要体现为冷坯的坚固程度,影响压坯性能的因素有:

1、粘合剂用量比例——压塑料中粘合剂含量比例高,有利于组份的结合,压坯性好;另外,粘合剂中橡胶比例增加时,更有利于提高压坯性。

2、填料的影响——填料的颗料大小不匀,特别是颗料较大,低摩擦系数的填料成份均对压坯性有不利影响。

3、挥发物含量——挥发物含量较高时,有利于压塑料各组份的结合,压坯性提高。

4、纤维材质——压坯生产操作系在常温下进行,很显然它与热压成型不同,此时,粘合剂的粘合作用远比其在热压成型时要小,而纤维成份对冷坯的牢固程度起着很重要的作用。石棉型压塑料的压坯性甚为良好,原因是石棉纤维的微呈树枝状,对树脂和填料的吸附性和结合性好,石棉纤维在冷坯中发挥了很好的骨架作用,故石棉材质压塑料的冷坯比较牢固,在贮放、搬运过程中不易碎裂。其他质地较柔软的天然矿物纤维,如海泡石等以及有机类纤维,如合成纤维、植物纤维、人造纤维等均与树脂、填料有较好的吸附性和结合性,以它们为基材的压塑料都具有较好的压坯性。

金属纤维,如钢纤维、铜纤维材质的压塑料,具有较满意的压塑料。

人造无机纤维和人造矿物纤维类,由于纤维柔软性差,表面光滑,与树脂、填料的结合性差,以它们为基材的压塑料的压坯性较差,需要较大的单位压力才能制成冷坯,且其牢固程度差,放置一段时间后,冷坯会回弹,变松散,贮放移运过程中易碎裂。在生产实际中为了改进这类压塑料的压坯性,通常加少量的有 机类纤维,并提高压坯操作的压制压力,这样可提高冷坯的质量。

 

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