环氧树脂在模具上的应用

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一、概况  

1 Z( P2 }( ]9 X% c: V( K   环氧树脂模具又称树脂模具，它具有制造周期短、成本低、特别适合形状复杂的制品和产品更新换代快速的工业领域；因此，在国外先进国家已得到广泛的应用，特别在汽车制造业、玩具制造业、家电制造业、五金行业和塑料制品等工业系统使用得更为普及。环氧树脂模具按不同的结构和用途，采用各种性能的环氧树脂、固化剂、增韧剂和填料（铁粉、铝粉、硅微粉、重晶石粉等）等配制成模具树脂，同时以玻璃纤维布和碳纤维布作增强材料而制成的。  
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   环氧树脂模具按不同用途和技术要求，能设计出不同的环氧模具树脂配方组份。从国内、外环氧树脂模具实际应用统计，环氧树脂适合于制作以下几种类型的模具，在冷压模具方面有：弯曲模、拉延模、落锤模、铸造模等；在热压模具方面有：塑料注射模、注腊模、吹塑模、吸塑模、泡沫成型模、皮塑制品成型模等。 环氧树脂模具的制造特点，是制造简易，快速，成本低；例如一些外形复杂、难成形的金属模具，用环氧树脂制造，采用浇注法或低压成形法，就能一次成形，无需大型精密切削机床，也可不用高级钳工。有些金属模具制造的周期要几个月至半年，采用环氧树脂模具一般只要3～5天就可完成，其成本仅仅是钢模的15～20％左右，而且树脂模具使用寿命很长，磨损了还可以很快修补好，继续使用。因此，环氧树脂模具的制造是一项打破传统机械加工工艺的新技术、新材料和新工艺。环氧树脂模具，在国外都是大型工厂设立的专门研制中心制造的，而在国内仅在于国防工业单位研制了一些，一般工厂企业都缺乏这方面的制造工艺技术和配方，所以在我国环树脂模具的应用、普及和发展的速度很缓慢。今后随着新材料、新技术的发展，环氧树脂应用技术的推广，环氧树脂模具的综合性能和制造技术被广泛了介和认识，环氧树脂复合材料性能的提高，树脂模具的制作工艺和应用工艺的简化，环氧树脂模具必然会得到飞跃的发展，成为新的高效率的低成本的先进模具。  
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二、环氧树脂模具的种类

5 q- T5 E* V9 X6 G3 c8 t4 e+ j5 P2 L1、环氧树脂冷压类型的模具  

(1)弯曲模、成形模、拉延模、切口模等。  
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8 V3 u. s* q7 z9 a* N   环氧树脂的复合材科主要用来制造凹凸模，可以浇注成形，也可以低压模压法成形，它可以冲压或拉延0.8毫米钢板2毫米以下的铝板，寿命在万次以上不磨损。对于大型拉延模具，如汽车驾驶室顶盖件，用环氧树脂制造模具显示出更大的优越性，无需大型切削机床。切口模用来制造结构复杂的大型零件，在凹凸模刃口部嵌以钢带。用环氧树脂制造的弯曲成形模具，冲压的另件有吊扇的风叶等，风叶型面尺寸要求很高，因关系到风量和使用效果等，环氧树脂模具固定在l O O吨冲床上冲压成形，冲压次数巳达三十余万次，树脂模具还在使用。  
! w( e6 z/ H7 r$ H# ]2)落锤模  
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   采用环氧树脂落锤模，可以冲压2.5毫米厚的铝板，1.5毫米厚的不锈钢板。树脂做的模具，协调性能好，工艺简单，制造周期短，比铝锌模缩短3／4时间，还可节省大量的有色金属，降低成本。  

(3)铸模  
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# p+ e; ~7 c0 O5 h关于铸模如模型、芯盒、型板等，采用环氧树脂制作铸模的优点：  
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① 树脂模具制造周期短，如铝模制造周期约一个月，而树脂模具制作只需3～5天  
② 树脂模具使用寿命长，如铝模用到二千次就要大修，而树脂模可用到二万次；  
# C1 `0 q$ U  I% e5 h③ 树脂模具修理简单、方便；  
④ 树脂模具重量轻，劳动生产率高。  
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( s; |" a) A" E  @# r2 \   因此，国、内外巳普遍、广泛的应用环氧树脂制作铸模。结构形式：有树脂包复式模具和全树脂整体式模具。  

  d; Y. n2 ~- d9 t! y   此外，环氧树脂还能制作锤击模、爆炸成形模、液压成形模、拉伸模胎、移形模、检验模等，以上的树脂模具，大部分是用来制造飞机，汽车或火箭上的另部件。环氧树脂模具制造速度快，成本低、协调性能好，能解决一般金属模具制造中的技术难关。  

2、环氧树脂热压类型的模具  

1 i+ P5 ~' R# V$ t% k! i(1)注腊模  

   用于压注腊型的模具，一般用金属制作模具，批量小的、要求不高的也采用石膏模。先用注腊模注出腊型，根据腊型再做成壳模，溶腊后浇注金属。树脂的注腊模，强度高，成型方便，光洁度高，耐磨性好，导热性稍差一些，在加工成形雕塑的型面时，经济效益就更高了。  

5 E+ V% W- k4 C3 S. k2 g(2)塑料注射模  
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   随着工程塑料的飞跃发展与广泛的应用，塑料模具的制造，就更显出重要性了。环氧树脂注射模具是国内外正在努力突破的一项新技术。据资料介绍，环氧树脂注射模国外作为一种简易、快速模具，因为它成型快，外形精确，但缺点是耐热性差，因此，在树脂模具设计时应考虑冷却水管道，来提高注塑次数。我国也有几个单位在研制这类树脂模具，并取得了良好的应用，注塑次数巳达万次以上，环氧树脂模具型面无变化。在树脂模具配方设计上的优化和模具结构上的改进，使树脂模具的热态强度、导热系数都有较高的水平。因此，如果产品型面为雕塑的型面，机加工简直无法加工的，则更显出环氧树脂模具的优越性。  

(3)吹塑模和吸塑模具  
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6 G1 ~0 x+ ~3 L+ {/ o' C   这类模具都要求环氧树脂配方固化物要有良好的热态强度和导热系数，它最大的优点是成形方便，这些树脂模具都属于开发应用中的模具。  
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4 P3 v+ H; H/ A' Z+ p4 E0 y三、制造环氧树脂模具的材料与性能  
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" f& c6 K* A+ f/ m" h' Q   制造树脂模具的基体树脂有酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂等。在这些基体树脂中，环氧树脂的机械、物理性能最好，工艺性也好。所以现在都用环氧树脂制造模具，如现在最高强度的复合材料，就是环氧树脂与硼纤维、碳纤维等制成的。  
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   基体树脂：常用的环氧树脂有双酚A环氧树脂，如；YD-128、E一51、E一44等；线型酚醛环氧树脂F-44和F-45；氨基多官能团环氧树脂AFG-80、AFG-90；脂环族环氧树脂R-122等。根据不同树脂模具的机械强度要求、耐热性要求和精度要求选择基体树脂类型，再设计配方。
  固化剂：胺类固化剂：脂肪胺、缩聚胺、芳香胺、改性芳香胺等；  
1 z8 A( G6 K1 D, P( W. O0 w; _咪唑类固化剂：2-甲基咪唑、改性咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑等；  
! l' ~' _& k* P% U: V' Q' d- j酸酐类固化剂：甲基四氢苯酐、改性甲基四氢苯酐、氯桥酸酐、均苯四甲酸二酐等。  
增韧剂：LDY-050活性增韧剂、LDY-052反应型增韧剂、LDY-055海岛结构增韧剂、高聚合度聚硫橡胶、端羧基丁睛橡胶等。  
纤维增强材料：玻璃纤维（布）、碳纤维（布）、硼纤维（布）等。  
+ m2 |& t; m$ P$ d* p! ?( @填料：硅微粉、铁粉、铝粉、铜粉、氧化铝粉、重晶石粉等。  
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+ H3 S! ^8 w! ^2 o. q   环氧树脂模具复合材料，是由基体树脂、固化剂，增韧剂，填料和纤维增强材料等组成，起固化反应而达到高性能的模具树脂。根据不同模具不同的结构和技术要求，设计不同的配方，配方不同，其成形工艺，固化工艺也不同。  

环氧树脂模具配方浇注体典型的力学、物理性能：  
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抗压强度：120～150 MPa  
抗冲强度：25～38 KJ／m2  
7 L9 [" t2 a4 ]/ k9 M( l% w& z抗弯强度：110～160 MPa  
布氏硬度：20～30 MPa  
4 t1 l, t; H+ \; N0 B- f8 {* V7 Z; P0 r& ]固化时收缩O.2～0.5％  
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四、制造环氧树脂模具的工艺方法  

1、浇注工艺制造  

   按环氧树脂配方比例称量和混合，然后浇注入模型模具，按配方工艺要求，采用室温或高温固化成型。也可采用振动浇注工艺。  
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! @. A6 b3 o8 q+ P4 ~7 w. h2、层压工艺制造  
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4 }7 t' w" ]4 ?  l3 G   玻璃纤维或碳纤维增强的环氧树脂模具，在固化时不用压力的，在模型里层迭纤维增强材料并层层涂以环氧树脂混合料，称为接触层迭工艺。固化时如在加压下进行，可增加玻璃纤维含量，称加压层压工艺。  

* g8 |4 o) Z+ Z4 T$ o% _3、短玻璃纤维增强与树脂的混合物，能够在简易的金属模内成形。  

* B0 z* o) H2 l5 y* V. `: t   总之，不同的模具，根据模具的结构、模具的类型、模具的技术要求来设计不同的环氧树脂配方和制造工艺，才能制造出良好的环氧树脂模具。