CN103921383A - 聚苯硫醚板材等静压成形方法及模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚苯硫醚板材等静压成形方法及模具，方法包括将聚苯硫醚粉体材料装填在等静压成形模具内，利用加热设备对等静压成形模具及装填的聚苯硫醚粉体材料进行整体加热；所述整体加热温度是加热到100摄氏度以上，且加热温度小于所述聚苯硫醚的熔化温度；模具包括底座、模框、密封压紧环、密封装置、压制冲头、抽真空装置和起吊装置；所述模框设置在所述底座上，所述密封装置设置在所述模框上，所述密封压紧环设置在所述密封装置上；所述压制冲头设置在所述模框内；所述抽真空装置设置在所述模框一侧，所述起吊装置与所述压制冲头连接。解决聚苯硫醚板材成形件的强度、成形效率和成形精度均不高，以及成形幅面尺寸也不大等问题。

Description

聚苯硫醚板材等静压成形方法及模具

技术领域

本发明涉及一种板材成形方法及模具，具体涉及一种聚苯硫醚板材等静压成形方法及模具。

背景技术

聚苯硫醚(英文简写为PPS)是一种综合性能优异的特种工程塑料。PPS具有优良的耐高温、耐腐蚀、耐辐射、阻燃、均衡的物理机械性能和极好的尺寸稳定性以及优良的电性能等特点，被广泛用作结构性高分子材料，通过填充、改性后广泛用作特种工程塑料。特别地，聚苯硫醚是工程塑料中耐热性最好的品种之一，热变形温度一般大于260度，聚苯硫醚板材在空气中最大允许工作温度非常高，制作的耐热件可在220℃～240℃持续工作，短时可达260℃，在400℃的空气或氮气中保持稳定，在高温环境保持高机械强度、刚度和硬度；另外，聚苯硫醚具有优越的耐化学腐蚀及耐水解性能(目前尚未发现可在200℃以下溶解聚苯硫醚的溶剂，对无机酸、碱和盐类的抵抗性极强)；具有优秀的耐磨、抗蠕变性，非常好的尺寸稳定性，优秀的抗高能量辐射，良好的抗紫外线性能，自身具有阻燃性，优良的电绝缘性，尤其高频绝缘性优良，白色硬而脆，跌落于地上有金属响声，透光率仅次于有机玻璃，流动性仅次于尼龙。

聚苯硫醚成形件应用范围十分广阔，包括以下应用领域：在电子、电气方面，有微型电子元件封装、线圈骨架、马达壳、继电器、微调电容器等零部件；在精密仪器方面，有电脑、计时器、复印机、温度传感器以及各种测量仪表的壳体和部件；在机械方面，有泵壳、泵轮、阀、风扇、流量计部件、法兰盘、万向头等；在汽车方面，有点火器、离合器、变速器、齿轮箱、轴承支架、排气系统等零部件；在家用电器方面，有热风筒、卷发器、干发器、烫发器、电饭煲等的防护涂层和零部件。另外，可以制作电绝缘件及化学仪器，光学仪器等零件，制成各种功能性的薄膜和复合材料等，在航空航天、汽车运输等领域也获得成功应用。

目前，中国PPS改性与复合粒料的市场总需求量大于10000吨/年，且增长很快，年需求增长率高达15％～20％。消费的PPS产品型号仍以通用品种0％-40％玻璃纤维增强料为主，应用以电子电器、精密机械为主，在汽车、摩托以及石油、化工领域的消费也在稳步增长。随着中国电子电器、汽车行业的高速发展，PPS的市场前景极为广阔，国内外多家厂商和投资者有意介入PPS树脂生产线或者建设新的PPS树脂工业化生产线。中国市场正在形成PPS生产的国内外双重竞争态势，这将有利于PPS在国内的进一步推广以及市场和应用领域的扩展，并开拓国际市场。

预计未来几年，PPS的需求量还将逐年增长，目前全球PPS生产与需求已趋于紧张，随着社会的发展，汽车和电子工业对PPS的总需求量还将进一步扩大。这给全球的PPS树脂生产商扩大生产提供了机会，同时，也为中国PPS产业带来巨大的机遇。国内企业积极研发，并初步形成了一定的生产能力，改变了以往完全依赖进口的状况。

但是，中国PPS技术还存在产品品种少、高功能产品少、产能急待扩大等问题，这些将是PPS下一步发展的重点。特别是在聚苯硫醚板材成形件的成形方面，国内主要利用机械压力通过模具压制成形，由于受到成形方式的限制，聚苯硫醚板材成形件的强度、成形效率和成形精度均不是很高，以及成形幅面尺寸也不是很大，很多大尺寸高强度的聚苯硫醚板材还需依靠进口。因此，在结合国内外开发新型PPS复合材料改性品种及规模化生产线的同时，需要建立一种聚苯硫醚板材高效率高质量的精密成形方法和技术，这是发展中国高性能结构材料所必须的战略举措，对打破国外技术限制和封锁，满足国民经济以及军工各领域对高性能结构材料的需求意义极为重大。

等静压成形技术现已广泛应用于粉末冶金、国防科研、陶瓷等行业粉体材料压制成形的产品研制与生产，而聚苯硫醚原材料状态一般是粉体材料，所以利用等静压成形技术压制聚苯硫醚板材是一种可行的方法。等静压成形方法是将被压制的粉体原材料放置在等静压成形模具内，然后将该模具放置在等静压设备的传压介质中，通过提高传压介质的内部压力，使传压介质作用在等静压成形模具外表面的压力升高，模具型腔的内部形状和尺寸随着传压介质压力的不断升高而按一定规律发生相应变化，粉体原材料各分子之间的间隙不断减小并被压实，最终形成具有一定形状并且内部紧密的实体材料。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种聚苯硫醚板材等静压成形方法及模具，以期待解决聚苯硫醚板材成形件的强度、成形效率和成形精度均不高，以及成形幅面尺寸也不大等问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种聚苯硫醚板材等静压成形方法，所述的方法包括以下步骤：将聚苯硫醚粉体材料装填在等静压成形模具内，利用加热设备对等静压成形模具及装填的聚苯硫醚粉体材料进行整体加热；所述整体加热温度是加热到100摄氏度以上，且加热温度小于所述聚苯硫醚的熔化温度；利用密封装置实现在抽真空和压制过程中聚苯硫醚粉体材料与模具外部的介质之间隔离；通过等静压成形模具的抽真空系统对模具内部的聚苯硫醚粉体材料进行抽真空；根据聚苯硫醚板材产品的尺寸精度和性能要求，确定相应的等静压压力和温度控制曲线；将成形模具放置在等静压设备里进行压制，将压制成形的聚苯硫醚板材从模具中取出。

更进一步的技术方案是提供一种用于实现聚苯硫醚板材等静压成形方法的模具，所述的模具包括底座、模框、密封压紧环、密封装置、压制冲头、抽真空装置、退模装置和起吊装置；所述模框设置在所述底座上，所述密封装置设置在所述模框上，所述密封压紧环设置在所述密封装置上；所述压制冲头设置在所述模框内；所述抽真空装置设置在所述模框一侧；所述退模装置与所述模框、压制冲头连接，用于分别退出压制冲头和压制成形的聚苯硫醚板材；所述起吊装置与所述模框连接。

更进一步的技术方案是底座与所述模框之间是金属密封环与橡胶密封圈的组合密封结构。

更进一步的技术方案是模框与所述压制冲头之间的密封结构包括密封压紧环与橡胶软垫。

更进一步的技术方案是底座上设置有板材成形平面，所述板材成形平面与模框和压制冲头的板材成形平面共同组成板材成形模腔；所述板材成形模腔是自适应变化的刚性板材空间。

更进一步的技术方案是底座上设置有定位止口和高压密封平面，所述定位止口用于安装固定金属密封圈；所述底座上设置有用于增强螺纹强度的螺套安装孔；所述螺套安装孔的直径略小于螺套的圆柱外径。

更进一步的技术方案是模框上部设置有与所述模具底座匹配的放置面和连接固定孔；所述模框上部设置有密封压环安装定位孔和沿圆周均布的密封装置拉杆安装孔；所述模框顶部设置有放料口。

更进一步的技术方案是压制冲头包括密封套和加强板，所述密封套套接在所述加强板上；所述密封套是耐高温高压液压油的柔软材料(非金属或金属材料)；所述加强板是能够保持较高尺寸稳定性的刚性材料。

更进一步的技术方案是密封压环上设置有与所述模框匹配的定位面，使密封压环能够在模框顶部上下运动,并且设置有与所述模框匹配的拉杆安装孔，另外在密封压环圆周均布安装有密封压环退出装置。

更进一步的技术方案是抽真空装置包括真空阀和抽真空设备，所述真空阀上设置有与所述抽真空设备真空管连接的接口。

更进一步的技术方案是退模装置包括退模压环、退模支撑环、缓冲垫和退模螺栓，所述退模压环、退模螺栓首先用于将压制冲头分别与模框和压制成形的聚苯硫醚板材分离，然后用于将压制成形的聚苯硫醚板材与模框分离；所述退模支撑环用于支撑含有聚苯硫醚板材的模框，并具有与退模压环、模框匹配的退模螺栓安装孔，所述退模螺栓将退模压环、退模支撑环和模框连接为一个整体，通过拧动脱模螺栓使聚苯硫醚板材与模框分离；所述缓冲垫用于避免压制成形的聚苯硫醚板材在退模过程中跌落损伤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明使聚苯硫醚板材内部分子之间的距离会随着等静压力的增大变得更小，使聚苯硫醚粉体材料分子之间结合得更加紧密，密度也更加均匀，从而获得综合机械性能较高的聚苯硫醚板材；由于等静压设备内部传压介质的压力处处相等，并且等静压成形模具在压制产品的过程中本身的外形尺寸不会增大，所以可以将多个聚苯硫醚板材等静压成形模具同时放置在一台等静压设备中，实现一次压制多发尺寸规格相同的聚苯硫醚板材。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为本发明一个实施例底座结构示意图。

图3为本发明图2中底座结构切面图。

图4为本发明一个实施例模框结构示意图。

图5为本发明一个实施例压制冲头结构示意图。

图6为本发明一个实施例中退出压制冲头示意图。

图7为本发明一个实施例中退出聚苯硫醚板材示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

本实施例聚苯硫醚板材等静压成形方法，首先将聚苯硫醚粉体材料装填在等静压成形模具内，再利用烘箱等加热设备对等静压成形模具及装填的聚苯硫醚粉料进行整体加热，利用密封装置实现在抽真空和压制过程中聚苯硫醚粉体材料与模具外部的介质之间的隔离，通过等静压成形模具的抽真空系统对模具内部的聚苯硫醚粉体材料进行抽真空，并根据聚苯硫醚板材产品的尺寸精度和性能要求，确定相应的等静压压力和温度控制曲线，然后将成形模具放置在等静压设备里进行压制，最后将压制成形的聚苯硫醚板材从模具中取出。作为优选的实施方案，根据等静压压制过程分析，可知影响聚苯硫醚板材等静压成形形状、尺寸精度和综合机械性能的主要因素包括以下内容：聚苯硫醚原材料的初始温度，成形模具内部型腔形状、尺寸精度、密封效果和抽真空状态，压制冲头在等静压压制过程中对板材上端面成形控制效果，以及在压制过程中等静压环境的温度和压力环境。优选的实施方案是，本实施例方法步骤中，聚苯硫醚粉体材料装填在模具里，整体加热，加热到100℃以上，但低于聚苯硫醚原材料的熔化温度，需确保聚苯硫醚原材料被加热的温度与等静压压力匹配，使聚苯硫醚粉体材料在压制过程中能够发生分子间的相变，压制成形的聚苯硫醚板材密度均匀、综合性能优越。压制聚苯硫醚板材的模具型腔是一种自适应变化的刚性板材空间，该模具型腔能够精密成形板材各表面。其中模具型腔顶部的冲头随等静压力的作用能够自适应向下移动，冲头本身具有一定的刚性，能够保证压制聚苯硫醚板材的厚度尺寸符合设计要求。采用快速拆装的弹性密封结构，使组成模具型腔的刚性零件在抽真空和等静压压制过程中均能实现可靠密封。

根据本发明的另一个实施例，如图1至7所示，本实施公开一种用于实现聚苯硫醚板材等静压成形方法的模具，模具包括底座1、模框2、密封压紧环3、密封装置4、压制冲头5、抽真空装置6、退模装置和起吊装置；模框设置在底座上，密封装置设置在模框上，密封压紧环设置在密封装置上；压制冲头设置在模框内；抽真空装置设置在模框一侧，真空阀是在进行聚苯硫醚板材等静压制前的抽真空装置，该装置具有与抽真空设备真空管相连接的接口，防止聚苯硫醚粉料进入真空阀，但能通过气体的隔离透气网格板，以及阀门开关结构，能够实现成形模具内部产品材料与外部等静压液体介质的隔离。起吊装置与压制冲头连接。其中，底座与模框之间采用金属密封环和橡胶密封圈的组合密封结构，模框与压制冲头间的密封采用密封压紧环与橡胶软垫。如图2、3中底座20具有高精度板材成形平面，与模框和压制冲头的板材成形面共同组成板材成形模腔；具有定位止口32和超高压密封平面，定位止口用于固定金属密封圈，在密封装置的作用下，密封平面能够同时与密封金属环和非金属密封圈接触并压紧；具有增强螺纹强度的螺套安装孔31，该安装孔的直径略小于螺套的圆柱外径，通过在螺套的大端面施加压力将螺套的小端圆柱压入底座的螺套安装孔，二者之间形成一定的过盈量，实现了螺套在底座上的可靠连接，然后，在底座螺套安装孔与螺套小端圆柱的端面一致的结合处同时加工一个圆柱销孔，该圆柱销孔的内圆柱面由底座和螺套上的两部分共同组成，再将相应的圆柱销压入该圆柱销孔，即可防止螺套在底座上的螺套安装孔内转动；底座具有与另外一套相同模具连接固定的安装孔，能够实现相同模具之间的连接固定，结合等静压设备的内部尺寸要求，即可实现一次压制多个聚苯硫醚板材产品。如图4所示，模框40具有高精度板材侧面成形面，与底座和压制冲头的板材成形面共同组成板材成形模腔；模框上部具有与该模具相同底座的放置面和连接固定孔，实现在同时压制多个聚苯硫醚板材时多个模具的安装固定，模框上部还具有密封压环安装定位孔和沿圆周均布的密封装置拉杆安装孔，以及与冲头软套接触并压紧的密封面，在模框的顶部是聚苯硫醚的放料口，并具有光滑倒圆及冲头导向面，密封圈安装定位止口。如图5所示，压制冲头由密封套51和加强板52组成，密封套的材料采用耐高温高压液压油的柔软材料，可以选用氟橡胶、丁氰橡胶等，加强板的材料可以采用能够保持较高尺寸稳定性的刚性材料，比如铝合金或钢材等，密封套的法兰密封面在压环的压紧力作用下与模框贴紧，并且随着等静压力升高二者的贴紧程度不断增加，实现了冲头与模框放料口之间的密封，密封套是将加强板放置在密封套成形模具内浇铸成型的，二者间具有很好的尺寸匹配性；加强板具有较高尺寸稳定性和刚性，能够减小冲头在压制产品过程中的变形量，提高聚苯硫醚板材等静压成形精度，在加强板的顶面设置有退模装置连接口。压环具有与模框匹配的定位面，压环能够在模框顶部自由上下运动，并使压环始终处于模框的中心位置，当拧紧压紧装置中的拉杆时，压环能将冲头的密封套法兰密封面压紧在模框的顶部密封面上，实现冲头密封套与模框的初始密封。如图6、图7所示，退模装置包括退模压环65、退模支撑环71、缓冲垫76和退模螺栓64，退模压环、退模螺栓首先用于将压制冲头分别与模框和压制成形的聚苯硫醚板材67分离，然后用于将压制成形的聚苯硫醚板材与模框分离；退模支撑环用于支撑含有聚苯硫醚板材的模框，并具有与退模压环、模框匹配的退模螺栓安装孔，退模螺栓将退模压环、退模支撑环和模框连接为一个整体，通过拧动脱模螺栓使聚苯硫醚板材与模框分离；缓冲垫用于避免压制成形的聚苯硫醚板材在退模过程中跌落损伤。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种聚苯硫醚板材等静压成形方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：将聚苯硫醚粉体材料装填在等静压成形模具内，利用加热设备对等静压成形模具及装填的聚苯硫醚粉体材料进行整体加热；所述整体加热温度是加热到100摄氏度以上，且加热温度小于所述聚苯硫醚的熔化温度；

利用密封装置实现在抽真空和压制过程中聚苯硫醚粉体材料与模具外部的介质之间隔离；

通过等静压成形模具的抽真空系统对模具内部的聚苯硫醚粉体材料进行抽真空；

根据聚苯硫醚板材产品的尺寸精度和性能要求，确定相应的等静压压力和温度控制曲线；

将成形模具放置在等静压设备里进行压制，将压制成形的聚苯硫醚板材从模具中取出。

2.一种用于实现聚苯硫醚板材等静压成形方法的模具，其特征在于所述的模具包括底座、模框、密封压紧环、密封装置、压制冲头、抽真空装置、退摸装置和起吊装置；所述模框设置在所述底座上，所述密封装置设置在所述模框上，所述密封压紧环设置在所述密封装置上；所述压制冲头设置在所述模框内；所述抽真空装置设置在所述模框一侧，所述起吊装置与所述模框连接。

3.根据权利要求2所述的用于实现聚苯硫醚板材等静压成形方法的模具，其特征在于所述的底座与所述模框之间是金属密封环与橡胶密封圈的组合密封结构。

4.根据权利要求2所述的用于实现聚苯硫醚板材等静压成形方法的模具，其特征在于所述的模框与所述压制冲头之间的密封结构包括密封压紧环与耐高温高压材料的软垫。

5.根据权利要求2所述的用于实现聚苯硫醚板材等静压成形方法的模具，其特征在于所述的底座上设置有板材成形平面，所述板材成形平面与模框和压制冲头的板材成形平面共同组成板材成形模腔；所述板材成形模腔是自适应变化的刚性板材空间。

6.根据权利要求3所述的用于实现聚苯硫醚板材等静压成形方法的模具，其特征在于所述的底座上设置有定位止口和高压密封平面，所述定位止口用于固定金属密封圈；所述底座上设置有用于增强螺纹强度的螺套安装孔；所述螺套安装孔的直径小于螺套的圆柱外径。

7.根据权利要求2所述的用于实现聚苯硫醚板材等静压成形方法的模具，其特征在于所述的模框上部设置有与所述模具底座匹配的放置面和连接固定孔；所述模框上部设置有密封压环安装定位孔和沿圆周均布的密封装置拉杆安装孔；所述模框顶部设置有放料口。

8.根据权利要求2所述的用于实现聚苯硫醚板材等静压成形方法的模具，其特征在于所述的压制冲头包括密封套和加强板，所述密封套套接在所述加强板上；所述密封套是耐高温高压的柔软材料；所述加强板是保持尺寸稳定性的刚性材料。

9.根据权利要求7所述的用于实现聚苯硫醚板材等静压成形方法的模具，其特征在于所述的密封压环上设置有与所述模框匹配的定位面，使密封压环能够在模框顶部上下运动。

10.根据权利要求2所述的用于实现聚苯硫醚板材等静压成形方法的模具，其特征在于所述的抽真空装置包括真空阀和抽真空设备，所述真空阀上设置有与所述抽真空设备真空管连接的接口。