聚合物加工基础 浇铸成型

② 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。 ③ 表面产生裂纹主要是制品内应力过大 所造成 ④ 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．
2.3 浇铸及固化
ƀ将经处理过的浇铸液用人工或机械的方法注 入模具。注意不要使空气卷入，必要时还须进行排除气泡的操作。 ƀ使原料在模中完成聚合反应或固化反应而硬 化成为制品。
在较高温度的烘房中进行。 升温要逐步进行。 初期的温度一般较低；而在后期则较高。 升温过速，台使制品出现大量气泡或制品收缩不均匀，产生内应 力。 硬化的温度和时间随塑料的种类、配方及制品的厚度而异。 通常硬化是在常压或在接触压力下进行的。
第三节 浇铸成型
一、概述
� 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。 � 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 � 其他铸塑方法：嵌铸、离心浇铸、流延铸塑、 搪塑、滚塑等
4.2 水平式离心铸塑
� 图7—9为一种水平式离心铸塑设备的示 意图。
五、流延铸塑
�将热塑性塑料溶于溶剂中配成一定浓度的溶液， 然后以一定的速度流布在连续回转的基材上(一般 为无接缝的不锈钢带)，通过加热使溶剂蒸发而使 塑料硬化成膜，从基材上剥离即为制品。 �适用的塑料有醋酸纤维素，聚乙烯醇和聚乙烯— 醋酸乙烯酯共聚物等。目前聚碳酸酯和聚对苯二 甲酸乙二醇酯等工程塑料也可采用流延铸塑来生 产薄膜。
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�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。 � 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： ① 厚度不均。一般允许公差应为3～6％，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。
制品脱模及后处理
制品固化后即可脱模，然后通过适 当的后处理，包括热处理、机械加工、 修饰、装配和检验等，后处理的目的和 意义与注射成型的制品相同。
三、 嵌
铸
� 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。 � 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。
3.3 嵌铸工艺过程
�嵌铸工艺可以简单地分为下列三个过程。 （1）嵌件的预处理 分以下几种： 随处理目的不同，大体可以
1)干燥
对某些有水分的生物标本等，应进行干 燥，以防制品产生气泡。
2)表面浸润 将嵌件在单体中浸润一下，以提高嵌
件与塑料的粘合。
3)表面涂层 有些嵌件对树脂的硬化有不良影响，
可在嵌件表面涂上一层惰性物质。
(2) 环氧树脂
�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。 � 环氧树脂材料的配制： ①使各组分完全均匀混合； ②设法消除带入的空气和挥发物： ③控制好硬化剂的加入温度。 � 加入硬化剂时所允许的温度应视其活性而定。 � 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。
铸塑生产特点
•塑料在铸塑过程中一般不需加压，故不需要加 压设备； •塑模的强度要求也较低； •所得制品大分子取向低，内应力小，质量较均 匀； •对制品的尺寸大小限制也较少； •生产周期长及制品尺寸准确性较差的。
二、 静态浇铸
�它是浇铸成型中较为简便和使用得 较为广泛的一种方法。 �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。
�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。
� 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。
4.1 立式离心铸塑
� 离心浇铸－压紧－脱模 � 立式离心铸塑的示意图。 � 紧压机示意图
�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。 �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．
（3）聚甲基丙烯酸甲酯 由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的。 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。
2.2
模具
� 制模材料：铸铁、铜、铝合金、型砂、
(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。 ① 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(80~110℃) 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。 ② 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。
四、离心浇铸
� 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 形或近似圆柱形的，如轴套、齿轮、滑轮、转子、垫圈 等。常用于熔体粘度小、热稳定性好的塑料，如聚酰胺、 聚烯烃等。
�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。 与静态铸塑的区别仅 在于模具要转动。
2.1 原材料的要求
� 流动性好，在浇灌时容易填满模具的型腔； � 液态料硬化时生成的低分子副产物应尽可能 少，以避免制品内出现气泡， � 硬化的交联反应或结晶凝固过程应在各处以相 近的速率同时开始进行，以免因各处硬化收缩 不均而使制品出现缩孔和产生大的残余应力； � 经聚合所得冷却凝固产物的熔融温度，应明显 高于成型物料的熔点或流动温度。
离心浇铸工艺特点
� 宜生产薄壁或厚壁的大型制品，制品无内应 力或内应力很小， � 力学性能高， � 制品的精度较高， � 机械加工量少， � 缺点是成型设备较为复杂，生产周期长，难 以成型外形较为复杂的制品。
离心百度文库铸设备
当制品轴线方向尺寸很大时，宜采用卧式设 备； 当制品的直径较大而轴线方向尺寸较小时，宜 采用立式设备。 单方向旋转的离心浇铸设备一般用来生产空心 制品；当制造实心制品时，除需单方向旋转外 还需在紧压机上进行旋转，以保证产品质量。
（1）聚己内酰胺
�原料：己内酰胺白色片状晶体，熔点 69.2℃，沸点266.9℃， �聚合：成型与聚合同时。聚合时放热为 28.0卡/克。 �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 �工业使用： MC 尼龙
（2）环氧树脂
�双酚A型环氧树脂为主 �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 �某些国产双酚A型环氧树脂的牌号和指 标列于表。
环氧树脂牌号和指标：
�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 。 �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 �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。
4)表面糙化 将嵌件与塑料接触部分进行喷砂或打
磨糙化，以提高嵌件与塑料的粘合。
（2）嵌件的固定
对某些动植物标本
可用合适的钉子将其固定在模腔内以免浇铸时 位置移动。也可采用分次浇铸的方法，以便嵌 件能固定在制品的中央或其他规定的位置。
（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。 不饱和聚酯及环氧树脂等的浇铸工艺与静态浇 铸基本相同，但聚甲基丙烯酸甲酯的嵌铸一定 要用预聚体，否则会因大量的聚合热无法逸散 而引起爆聚。
3.1 嵌铸产品及塑料品种
�嵌铸成型常用于各种生物和医用标本、商品、 样品、纪念品的包封，以利长期保存，塑料主 要是聚甲基丙烯酸甲酯、不饱和聚酯及酚醛树 脂等透明塑料； �也有用于包埋某些电气元件及零件，使之与 外界隔离，起到绝缘、防腐、防震等作用，所 用的塑料主要是环氧树脂等。
3.2 嵌铸用的模具
� 侧立式浇铸，如图所示。 � 真空浇铸法， 如图所示。 � 平板模浇铸。 使用两块玻璃板平放四周封闭即可
静态浇注工艺过程
� 模具准备 � 浇铸液的配制和处理 � 浇铸及固化 � 制品脱模及后处理
模具准备
� 模具的清洁（有机玻璃板材浇铸所用的硅酸盐玻璃板） � 涂脱模剂（环氧树脂粘性很高，需要使用脱模剂） � 嵌件准备与安放 � 预热（内酰胺单体的浇铸）
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(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。 �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。 �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： �预热至l40~150℃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 200~210℃。 �聚合物能够很好地充满内腔，成为聚合容器 的形状，而且制品的内应力很小 � 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。
铸塑的工艺过程
原料
浇铸液的配制
过滤和脱泡
浇注
制品
后处理
脱模
硬化
铸塑技术
� 静态铸塑、 � 嵌铸、 � 离心浇铸 � 流延铸塑 � 搪塑 � 滚塑等
铸塑制品种类
� 静态铸塑可生产各种型材和制品，其中，有机玻璃是 最典型的铸塑制品； � 使用透明塑料嵌铸常用来保存生物的标本、工艺美术 品或电气设备； � 离心浇铸可以生产大直径的管制品；空心制品，齿轮 和轴承； � 流延法常用来生产薄膜； � 聚氯乙烯溶胶塑料的搪塑常生产儿童玩具及其他中空 制品； � 滚塑可生产大型的容器。
浇铸液的配制和处理
� 按一定的配方将单体或预聚体等与引发剂或 固化剂、促进剂及其他助剂(如色料、稳定剂 等)配制成混合物。要求
1)使各组分完全混合均匀； 2)排除料液中的空气和挥发物； 3)控制好固化剂、催化剂等的加入温度。 配制好的浇铸原料，经过滤除去机械杂物和抽 真空成常压下放置脱泡后即可浇铸。
稀释剂分两种 �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； �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 5~20％
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。 � 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。 � 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。
� 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 �水平浇铸(正浇铸) ，如图7—2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。