金属树脂模具制造

金属树脂模具制造

一、制作原材料的分析与选择

金属树脂模具就是以环氧树脂与金属粉填料（如铝粉、铁粉、铜粉）为基体材料，以样件为基准浇铸而成的模具。以金属粉为填料所制的树脂模具有以下特点:

（1）热传导率高。

（2）强度高：由于环氧树脂中的环氧基团与金属表面上的游离键起反应，形成化学键，基体之间形成很强的结合力，使浇铸体具有很高的强度。

（3）工艺简单，周期仅为同类钢模的10%～50%。

（4）型面可不加工，故成本低，仅为同类钢模的20%～50%。

金属树脂模具所用材料一般包括如下几种：环氧树脂、固化剂、金属粉填料、增韧、促进剂、胶衣树脂、脱模剂、制模过程中的过渡模材料、封闭剂等。

1、环氧树脂的选择

环氧树脂是一种含有环氧基团的高分子聚合物，未固化前，它的结构是线型的热塑性树脂，具有一般热塑性塑料所特有的因温度变化而改变其流动性的通性。环氧树脂具有许多独特的优良性能，主要有：

（1）良好的工艺性能：环氧树脂中，特别是低分子环氧树脂，由于分子量小，所以常温下流动性较好，易和固化剂及其他添加剂混合，这就给操作带来了很大的方便。同时也保证了加工工艺的顺利进行。

（2）高度的粘合力：在环氧树脂的结构中具有羟基（）、醚基

（）和极活泼的环氧基（）存在，使环氧树脂具有很高的极性，使得环氧树脂分子与相邻界面产生了电磁吸力，而环基团则能与介质表面、特别是金属表面上的游离键起反应，而形成化学键，因而环氧树脂的粘合力特别强。

（3）收缩性小：环氧树脂与固化剂反应时是通过直接加成反应来进行的，因此在固化过程中，没有副产物产生，也不会产生气泡，所以其收缩率一般都小于1%。

（4）稳定性好：分两方面。①未加固化剂的环氧树脂，其成品一般不含碱盐，因此久放不宜变质，结构不受破坏。②固化后环氧树脂具有优良的耐化学品稳定性。

（5）优异的电绝缘性能：环氧树脂和许多有机高分子材料一样，是一种良好的绝缘材料。

（6）机械性能高：环氧树脂结构中含有环氧基、醚基、羟基等，同时其结构又很紧密，所以它相对于酚基树脂、聚酯树脂及其他高分子材料来讲有更好的机械性能。

（7）耐热性较好：环氧树脂因含有稳定的苯环及醚键，所以其耐热性也很好。

由于环氧树脂具有许多优良的性能，与固化剂、改性剂及各种添加剂等通过

适当的配合能组成多种配方，具有广泛的用途。把它用于模具的制造上，不论在工艺上或是质量上都具有许多优点。

由于制作模具的环氧树脂要求其必须有足够的机械强度和硬度，良好的耐热性和导热性，同时还应有良好的工艺性能。国产环氧树脂品种很多，但广泛使用的有双酚A类环氧树脂和脂环族环氧树脂。

双酚A类环氧树脂的特点在于粘结力高，化学稳定性好，机械和电气性能良好。环氧树脂634#、6101#就属于这类树脂。

脂环族环氧树脂粘度低、工艺性能好，分子结构紧密，固化后硬度大，耐热性和耐紫外线老化等特性好，如环氧树脂6270#就属于这一类。

2、固化剂的选择

环氧树脂固化前本身是热塑性、线性的高分子树脂。单独的环氧树脂是没有使用价值的，环氧树脂在使用时必须加入固化剂，使线性结构的环氧树脂分子交联成网状结构的大分子，成为不溶的环氧树脂，从而才能显示出其固有的优良性能，而且有实际使用价值。因此，固化剂是应用环氧树脂时必要的辅助材料。现有的环氧树脂固化剂种类十分繁多，目前已达到一百多种，而且还在不断地研制开发之中。采用不同的固化剂，固化后的环氧树脂性能也各不相同，因此，在使用环氧树脂时，对固化剂的选择的很重要的。

选择固化剂一般应考虑以下三点：

（1）此种固化剂能与环氧树脂中的环氧基、羟基反应，使线性结构变成网状体型结构。

（2）加入固化剂后，不生成其他副产物。

（3）固化剂加入后放热小、收缩率小。

3、填料的选择

根据产品性能要求，在环氧树脂复合物中添加相应的填料，可使固化物的一些性能得到改善。作为填料的材料很多，大致可分为有机物、无机物、金属与非金属。合理地选用填料能够使浇铸体获得以下效果。

（1）降低成本：大量地使用填料可以相应地减少树脂的用量，有利于成本的降低；

（2）抑制反应热：如果使用的固化剂反应热较高，添加导热性较好的填料，有利于反应热的散发，能够起到抑制反应热的作用；

（3）添加填料可以延长树脂混合物的适用期；

（4）降低固化物的收缩率和热膨胀系数；

（5）改善固化物的耐热性；

（6）降低固化物的吸水性，改善固化物的耐老化性和耐化学药品性；

（7）提高树脂固化物的抗压强度和耐磨损性。

各种填料的特性各有不同，因此使用填料时必须根据使用的要求对填料加以适当选择。表1给出了常用填料的选择原则。

表1 常用填料的选择

在选择填料时，还应该注意以下几点：

（1）填料应不含结晶水，必须是中性或弱碱性，而且与环氧树脂的固化剂及其他辅助试剂不发生化学反应。

（2）粉末填料要求颗粒细小，填料的比重和环氧树脂的比重不能相差太大，否则，在配制过程中，填料容易上浮或沉淀，而造成严重的分层现象。

（3）填料的用量不能太多，否则树脂粘度太大，操作不方便，同时不能保证填料都能湿润到树脂而影响固化体的强度。

4、增韧剂的选择

单纯的环氧树脂固化后性能较脆，

耐冲击强度和耐热冲击性能较差。为了改善环氧树脂固化物的这一不足之处，在设计环氧树脂浇铸料配方时，往往加入一定数量的增韧剂。增韧剂分非活性增

韧剂和活性增韧剂两种。

5、促进剂的选择

促进剂在环氧树脂浇铸料中的主要作用是加快固化反应，调节凝胶时间，使之适应浇铸工艺的要求。因为太长的凝固时间，由于重力的影响，在树脂还未凝固之前，填料已经发生下沉，固化体产生分层现象，造成浇铸件上下应力不均而产生开裂。因此，凝固时间是环氧树脂浇铸工艺至关重要的技术指标。促进剂的用量一般说在树脂模具浇铸配方中小于1%，适当使用促进剂，可增加环氧树脂浇铸件的某些性能，如导热性、冲击强度等。

6、胶衣树脂的选择

金属环氧树脂模具的型面要经常受到摩擦、碰撞、大气老化和介质腐蚀，直接影响到模具型面的外观、质量、可靠性和使用寿命。为此，型面层一般采用胶衣树脂，也可采用已加入粉末填料的普通树脂代替。胶衣树脂层在制作金属环氧树脂模具时不仅可以使模具型面质量得以提高，而且能够保护模具型面免受上述各种破坏因素的侵蚀，使模具在实际使用中安全、可靠，并有令人满意的使用寿命。

7、脱模剂的选择

为防止金属树脂模具在制造过程中原型与金属树脂固化体粘结，便于脱取原型，在浇注树脂混合料前，在原型工作面上应敷一层脱模剂，凡是与环氧树脂粘结力小的非极性或极性微弱的一类物质，都可以作脱模剂用。但脱模剂还应具有下列条件：不腐蚀原型，不影响树脂固化，成膜均匀、光滑，成膜时间短，使用方便，价格便宜。