【2017年整理】复合铸塑技术

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1、复合铸塑技术“原型复制”（Paradigm Shift）一词，曾经有一段时间在文献资料和专业词汇中频繁出现。值得庆幸的是，该词汇使用不长时间便消融在网络世界里，但它却给塑料制品工业指出了一条新路。Paradigm Shift 模糊了原型制造和批量生产两者之间的界限，于是出现一个新术语快速原型制造（Prototyping） 。这类新技术及其相应设备在大大加快产品投入市场速度的同时，也降低了塑料原型制造和批量生产的成本，免除了制造注射模具那一套昂贵、费时的工艺。复合铸塑技术（Compcasting） 这种复合铸塑技术运用传统的、廉价的快速制造（RT ）模具，能使纤维增强尼龙 6 的模制过程象将环氧

2、树脂和尿烷浇铸加工成塑料一样简单。到目前为止，这种 RT 技术仅仅被用于将原型制造成塑料部件或者模型。然而，复合浇铸技术及其相关设备在短短一天内，却可能利用 CAD 存储的数据进行尼龙 6产品的大规模生产。采纳这种新技术对生产厂商的意义在于，它能够大大缩短生产过程，这对尼龙 6 的应用而言是一个不小的进步。 尼龙 6 在汽车部件中应用非常广泛，比如进油管、阀门盖、水泵、散热片以及风扇罩等等，它还用于电动工具的手柄、仪表盘和机壳。制造程序通常以CAD 资料形式由原型服务中心开始，服务中心又将这种设计资料翻译成 STL信息，最后再被译成 SLA、SLS、LDM 或者 FDM 中的一种资料形式。 传

3、统注射模具的投资一般会达到 6 位数字，这个投资无论是对小型或者是中型规模的生产商来说都是天文数字。但这些模具的昂贵是可以理解的，因为它们需要能够承受极高的压力。有了注射模制技术，塑料粒子先被熔融，然后在极高压力的作用下又被压入模具腔体内。一旦固化，这个成型完好的产品即被脱模。在这种工作方式下，产品的质量得到了保证，但是为此却付出了巨大的资金和时间代价。塑料注射设备及其复杂的辅助设备比如热流道（包括喷嘴、加热器、多管热电偶、活塞及阀杆组件）的购置和维修都极为昂贵，而将它们投入道较小规模的生产过程也是得不偿失。 很显然，利用注射成型的新产品推向市场的巨额花费限制了塑料零部件的应用和推广。即使金属

4、 RT（直接来自 CAD 资料）的替代技术到目前为止证明也只适合于少量的注模零件。 复合铸塑是一种快速原型制造的专利技术，用于模制纤维增强尼龙 6 结构及其他热固性树脂。该技术所使用的设备是复合铸塑过程取得成功的必要条件。如果没有合适的分散设备，这个生产过程就无法完成。获取应有的技术许可和设备后，塑料厂商或者快速原型服务中心可直接把 CAD 资料转化成纤维增强尼龙 6 的结构零部件。复合铸塑技术的生产周期仅需一天。 这个短暂的工作周期是以 CAD 资料制造模具开始的，模型的制造（使用SLA、SLS 、FDM 资料）通常用与浇铸尿烷模型的传统材料完全相同：橡胶、塑料、熟石膏和砂子。 聚合工序（P

5、olymerizationM） 下一个步骤只是简单地将传统负离子聚合方法应用到纤维增强尼龙 6 的生产中。用一台纤维增强尼龙 6 分散设备将单体已内酰胺掺混到经过活化剂处理过的尼龙 6 中。当这种合成淤浆被加热到 140150时，再用搅拌器将玻璃纤维增强材料加入进行混合。为了促使聚合作用并使零部件的浇铸一次获得成功，催化剂将由另外一个加热器中注入。催化剂的注入是在已内酰胺进入模具之前以正确的比例自动注射到活化过的纤维增强已内酰胺流里。 因为材料已被分散，所以胶化作用早就开始了，而且混合物渐渐变浓直至稠浆状态。一旦到了这种状态，就不可再将纤维增强材料注到悬浮液中。机器再将温度已达到 140150

6、的纤维增强尼龙 6 材料直接输送到模具内，纤维增强尼龙 6 在数秒时间内可以成型。 这种技术的灵活性以及可选择的分散设备允许将单件 RP 的单台分散设备扩充成为大规模的零件生产。 在所有情况下，单个浇铸纤维增强尼龙 6 零件和批量生产出（比如高压注射模制）的零件在形状、适配以及功能上完全一样。有些工业专家认为复合浇铸出的纤维增强尼龙 6 零件在许多应用中都能胜过注模成型的纤维增强尼龙6。 省时省钱 与金属注射模具相反，使用快速模具制造零件能大大缩短零件从绘图板上到投入市场所花费的时间和金钱。 使用纤维增强尼龙 6 分散设备，快速原型和模具的生产可以迅速完成，省掉了巨大的开支、缩短了金属模具注模

7、生产中不可缺少的漫长等待。另外，应用复合浇铸技术，快速模具现在可以制造出 12 百万件尼龙 6 产品。 复合铸塑技术也无须注射模制中使用的塑料粒子。就拿增强尼龙 6 来说，预先的混合步骤将尼龙 6 加热到玻璃纤维可加入的松软程度。这不但节约了时间，而且也节约了生产成本。 复合铸塑设备的效率很高，批量生产的完成要比注射设备的速度快得多。因为复合铸塑模具所发生的费用很少，在这种技术中使用多模具的操作将会变得更加经济可行。单个转盘上可安装的模具数量达 30 对之多，而分散设备在每个模具经过它时由其喷嘴将所有模具依次加满。由于拥有每秒一磅的加料量以及可快速加料的多重模具，即使是在批量生产中，也能使其生

8、产速度比注模设备的速度快 60之多。 按最保守方法计算，这种加工方法中模具的研制成本只有钢制模具的8090。另外，购买复合铸塑设备的成本最多只有购置大型高压注模设备成本的 66。有些应用证明整个复合铸塑技术要比传统的注模技术便宜 50，即使大批量生产也如此。 许多情形下，复合铸塑技术在产品投入市场和改新项目两者中所给予的效率和成本优势会产生不同的结果，特别是在涉及到产量不足 10 万件的生产时。在这种产量相对较小的情况下，制造一种耐用的高压注射模具的费用有时在批量生产中得不到稀释。这种新型快速原型制造的方法可为那些想从技术上获利的塑料厂商提供了新模式。近年，压塑工艺应用于热固性掺混料，如脲醛塑

9、料、酚醛树脂、环氧树脂、蜜胺树脂和橡胶中。尽管有一些材料可注射成型，但采用压塑工艺仍非常普遍。压铸用材料较压塑用材料要求可塑性更软。许多热固性材料具有高抗冲级(1.0ft 一 lb)和良好缺口冲击强度的保持性，只有在极限压力下才会流动。 压塑 热固性材料的压塑成型的明显优点是系统简单。将材料置入一加热型腔，保压至所要求团化时间。因工艺过程简单，费用少。添加剂和增强剂无规则，并能得到较好强度。由于无浇口和流道，不浪费材料，模具几乎也不用维修。零件的统一性好，无铸口和流痕，减少了修饰成本。根据制品结构和所用的塑料应用特点，可采用全压式模具、半压式模具和闭模(可参见有关压塑模具方面的文章) 。 设备

10、：简单也是压塑设备的主要特点。两半压板结合在一起，加温，加压，将材料制成预定形状。多数压塑过程采用液压操作；也有采用气动操作的。上下两压板在压力之下在 4个角柱上上下移动。根据压塑设备的大小，压力一般为 201000 吨。压板的大小一般为8 英寸 2 到 5 英尺 2。 在加料和固化以后的脱模方面存在不同自动化程度，常用最现代的液压机进行。以前的简单系统有温度控制、压力控制、停压控制和时间控制。现代设备采用更高级的微处理机控制。对于较薄的制品，在板中可用加热筒或带式加热器。对较深的制件，需要用筒形电加热器、蒸汽加热或热油系统加热。有数种用于压塑中的加热体系：用蒸汽加热模温均匀，但加热温度限在

11、350F 以下；套筒加热或其它加热(加热盘管、加热带等)比较干净，易于保养，用得比较普及；热油加热，由于加热介质循环稳定，所以加热均匀。现在又有许多新加热方法，热水加热，类似于热油加热，加热介质一水一气体燃烧连续循环，可提供更高的压塑温度。 增强改性高分子材料工业发展迅速，要求压塑工业有新改进。模塑增强塑料用两个模具：阳模(模塞) 和阴模( 模腔)。当模具充满增强材料时，对模的两半热模具闭合，然后加热、加压固化得到产品。相配合的模具复杂性变化很大，可用铝、塑料或钢制做。 轻质材料制做起来比较便宜，一般用于短期生产如“冷模塑” 。冷模塑用室温固化树脂，但仍使用模具和压塑液压机。长期生产用硬化钢模

12、具比较合算，对截坯口可提供较好的剪切性能和优良的光洁度。这些压塑钢模采用机械上适配的截坯口，通常面对合模区。用这种对模的金属模具，其制品表面均匀，光洁度好。闭模工艺用于压塑成型、压铸成型、注射成型及一些可冲压的增强复合材料。 一些热塑材塑料可压塑模塑，但一般还是用预掺混的热固性树脂如 BMC(预制整体模塑料) 、SMC(片料成型模塑料) 、TMC(厚模塑料) 、毡片成型等。 毡片成型有时叫湿成型复合材料，在液压机的作用下将增强材料和树脂结合在一起。经常在模中放置毡片，将树脂倾倒在加强材料上。在加压过程中树脂充满模腔时加强材料固定不动。 若制件有严重的异形或斜度，有必要进行预成型。多数毡片和预成

13、型制州在投影面积上需要加 150200 磅英寸 2 的模压力。 预掺混料，如 SMC，预浸树脂，填料、催化剂和增强料切割成一定大小队片状，再加入热的模具中(一般 300400F )，在 10002000 磅英寸 2 压力下模塑。 用于 SMC 的较新的压塑设备的总循环周期可少于一分钟( 从头到尾)。已经发展了用特殊的液压装置推回压塑机中料筒，自动控制压板的水平度。 增强塑料，如 SMC，用金属对模压塑光洁度好，这对制件的表面很重要。在加工时有时出现纤维状的收缩。 用内模涂层的方法可改进表面光洁度。BMC 的压塑过程是最老的预掺混后的模塑过程之一。填料(木屑、矿物料、纤维素等) 的掺混混合是在叶

14、片形的混合器中进行的。将一批料装入300400F 的模具中在 500 磅英寸 2 压力下模塑。因用料廉价，所以原料成本低。不过由于在模塑过程中纤维的定向性降低了机械强度。 高速压塑，即增强热塑性塑料片材的冲压，用途广泛。玻璃毡片和聚丙烯相配合用于可冲压的塑料，其循环周期 低于 40 秒。生坯送至对流炉中加热。加热以后，毛坯放入压塑模具中，这一过程用新的压塑机速度可达 1400 英寸分钟。以 75 英寸分钟(比 SMC 的压塑过程快约 3 倍)加压进料。根据市场的要求，有些新的可冲压塑料，表面光洁度好，并且具有可涂布性。模塑压力一般 1 吨英寸 2。传统的压塑工艺近几年一直呈增长的趋势。在空间技

15、术和国防方面的应用正在使这种工艺向其难点冲击。 在 SMC、BMC、TMC、热塑性片材的 冲压、增强材料的掺混和压塑机械方面 的发展迅速增长，以适应工业的新要求。 一些先进的掺混料的压塑主要是在空间技术和国防应用方面发展迅速。工具和模具的新概念及高温(达 1200F)模塑机，使石墨一碳纤维复合材料得以发展，代替了现有的金属铸件。高温硅树脂正用作高压介质。复合材料做的片层用于压塑模中。现在，材料和生产成本已使该工艺更加适于空间技术市场，这类硅树脂也很快转向汽车领域。 压铸 在压铸工艺中，热固性树脂料加入一单独的料腔，常叫料槽，然后强制送入一个或多个闭模中进行聚合(固化)。 料道，也叫注道和流道，

16、使物料从料槽流向模腔，进入模腔之前经过限流器或浇口。很多模腔具有单一料槽。料腔中的空气被进来的物料所置换，并通过一特别放置的排气口排出。当物料置入料槽中时，在一紧凑的测量装置中测料量，然后预热到接近聚合温度。一次只加入足够一次的注塑量。 将预热的原料送出料槽的力再将其送往一注料器，该注料器紧接装在料槽上，以防止从活塞和料槽边之间的缝隙中漏料。通常将密封套卡进注料器以进一步防漏。 料槽、注料器、浇口、流道和模腔的表面维持可使原料迅速固化的一定温度，根据物料性质、模具的设计和制件的几何形状该温度为 280380F。 在压铸物达到固化期的终点时，将该次完整的压铸物进行脱模，包括脱除浇口、流道、注道和料槽中形成固化料垫(叫做残料 )。 在压铸中，物料的预热很重要。冷料流动缓慢，先进入模腔的料尚未到其终点，即可能聚合。若发生上述情况，产品质量低劣，不仅是外观，也体现于机械性能。有些例外，如一次注射量很少，或一些低粘度的物料。可用加热灯或炉子加热，但有效而