CN115956019A - 一种用于以高填充热固性材料生产双极板等成型部件的多级压制工艺 - Google Patents

一种用于以高填充热固性材料生产双极板等成型部件的多级压制工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于以高填充热固性原材料(106)生产成型部件(110)的工艺,所述工艺包括以下步骤：将原材料(106)引入到预压制工具(102)中；以原材料(106)生产预制件(104)，原材料(106)通过预压制工具(102)达到预压制温度，并且利用预压制力压缩以形成预制件(104)；将预制件(104)从预压制工具(102)上移除并将预制件(104)引入到最终压制工具(108)中；以预制件(104)生产成品部件(110)，预制件(104)通过最终压制工具(108)达到最终压制温度,并且利用最终压制力压缩以形成成品部件(110)。这里，预压制温度低于最终压制温度，最终压制温度至少与原材料(106)的固化反应的起始温度一样高。

Description

一种用于以高填充热固性材料生产双极板等成型部件的多级压制工艺
技术领域
本发明涉及一种用于以高填充热固性原材料生产成型部件的工艺。例如，该工艺可以用来生产石墨填充的双极板，例如用于燃料电池的双极板。本发明还涉及一种适合于执行该工艺的相应的压制装置。
背景技术
由热固性材料制成的成型部件可以使用塑料技术中使用的典型成型工艺来生产，其中使材料进入熔融状态后引入加热的模具，然后在压力和温度下使材料固化。
在成型化合物由于高度填充而仅具有较低流动性的情况下，可能无法再使用例如注塑成型、传递成型或注塑冲压等普通的成型工艺。这种情况通常适用于性能主要由填料的类型和体积分数决定的材料，例如滑动材料、摩擦衬片、研磨盘或具有良好导电性的高聚物粘结材料。
在这些应用中，粉末或颗粒状的填料、热固性高聚物和其他添加剂的混合物通常直接计量送入加热的压铸模具中，关闭模具，将材料预压缩、脱气，最终压缩并固化。该工艺中使用的压制程序的特定配方、模具温度和力-位移-时间曲线不仅决定了周期时间，而且在很大程度上决定了材料性能。
一种特殊形式的高填充热固性材料用于生产高聚物膜燃料电池的双极板。在这些应用中，由于石墨填充的高聚物在酸性和温暖潮湿的条件下具有耐腐蚀性，因此优于金属材料。然而，要实现所需的导电性，填料含量必须高达80-90质量百分比，而这只有通过精确调整配方成分和压制条件才有可能实现。
典型的配方和工艺描述已经在科学出版物和专利文献中公开超过20年。EP3528326A1中描述了一个典型示例。
发明内容和有利实施例
可能需要一种用于以高填充热固性原材料生产成型部件的工艺，该工艺允许以高填充热固性成型料在相对较短的周期时间中经济地(大批量)生产成型部件，具体地，生产石墨双极板。并且可能需要一种压制装置以执行这种工艺。
独立权利要求的主题可以满足这一需要。在从属权利要求以及以下描述中限定了有利的实施例。
本发明的第一方面涉及一种用于以高填充热固性原材料生产成型部件的工艺。该工艺包括以下优选地以特定顺序执行的步骤：将原材料引入到预压制工具中；以原材料生产预制件，原材料通过预压制工具达到预压制温度，并且利用预压制力压缩以形成预制件；将预制件从预压制工具上移除并将预制件引入到最终压制工具中；以预制件生产成品部件，预制件通过最终压制工具达到最终压制温度，并且利用最终压制力压缩以形成成品部件。这里，预压制温度低于最终压制温度，最终压制温度至少与原材料的固化反应的起始温度一样高。更具体地，最终压制温度可以至少与原材料中粘结剂固化反应的起始温度一样高。
原材料可以是粉末和/或颗粒预材料。例如，原材料可以包含石墨或其他主要含碳的化合物作为填料。然而，也有可能是具有其他类型填料的原材料。在这种情况下，“高度填充”可以理解为意指例如至少70质量百分比的填料含量。具体地，原材料可以具有至少80或者甚至至少90质量百分比的填料含量。除填料以外，原材料可以包含由环氧树脂(例如，环氧化甲酚-线性酚醛型)、硬化剂(例如，线性酚醛树脂)、固化催化剂(例如，选自芳基咪唑或烷基咪唑)和防粘剂(例如，蜡)组成的粘结剂系统。
例如，一个典型的配方可以包括例如大约84％的石墨，10％的环氧化甲酚线性酚醛树脂作为树脂，5％的线性酚醛树脂作为固化剂，1％的蜡作为防粘剂，以及0.1％的2-甲基咪唑作为固化催化剂。
取决于成分，原材料可以具有一定的起始温度，在此温度下，原材料开始化学交联，即开始固化反应。尤其是，起始温度可以取决于原材料中所包含的任意固化催化剂。例如，起始温度可以利用差示扫描量热法通过实验确定。
预压制工具或最终压制工具一般可以理解为意指可加热的、两部分或多部分组成的压铸模具，其用于在压力和热量的作用下生产成型部件。预压制工具或最终压制工具可以设置在不同的生产工位中，即在局部相互分离。同样地，预压制工具和最终压制工具可以具有不同的模具体积块和/或模几何形状(参见下文)。
利用预压制工具，原材料可以形成预制件。预压制温度应该处于粘结剂的软化范围内，从而实现预制件的良好压缩。优选地，全表面真空夹持器可以用于将预制件转移到最终压制工具中，最终压制工具例如可以是可加热的，从而在转移过程中防止冷却，或进一步增加预制件的温度。取决于预压制温度，原材料可能在预制件生产期间就已经开始了化学交联。然而，应该选择预压制温度以至少很大程度上避免和/或大大减缓预压缩期间的化学交联。之后，预制件的内聚力主要是受物理粘合力影响。
原材料到预压制工具的引入可以是手动的、部分自动的或完全自动的。同样地，预制件从预压制工具的移除和/或预制件到最终压制工具的插入可以是手动的、部分自动的或完全自动的(参见下文)。
预压制温度或预压制力等预压制参数以及最终压制温度或最终压制力等最终压缩参数可以至少部分地具有显著差异。尤其是，最终压制温度应该显著地高于预压制温度，从而在成品时实现尽可能快的固化。同时，出于上述原因，预压制温度不应该过高。同样地，预压制力和最终压制力可以具有差异。例如，生产预制件时可以使用与生产成品部件时不同的压制程序。压制程序可以在例如力-位移-时间曲线上具有差异。
例如，可以通过以37MPa压制力在185℃下保持10秒或更短时间的压制来完成成型。压制时间过后，可以无形变地将例如板件等成品部件从模移除。之后，例如在150℃到200℃下进行后固化一段以适应剩余反应性和温度的时间，从而实现最终固化。在成形过程之后，还可以进行额外的后处理步骤，例如抛光和/或开孔，以减少接触阻力和/或减小润湿角。
在以粉末或颗粒的预材料形成热固性材料时，预热、预压缩和脱气等步骤均需要一定的时间。同时，为了经济生产，尤其是为了大批量部件的经济生产，周期时间应该尽可能的短。
在例如150℃的温度下成型，或一般地在仅略高于固化起始温度的温度下成型，可以实现良好的脱气和压缩。然而，所需的压制时间则可能在几分钟的范围内。
如果固化温度增高，预热、预压缩和脱气的时间窗可以相应地变得较窄。因此，这会增加不满足某些质量要求的风险。例如，由于脱气不充分，可能会形成气泡或缩孔，或者由于自发引发的固化反应，可能会出现压缩不充分的情况。
上述EP3528326A1描述了只有结合若干参数才能实现低于10秒的压制时间。还描述了当石墨被压干时，出于此目的，使用中值粒径d50为30微米至100微米、回弹特性为20％至70％的石墨。还阐述了此处较高的回弹会导致板件压缩不充分，同时较低的回弹会导致材料抗弯强度低。进一步地，假设芳基咪唑作为固化催化剂。在这种情况下，明确排除反应性更强的烷基咪唑，尤其是，2-甲基咪唑的使用，因为据称其使用不可能实现均匀压缩。
因此，本发明的一个目的在于能够以高填充热固性成型料在相对较短的周期时间内经济地(大批量)生产成型部件，尤其是，生产石墨双极板。本文所述的发明的另一个目的在于使这种生产不受上述原料选择方面的限制。
根据本发明，这些目标是通过在多个空腔中制造成型部件来实现的，下文将详细介绍。
本文所述工艺的实施例为以高填充热固性材料合理生产成型部件提供了优势，尤其是，为生产例如用于燃料电池的石墨双极板提供了优势。优势之一在于原材料的预热、预压缩和脱气步骤可以至少在很大程度上与固化步骤脱钩。换言之，固化温度可以在预热、预压缩和脱气的时间窗未相应地变得较窄的情况下增高。因此，这可以减少不满足某些质量要求的风险。例如，这可以避免气泡或缩孔由于脱气不充分而形成，或者避免由于自发引发的固化反应而出现压缩不充分的情况。此外，这一工艺使得以高填充热固性材料生产成型部件不受上述原料选择方面的限制。尤其是，这可以将固化期间的保持时间减少到10秒或更短。
本发明的第二方面涉及用于通过本发明第一方面的实施例的工艺以高填充热固性原材料生产成型部件的压制装置。压制装置包括用于以原材料生产预制件的预压制工具。预压制工具设计为将原材料带到预压制温度，并以预压制力将其压缩以形成预制件。压制装置进一步包括用于以预制件生产成品部件的最终压制工具。最终压制工具构造为将预制件带到最终压制温度，并以最终压制力将其压缩以形成成品部件。
通过这种压制装置，可以高效地大量生产例如用于燃料电池的双极板等的成型部件。同时，利用这种压制装置可以实现非常高的生产质量。
在不以任何方式限制本发明的范围的情况下，与本发明的实施例有关的想法和可能的特征可以被认为是尤其基于以下描述的想法和发现。
根据一个实施例，预压制温度低于起始温度。例如，预压制温度可以低于起始温度至少5℃，优选地，至少10℃，或者甚至至少20℃。这使得原材料在没有开始化学交联的情况下被压实。因而，例如原材料的预热、预压缩和脱气的步骤可以独立于原材料的固化过程而发生。
根据一个实施例，最终压制温度至少为170℃，优选地，至少为190℃。换言之，最终压制温度可以显著高于起始温度。这样做的效果是在不影响质量的情况下大大加快了成品部件的固化速度。因而，可以实现例如少于10秒的压力保持时间。
根据一个实施例，预压制温度至多150℃，优选地，至多120℃。这可以大大减缓或者甚至完全避免预热、预压缩和脱气时的固化。因而，可以在不会过度延长周期时间的情况下保证良好的预压缩和良好的脱气。取决于最终压制温度，与常规压制工艺相比，周期时间甚至可以缩短。
根据一个实施例，预制件受最终压制力至多10秒，优选地，至多5秒。这使得实现相对较短的周期时间。
根据一个实施例，原材料包含石墨作为填料。这意味着该工艺可以用于例如双极板或相似部件的高效(大批量)生产。
根据一个实施例，原材料包括粘结剂和作为粘结剂的固化催化剂的烷基咪唑。粘结剂可以是例如环氧树脂粘结剂。与不具有烷基咪唑的原材料相比，例如包含2-苯基咪唑等的芳基咪唑作为粘结剂的原材料，这可以显著加快固化。
根据一个实施例，原材料包含2-甲基咪唑作为固化催化剂。与不具有2-甲基咪唑的原材料相比，例如包含芳基咪唑或其他烷基咪唑作为粘结剂的原材料，这可以显著加快固化。具体地，可以加速固化从而使得在将成品部件从最终压制工具移除之前固化就已经完成。这消除了对成品部件进行热后处理的需要。
根据一个实施例，通过刮削将原材料引入到预压制工具中。与浇注方式或其他插入方式相比，这可以实现原材料在预压制工具中更均匀的分布。
例如，预压制工具可以包括上模和下模，均配置有小的偏移以使得在例如边缘、密封处、流量分布器和通道区等的不同子表面上的填充量对应于这些子表面各自的材料需求。这意味着均匀的预压缩甚至可以在预制件上实现，还意味着可以避免成品部件不理想的密度和/或厚度变化，例如双极板形式的成品部件。进一步地，可以降低成品部件生产期间所需的压制力。
根据一个实施例，预制件的密度至少为成品部件密度的80％，优选地，至少为其90％。以这种方式预压制预制件意味着可以选择对应更高的最终压制温度。换言之，最终压制工具中的固化可以发生在对应更高的固化温度下，因而对应地更快。
根据一个实施例，反复对原材料进行压缩和脱气以生产预制件。为此，例如，预压制工具的上压模可以通过恒定不变或增大的力放置在预制件上，之后再次稍微抬起。
根据一个实施例，预压制力在预制件生产期间有所变化。例如，预压制力可以根据预定的预压制力-位移-时间曲线而变化。
根据一个实施例，最终压制力在成品部件生产期间有所变化。例如，最终压制力可以根据预定的最终压制力-位移-时间曲线而变化。优选地，最终压制力最初可以非常快速地增大到最大值以实现成型料或预制件的塑性流动。仅1秒到2秒之后或粘结剂的固化反应开始时，降低压制力可以再次显著。
根据一个实施例，压制装置包括可加热抓取装置，构造为将预制件从预压制工具移除，并且将其插入到最终压制工具中。抓取装置可以是例如抓取机器人、抓取臂等。抓取装置可以用来半自动地或全自动地转移预制件。这种自动转移的优点在于预压制和最终压制之间花费的时间相对较少，从而可以保持整体周期时间尽可能的短。借助合适的抓取装置，转移的时长可以缩短到例如2秒或更短。
根据一个实施例，预压制工具和最终压制工具具有不同的工具几何形状。例如，最终压制工具可以具有复制自成品部件的最后几何形状的工具几何形状，而预压制工具可以具有或多或少地偏离了这个最后几何形状的工具几何形状。例如，最后几何形状可以复制相对精细的结构，例如通道结构等。相比之下，预压制工具的形状一般可以更近似，例如更平面化。换言之，预制件和成品部件可以具有不同尺寸。预制件和成品部件还可以在密度方面有所不同。
应当指出，本发明实施例的可能特征和优点部分是参照用于以高填充热固性原材料生产成型部件的工艺而描述，部分是参照能够进行这种工艺的压制装备而描述。本领域技术人员将认识到，为单个实施例而描述的特征可以以类似和适当的方式转移、调整和/或互换到其他实施例中，以得到本发明的进一步实施例和可能的协同效应。
附图说明
下面参照附图对本发明的有利实施例作进一步解释，其中附图和解释都不能被理解为以任何方式限制本发明。
图1示出了根据本发明的实施例的压制装置的示意性表示；
图2示出了图1中压制装置的预压制工具处于打开状态的示意性表示；
图3示出了图2中预压制工具处于关闭状态的示意性表示；
图4示出了图1中压制装置的最终压制工具处于打开状态并有预制件插入的示意性表示；
图5示出了图4中最终压制工具在以预制件生产成品部件期间处于关闭状态的示意性表示；
图6示出了图4中最终压制工具处于打开状态并且成品部件准备好可移除的示意性表示；以及
图7示出了根据本发明的实施例的压制工艺的流程图。
这些图仅是示意性的，并非按比例绘制。相同的附图标记表示各图中相同或相同作用的特征。
具体实施方式
图1示出了用于以高填充热固性材料生产成型部件的压制装置100的示意性表示。首先，压制装置包括用于以原材料106生产预制件104的预压制工具102。预压制工具102构造为将原材料106带到预压制温度，并以预压制力将其压缩以形成预制件104。然后，压制装置100包括用于以预制件104生产成品部件100的最终压制工具108。最终压制工具108构造为将预制件104带到最终压制温度，并以最终压制力将其压缩以形成成品部件110。在这一工艺中，预压制温度低于最终压制温度。进一步地，最终压制温度至少与原材料106的固化反应的起始温度一样高，更具体地，与原材料106中粘结剂固化反应的起始温度一样高。
预制件104的转移可以可选地借助抓取装置112进行，该装置将预制件104从打开的预压制工具102移除，并将其插入到打开的最终压制工具108中。
图2示出了处于打开状态的预压制工具102。这里，预压制工具102包括模具框架200、预压制下模202以及设置在预压制下模202对面的预压制上模204。打开时，预压制上模204远离模具框架200移动。模具框架200和预压制下模202限定了容器，原材料106或压制材料106以颗粒的形式填入其中。
图3示出了在例如100℃下预压制期间处于关闭状态的预压制工具102。在这一过程中，由预压制上模204关闭容器，并且以合适的预压制力将原材料106压缩在模具框架200、预压制下模202和预压制上模204之间以形成预压制板件形式的预制件104。为了将原材料106带到预压制温度，预压制下模202和预压制上模204可以是可加热的。此外，模具框架200可以是可加热的。
如图2和图3所示，预压制下模202和预压制上模204均可以具有轮廓合适的压制表面。例如，预压制下模202可以具有凸起部分300，预压制上模204可以具有凹陷部分302。在这方面，凸起部分300的外轮廓可以构造为对应于凹陷部分302的内轮廓。
图4到图6更详细地示出了最终压制工具108。例如，可以通过抓取装置112(参见图1)自动将预制件104从打开的预压制工具102移除，并且将其插入到打开的最终压制工具108中，抓取装置也可以是可加热的。
与预压制工具102相似，最终压制工具108包括另一个模具框架400、最终压制工具下模402和最终压制工具上模500(参见图5)。例如，最终压制工具下模402和最终压制工具上模500还均可以具有特殊形状的压制表面，例如有槽或沟槽的压制表面，如图5中通过示例所示。最终压制工具下模402和最终压制工具上模500各自的压制表面可以成形为例如互相补充。
预压制工具102和最终压制工具108可能具有不同的工具几何形状。在这一示例中，预压制工具102和最终压制工具108各自压制表面的构造有所不同。
为了将预制件104带到最终压制温度，最终压制工具下模402和最终压制工具上模500可以是可加热的。附加的模具框架400也可以是可加热的。
图4示出了最终压制工具108处于打开状态并且有预制件104插入。
图5示出了最终压制工具108在成品部件110生产期间处于关闭状态。这一工艺涉及在最终压制温度(例如180℃)下以对应的成品压制力压缩预制件104以形成成品部件110。
为了与压制表面的轮廓和选定的原材料106保持一致，成品部件110可以是例如在两侧和四周边缘上具有通道结构的双极板。
最后，如图6所示，成品部件110从最终压制工具108中弹出。
图7示出了例如可以由图1到图6所示的压制装置100执行的压制工艺的流程图。
在步骤S10中，原材料106被引入到预压制工具102中。
在步骤S20中，以原材料106生产预制件104。这包括通过预压制工具102将原材料106带到低于最终压制温度的预压制温度，并且利用预压制力将其压缩以形成预制件104。
在步骤S30中，将预制件104从预压制工具102移除，并且放置到最终压制工具108中。
在步骤S40中，以预制件104生产成品部件110。这一过程包括通过最终压制工具108将预制件104带到至少和原材料106中的粘结剂固化反应的起始温度一样高的最终压制温度，并且利用最终压制力将其压缩以形成成品部件110。
根据本发明的方案的关键在于将压制成型部件的压制工艺分为双工位互联压平器中的两个子工艺。
下面参照图1至图6，以板件生产为例，例如用于燃料电池的石墨双极板，再次对本发明进行不同的描述。然而，本发明还可以用来生产非板型部件。
根据一个实施例，首先将粉末或颗粒混合物形式的原材料106加载到预压制工位的预压制工具102中，原材料可以包括填料、粘结剂组分和添加剂。可以将预压制工具102加热到低于原材料106的固化反应起始温度的预压制温度。这意味着无需开始固化反应即可以实现良好的预热、脱气和预压缩，即使使用的是高反应性的成型材料，例如使用2-甲基咪唑作为环氧树脂粘结剂的固化催化剂。然而，只要保证原材料的固化相对较慢，预压制温度还有可能与起始温度大约相同或甚至更高。
根据一个实施例，将原材料106刮削到打开的预压制工具102中。这有助于保证材料在预压制工具中分布特别均匀，从而减少厚度和密度的波动。例如，预压制工具102可以包括具有偏移的下工具板和上工具板(参见图2和图3中的凸起部分300和凹陷部分302)。通过将工具板合并在一起，原材料106可以形成预制件104，即预压缩为预制件。这些偏移的设计可以考虑到不同的表面相关的材料需求，同时仍然允许实现均匀的预压缩。
替代地，还可以将原材料106浇注到预压制工具102中。例如，原材料106可以浇注到预压制工具102的不同区中。预压制工具102可以用来将原材料106压缩到最后压缩量的例如大约90％。
在预压制期间，预热、预压缩和/或脱气的步骤可以重复若干次。换言之，预压制可以利用增长的预压制压力分两个或两个以上连续子步骤中进行，其中每个子步骤均可以包括预热、预压缩和/或脱气步骤(参见上文)。例如，在100℃的预压制温度下，预压制压力可以分三个阶段增长：从2MPa到10MPa再到30MPa。
例如，预压制温度可以在70℃和140℃之间，优选地，在90℃和120℃之间。
预压制可以保证原材料106的塑性压缩在没有任何竞争性固化反应的情况下进行，或者至多只有非常缓慢的固化反应。这样，可能实现粉末或颗粒之间结构良好的晶界，这是成品冲压板件形式的成品部件110取得良好机械性能和低透气性的先决条件。
预压制后，利用与预压制工具102分开的最终压制工具108在最终压制工位进行最终压制。为此，将预制件104，即预压制预热板件，从预压制工位转移到最终压制工具工位，更精确地，例如通过加热的抓取装置112将预制件转移到最终压制工具108。
例如，可以将抓取装置112加热到与预压制温度和/或起始温度和/或最终压制工具108的温度相似的温度，这意味着抓取装置112的抓取表面可以调和到上述温度之一加减例如20℃或加减10℃。转移应该相对较快进行。具体地，转移的用时应该少于2秒。
最终压制工具108生产成品部件110的最后几何形状。最终压制工具108和预压制工具102可以具有不同形状。例如，预压制工具102可以仅复制成品部件110的最终几何形状的近似版本。
将最终压制工具108加热到产生非常快的固化反应的最终压制温度，例如至少到170℃，优选地，至少到190℃。200℃以及更高的最终压制温度也是可想象的。通常，最终压制温度应该显著高于原材料106的固化反应的起始温度，因为固化温度的增长将对应地缩短固化时间。
由于预制件104的高度预压缩，最终压制工具108可以相对较快地关闭，并且可以对应较快地形成压力。
例如，当使用2-甲基咪唑作为环氧树脂的固化催化剂并且使用170℃的最终压制温度时，在压力保持时间仅8秒到10秒后就可以进行脱模。利用例如大约190℃的最终压制温度，可以实现少于5秒的压力保持时间。
与预压制的方式相同，最终压制的参数，例如最终压制温度、最终压制力或压力保压时间，在最终压制过程中可以有所变化。
最终压制后，可以打开最终压制工具108，并且将成品压制板件形式的成品部件110从最终压制工具108移除。这可以通过抓取装置112、通过另一个合适的抓取装置或手动再次完成。
这之后可以进行附加热处理。取决于使用的粘结剂系统的反应性，通过本文描述的工艺可以显著缩短这种后固化。在非常高的反应性的情况下，例如当使用2-甲基咪唑时，甚至可以完全省略后固化，因为在这种情况下，最终压制后已经在很大程度上完成了固化。
利用这一双级压制工艺，可以消除或克服例如参照上述现有技术在生产具有高抗弯强度和短周期的气密分离板的原材料选择方面的限制。具体地，使用回弹小于20％或高于70％的石墨时可以实现高于60MPa的抗弯强度。进一步地，本文所述的工艺还可以使用2-甲基咪唑作为固化催化剂来进行，而不会对成品部件的性能产生不利的影响。由此实现的极快速的固化反应使得即使在很短的加工时间内也能达到良好的交联程度。
各种自动压力机上的平坦的和结构化的测试模证明了大幅减少周期时间的潜力。这里，并不是一个联动的生产过程，而是在独立的作业步骤中对待压制粒料片材进行预压制，并在更高的模具温度下对预压制的片材进行最终压制。与常规工艺相比，压制板件表现出显著更佳的机械性能和更均匀的压缩。
最后，值得注意的是，例如“包含”、“包括”等术语不排除其他元件或步骤，例如“一个”、“单个”等术语不排除多个的情况。还值得注意的是，参照以上任何一个实施例描述的特征或步骤还可以与上述其他实施例的其他特征和步骤结合使用。权利要求书中的附图标记不被视为限制。
附图标记列表
100 压制装置
102 预压制工具
104 预制件
106 原材料
108 最终压制工具
110 成品部件或成型部件
112 抓取装置
200 模具框架
202 预压制下模
204 预压制上模
300 凸起部分
302 凹陷部分
400 附加模具框架
402 最终压制工具下模
500 最终压制工具上模

Claims (15)

1.一种用于以高填充热固性原材料(106)生产成型部件(110)的工艺，其特征在于，所述工艺包括:
将所述原材料(106)引入到预压制工具(102)中；
以所述原材料(106)生产预制件(104)，其中所述原材料(106)通过所述预压制工具(102)达到预压制温度，并且利用预压制力压缩以形成所述预制件(104)；
将所述预制件(104)从所述预压制工具(102)上移除并将所述预制件(104)引入到最终压制工具(108)中；以及
以所述预制件(104)生产成品部件(110)，其中所述预制件(104)通过所述最终压制工具(108)达到最终压制温度，并且利用最终压制力压缩以形成所述成品部件(110)；
其中所述预压制温度低于所述最终压制温度；
其中所述最终冲压温度至少与原材料(106)的固化反应的起始温度一样高。
2.如权利要求1所述的工艺，其中，所述预压制温度低于所述起始温度。
3.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其中，所述最终压制温度至少为170℃，优选地，至少为190℃。
4.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其中，所述预压制温度至多为150℃，优选地，至多为120℃。
5.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其中，所述预制件(104)受所述最终压制力至多10秒，优选地，至多5秒。
6.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其中，所述原材料(106)包含石墨作为填料。
7.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其中，所述原材料(106)包括粘结剂和作为粘结剂的固化催化剂的烷基咪唑。
8.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其中，通过刮削将所述原材料(106)引入到所述预压制工具(102)中。
9.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其中，所述预制件(104)的密度至少为所述成品部件(110)密度的80％，优选地，至少为其90％。
10.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其中，反复对所述原材料(106)进行压缩和脱气以生成所述预制件(104)。
11.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其中，所述预压制力在所述预制件(104)生产期间是变化的。
12.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其中，所述最终压制力在所述成品部件(110)生产期间是变化的。
13.一种用于通过如前述权利要求中任一项所述的工艺以高填充热固性原材料(106)生产成型部件(110)的压制装置(100)，其中所述压制装置(100)包括：
用于以所述原材料(106)生产所述预制件(104)的预压制工具(102)，所述预压制工具(102)构造为将所述原材料(106)带到预压制温度，并且利用所述预压制力将其压缩以形成所述预制件(104)；以及
用于以所述预制件(104)生产所述成型部件(110)的最终压制工具(108)，所述最终压制工具(108)构造为将所述预制件(104)带到所述最终压制温度，并且利用所述最终压制力将其压缩以形成所述成品部件(110)。
14.如权利要求13所述的压制装置(100)，进一步包括：
可加热抓取装置(112)，其构造为将所述预制件(104)从所述预压制工具(102)移除，并且将其插入到所述最终压制工具(108)中。
15.如权利要求13或14所述的压制装置(100)，其中，所述预压制工具(102)和所述最终压制工具(108)具有不同的工具几何形状。
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