大多數氟塑膠在通常加工溫度下很難熔融或者熔體在成型溫度下黏度過高，雖說是熱塑性塑膠，但不能用一般熱塑性塑膠的方法成型，只能用類似粉末冶金燒結成型的方法，通稱冷壓燒結成型。成型時，先將一定量的含氟塑膠（大都為懸浮聚合樹脂粉料）放入模具中，在壓力作用下壓製成密實的形坯（又稱錠料、冷坯或毛坯），然後至烘室內進行燒結，冷卻後即成為製品。
基本介紹
- 中文名：冷壓燒結成型
- 外文名：Cold pressing sintering molding
- 類似：粉末冶金燒結成型
- 舉例：聚四氟乙烯
- 反應過程：室溫加熱至高聚物熔融態
- 優點：製品潔白、操作方便
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簡介
冷壓燒結成型類似於粉末冶金的冷壓燒結，是一種將一定量物料加入常溫模具，用高壓壓實成密實型坯（又稱冷坯、毛坯或錠料），然後送進高溫爐（燒結爐）中燒結一定時間，最後經冷卻而成為製品的過程技術。
冷壓燒結技術主要用於加工常規方法難於成型的聚合物，如聚四氟乙烯（PTFE）、超高相對分子量聚乙烯（UHMWPE）和聚醯亞胺等。其中聚四氟乙烯最早採用冷壓燒結成型，而且成型工藝最為成熟，因此具有代表性。除了冷壓燒結成型方法外，聚四氟乙烯的燒結成型方法還有柱塞擠出成型和糊膏擠出成型，但其過程與常用的冷壓燒結成型大同小異。目前，可用燒結成型的聚合物除了上述之外，還有PCTFE、PE、PP、PVC、PC、PA、PPS等，這些聚合物不是熔點高就是黏度大，故用常規方法不易成型。
冷壓燒結成型原理
燒結的基本過程是從室溫加熱至高聚物熔融態後，又冷卻至室溫的一個過程。隨著高聚物的溫度不斷升高，處於高彈態下的固體晶相與無定形相混合，此時顆粒之間形成接觸。當加熱至高聚物的熔融溫度時，正常的晶體被破壞，開始轉變為無定形相，也就是結晶物質的熔化。採用燒結成型的聚合物的黏度都極大，一般即使熔融也不會流動，只是分子之間的相互擴散、黏結，這時連通的孔洞將閉合，整個型坯逐漸變為一個連續的整體，由原來的乳白色變為透明。通過燒結熔融階段後，冷卻過程開始，冷卻到低於一次相變轉變點時，無定形相變為結晶相。
分子熱運動過程：隨著燒結溫度的升高，在晶體熔點以上時，分子運動加劇，分子鏈相互擴散並且出現分子鏈回復鬆弛狀態，促使顆粒黏合起來，此時就是最佳的燒結溫度，在這一溫度下顆粒之間黏接在一起，界面消失，從而成為密實的整體。在整個燒結過程中，體積在變化，出現加熱膨脹，達到透明時體積膨脹可達百分之幾十，然而冷卻降溫時，體積逐漸收縮變小。
燒結過程中可能產生裂解反應，各種樹脂的分解溫度不一樣，燒結溫度也不一樣，裂解程度也就不一樣。如：聚四氟乙烯燒結溫度大概在327℃和415℃之間，裂解反應在250℃以上，開始只有輕度的分解，當溫度高達415℃時就劇烈分解了。
燒結設備
燒結設備稱燒結爐。通常採用能升溫至500℃且可連續工作的電加熱爐，爐溫精確度應控制在±5℃範圍內。為保持爐溫的均勻性，必須保證有效的空氣循環及放置預壓件的圓盤能均勻旋轉。由於燒結溫度下物料會產生少量的分解產物，因此燒結爐應有排氣裝置，能將氣體排出爐外。當關閉爐門冷卻時，冷卻降溫速度應不超過20℃/h。
冷壓成型
聚四氟乙烯樹脂是一種纖維狀的細粉末，在儲存或運輸過程中，由於受壓和震動，容易結塊成團，使冷壓加料發生困難，或所制形坯密度不均勻，所以使用前須將成團結塊搗碎，用20 目篩過篩備用。將過篩的樹脂按製品所需量加人模內並在型腔里分布均勻。一個形坯應一次完成加料量，否則製品可能在各次加料的界面上開裂。
加料完畢後應立即加壓，加壓宜緩慢進行，嚴防衝擊。升壓速度（指陽模壓入速度）視製品的高度而定。直徑大而長的形坯升壓速度應慢，反之則快。慢速為5~10 mm/min、快速為10~20 mm/min。
通常模壓壓力為30~50MPa。壓力過高時，樹脂顆粒在模內容易相互滑動，以致製品內部出現裂紋；壓力過低時，製品內部結構不緊密，致使製品的物理機械性能顯著下降。為使形坯的壓實程度儘可能一-致，高度較高的製品應從型腔上下同時加壓。當施加的壓力達規定值後，尚需保壓一段時間，保壓時間也視製品的情況而定，直徑大而長的製品保壓時間為10~15min，一般的則為3~5min，然後緩慢卸壓，以免型坯強烈回彈產生裂紋。
如果型坯的面積較大，則由樹脂粉末裹人的空氣不易排出，所以模壓時需要排氣，排氣的次數和時間應由實驗確定。冷壓所制的型坯，強度較低，應小心脫模以防碰撞而損壞型坯。
燒結
燒結是將型坯加熱到樹脂熔點（327 ℃）以上，並在該溫度下保持一段時間，以使單顆粒的樹脂相互擴張，最後黏結熔合成一個密實的整體。
聚四氟乙烯的燒結過程是一個相變過程。當燒結溫度超過熔點時，大分子結構中的晶體部分全部轉變為無定形結構，這時，物體外觀由白色不透明體轉變為膠狀的彈性透明體。待這一轉變過程充分完成（即稱燒結好了的型坯）後，方可進行冷卻。合理控制燒結過程—升溫、保溫和冷卻以及燒結程度是確保製品質量的重要因素。
按操作方式的不同，燒結方法有連續燒結和間歇燒結兩種，連續燒結用於生產小型管料，而間歇燒結則常用於模壓製品。按照加熱載體的不同又可分為固體載熱體燒結，液體載熱體燒結和氣體載熱體燒結3種。氣體載熱體燒結包括普通烘箱和帶有轉盤的熱風循環的燒結。由於帶有轉盤的熱風循環燒結具有坯料受熱均勻、隨時可以觀察坯料的燒結情況、製品潔白、操作方便以及易於控制等優點。因此這種方法目前已廣為採用。
