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環氧樹(shù)脂在模具上的應用

一、概況

環氧樹(shù)脂模具又稱樹(shù)脂模具，它具有制造周期短(duǎn)、成本低、特别适合形狀複雜的制品和産品更新換代快(kuài)速的工(gōng)業領域；因此，在國(guó)外先進國(guó)家已得(de)到廣泛的應用，特别在汽車制造業、玩具制造業、家電制造業、五金行業和塑料制品等工(gōng)業系統使用得(de)更爲普及。環氧樹(shù)脂模具按不同的結構和用途，采用各種性能的環氧樹(shù)脂、固化劑、增韌劑和填料（鐵粉、鋁粉、矽微粉、重晶石粉等）等配制成模具樹(shù)脂，同時以玻璃纖維布和碳纖維布作(zuò)增強材料而制成的。

環氧樹(shù)脂模具按不同用途和技術(shù)要求，能設計(jì)出不同的環氧模具樹(shù)脂配方組份。從(cóng)國(guó)内、外環氧樹(shù)脂模具實際應用統計(jì)，環氧樹(shù)脂适合于制作(zuò)以下幾種類型的模具，在冷(lěng)壓模具方面有：彎曲模、拉延模、落錘模、鑄造模等；在熱(rè)壓模具方面有：塑料注射模、注臘模、吹塑模、吸塑模、泡沫成型模、皮塑制品成型模等。 環氧樹(shù)脂模具的制造特點，是制造簡易，快(kuài)速，成本低；例如(rú)一些外形複雜、難成形的金屬模具，用環氧樹(shù)脂制造，采用澆注法或低壓成形法，就(jiù)能一次成形，無需大(dà)型精密切削機(jī)床，也可(kě)不用高級鉗工(gōng)。有些金屬模具制造的周期要幾個月至半年(nián)，采用環氧樹(shù)脂模具一般隻要3～5天就(jiù)可(kě)完成，其成本僅僅是鋼模的15～20％左右，而且樹(shù)脂模具使用壽命很長，磨損了還(hái)可(kě)以很快(kuài)修補好，繼續使用。因此，環氧樹(shù)脂模具的制造是一項打破傳統機(jī)械加工(gōng)工(gōng)藝的新技術(shù)、新材料和新工(gōng)藝。環氧樹(shù)脂模具，在國(guó)外都(dōu)是大(dà)型工(gōng)廠(chǎng)設立的專門(mén)研制中心制造的，而在國(guó)内僅在于國(guó)防工(gōng)業單位研制了一些，一般工(gōng)廠(chǎng)企業都(dōu)缺乏這方面的制造工(gōng)藝技術(shù)和配方，所以在我國(guó)環樹(shù)脂模具的應用、普及和發展的速度很緩慢(màn)。今後随着新材料、新技術(shù)的發展，環氧樹(shù)脂應用技術(shù)的推廣，環氧樹(shù)脂模具的綜合性能和制造技術(shù)被廣泛了介和認識，環氧樹(shù)脂複合材料性能的提高，樹(shù)脂模具的制作(zuò)工(gōng)藝和應用工(gōng)藝的簡化，環氧樹(shù)脂模具必然會得(de)到飛躍的發展，成爲新的高效率的低成本的先進模具。

二、環氧樹(shù)脂模具的種類

1、環氧樹(shù)脂冷(lěng)壓類型的模具

(1)彎曲模、成形模、拉延模、切口模等。

環氧樹(shù)脂的複合材科(kē)主要用來(lái)制造凹凸模，可(kě)以澆注成形，也可(kě)以低壓模壓法成形，它可(kě)以沖壓或拉延0.8毫米鋼闆2毫米以下的鋁闆，壽命在萬次以上不磨損。對于大(dà)型拉延模具，如(rú)汽車駕駛室頂蓋件(jiàn)，用環氧樹(shù)脂制造模具顯示出更大(dà)的優越性，無需大(dà)型切削機(jī)床。切口模用來(lái)制造結構複雜的大(dà)型零件(jiàn)，在凹凸模刃口部嵌以鋼帶。用環氧樹(shù)脂制造的彎曲成形模具，沖壓的另件(jiàn)有吊扇的風(fēng)葉等，風(fēng)葉型面尺寸要求很高，因關系到風(fēng)量和使用效果等，環氧樹(shù)脂模具固定在l O O噸沖床上沖壓成形，沖壓次數巳達三十餘萬次，樹(shù)脂模具還(hái)在使用。

(2)落錘模

采用環氧樹(shù)脂落錘模，可(kě)以沖壓2.5毫米厚的鋁闆，1.5毫米厚的不鏽鋼闆。樹(shù)脂做的模具，協調性能好，工(gōng)藝簡單，制造周期短(duǎn)，比鋁鋅模縮短(duǎn)3／4時間，還(hái)可(kě)節省大(dà)量的有色金屬，降低成本。

(3)鑄模

關于鑄模如(rú)模型、芯盒、型闆等，采用環氧樹(shù)脂制作(zuò)鑄模的優點：

① 樹(shù)脂模具制造周期短(duǎn)，如(rú)鋁模制造周期約一個月，而樹(shù)脂模具制作(zuò)隻需3～5天

② 樹(shù)脂模具使用壽命長，如(rú)鋁模用到二千次就(jiù)要大(dà)修，而樹(shù)脂模可(kě)用到二萬次；

③ 樹(shù)脂模具修理(lǐ)簡單、方便；

④ 樹(shù)脂模具重量輕，勞動生(shēng)産率高。

因此，國(guó)、内外巳普遍、廣泛的應用環氧樹(shù)脂制作(zuò)鑄模。結構形式：有樹(shù)脂包複式模具和全樹(shù)脂整體(tǐ)式模具。

此外，環氧樹(shù)脂還(hái)能制作(zuò)錘擊模、爆炸成形模、液壓成形模、拉伸模胎、移形模、檢驗模等，以上的樹(shù)脂模具，大(dà)部分(fēn)是用來(lái)制造飛機(jī)，汽車或火(huǒ)箭上的另部件(jiàn)。環氧樹(shù)脂模具制造速度快(kuài)，成本低、協調性能好，能解決一般金屬模具制造中的技術(shù)難關。

2、環氧樹(shù)脂熱(rè)壓類型的模具

(1)注臘模

用于壓注臘型的模具，一般用金屬制作(zuò)模具，批量小的、要求不高的也采用石膏模。先用注臘模注出臘型，根據臘型再做成殼模，溶臘後澆注金屬。樹(shù)脂的注臘模，強度高，成型方便，光(guāng)潔度高，耐磨性好，導熱(rè)性稍差一些，在加工(gōng)成形雕塑的型面時，經濟效益就(jiù)更高了。

(2)塑料注射模

随着工(gōng)程塑料的飛躍發展與廣泛的應用，塑料模具的制造，就(jiù)更顯出重要性了。環氧樹(shù)脂注射模具是國(guó)内外正在努力突破的一項新技術(shù)。據資料介紹，環氧樹(shù)脂注射模國(guó)外作(zuò)爲一種簡易、快(kuài)速模具，因爲它成型快(kuài)，外形精确，但(dàn)缺點是耐熱(rè)性差，因此，在樹(shù)脂模具設計(jì)時應考慮冷(lěng)卻水管道，來(lái)提高注塑次數。我國(guó)也有幾個單位在研制這類樹(shù)脂模具，并取得(de)了良好的應用，注塑次數巳達萬次以上，環氧樹(shù)脂模具型面無變化。在樹(shù)脂模具配方設計(jì)上的優化和模具結構上的改進，使樹(shù)脂模具的熱(rè)态強度、導熱(rè)系數都(dōu)有較高的水平。因此，如(rú)果産品型面爲雕塑的型面，機(jī)加工(gōng)簡直無法加工(gōng)的，則更顯出環氧樹(shù)脂模具的優越性。

(3)吹塑模和吸塑模具

這類模具都(dōu)要求環氧樹(shù)脂配方固化物要有良好的熱(rè)态強度和導熱(rè)系數，它最大(dà)的優點是成形方便，這些樹(shù)脂模具都(dōu)屬于開發應用中的模具。

三、制造環氧樹(shù)脂模具的材料與性能

制造樹(shù)脂模具的基體(tǐ)樹(shù)脂有酚醛樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂、環氧樹(shù)脂等。在這些基體(tǐ)樹(shù)脂中，環氧樹(shù)脂的機(jī)械、物理(lǐ)性能最好，工(gōng)藝性也好。所以現在都(dōu)用環氧樹(shù)脂制造模具，如(rú)現在最高強度的複合材料，就(jiù)是環氧樹(shù)脂與硼纖維、碳纖維等制成的。

基體(tǐ)樹(shù)脂：常用的環氧樹(shù)脂有雙酚A環氧樹(shù)脂，如(rú)；YD-128、E一51、E一44等；線型酚醛環氧樹(shù)脂F-44和F-45；氨基多官能團環氧樹(shù)脂AFG-80、AFG-90；脂環族環氧樹(shù)脂R-122等。根據不同樹(shù)脂模具的機(jī)械強度要求、耐熱(rè)性要求和精度要求選擇基體(tǐ)樹(shù)脂類型，再設計(jì)配方。

固化劑：胺類固化劑：脂肪胺、縮聚胺、芳香胺、改性芳香胺等；

咪唑類固化劑：2-甲基咪唑、改性咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑等；

酸酐類固化劑：甲基四氫苯酐、改性甲基四氫苯酐、氯橋酸酐、均苯四甲酸二酐等。

增韌劑：LDY-050活性增韌劑、LDY-052反應型增韌劑、LDY-055海島結構增韌劑、高聚合度聚硫橡膠、端羧基丁睛橡膠等。

纖維增強材料：玻璃纖維（布）、碳纖維（布）、硼纖維（布）等。

填料：矽微粉、鐵粉、鋁粉、銅粉、氧化鋁粉、重晶石粉等。

環氧樹(shù)脂模具複合材料，是由基體(tǐ)樹(shù)脂、固化劑，增韌劑，填料和纖維增強材料等組成，起固化反應而達到高性能的模具樹(shù)脂。根據不同模具不同的結構和技術(shù)要求，設計(jì)不同的配方，配方不同，其成形工(gōng)藝，固化工(gōng)藝也不同。

環氧樹(shù)脂模具配方澆注體(tǐ)典型的力學、物理(lǐ)性能：

抗壓強度： 120～150 MPa

抗沖強度： 25～38 KJ／m2

抗彎強度： 110～160 MPa

布氏硬度： 20～30 MPa

固化時收縮 O.2～0.5％

四、制造環氧樹(shù)脂模具的工(gōng)藝方法

1、澆注工(gōng)藝制造

按環氧樹(shù)脂配方比例稱量和混合，然後澆注入模型模具，按配方工(gōng)藝要求，采用室溫或高溫固化成型。也可(kě)采用振動澆注工(gōng)藝。

2、層壓工(gōng)藝制造

玻璃纖維或碳纖維增強的環氧樹(shù)脂模具，在固化時不用壓力的，在模型裡(lǐ)層叠纖維增強材料并層層塗以環氧樹(shù)脂混合料，稱爲接觸層叠工(gōng)藝。固化時如(rú)在加壓下進行，可(kě)增加玻璃纖維含量，稱加壓層壓工(gōng)藝。

3、短(duǎn)玻璃纖維增強與樹(shù)脂的混合物，能夠在簡易的金屬模内成形。

總之，不同的模具，根據模具的結構、模具的類型、模具的技術(shù)要求來(lái)設計(jì)不同的環氧樹(shù)脂配方和制造工(gōng)藝，才能制造出良好的環氧樹(shù)脂模具。