塑料成型工艺基础.ppt

第6章塑料成型基础 6 1塑料及塑料成型的基本概念 6 2塑件的结构工艺性 塑料是以树脂为主要成分加入其它添加剂 在一定的温度和压力下能塑制成形的有机高分子固体材料 且在常温下能保持形状不变 因而得名为 塑料 一 塑料的组成1 树脂塑料的主要组分 在塑料中起粘结各组分的作用 也称为粘料 树脂约占塑料的40 100 决定了塑料的类型 热塑性或热固性 和基本性能 因此塑料的名称也多用其原料树脂的名称来命名 如聚氯乙烯塑料 酚醛塑料等 2 添加剂 填充料为了改善性能或降低成本等 在塑料中加入惰性物质 如 木粉 纸浆 石棉 炭黑 玻璃纤维等 增塑剂为了更好地改进塑料的可塑性 流动性和柔软性 改善制件的脆性与硬度而加入的液态或低熔点有机化合物 作用加大分子间距离 稳定剂稳定剂是一种阻缓材料变质的物质 常用的有抗氧化剂 热稳定剂等 着色剂 润滑剂为防止塑料在成型过程中粘在模具或其它设备上 须加入少量润滑剂 润滑剂还可使塑料制品表面光亮美观 固化剂又称为交联剂 硬化剂 其作用在于通过交联使树脂由线性结构转变为体型结构 二 塑料的分类塑料的种类繁多 常用的分类方法有两种 1 按塑料分子结构和热性能进行分类1 热塑性塑料 特点 分子结构为线型或支链型 受热时软化或熔融 冷却时又会变硬 再加热时又会变软 可以反复加工 不起化学变化 优点 加工成形简便 具有较高的力学性能 废品回收后可以再利用 缺点 耐热性和刚性较差 常见的热塑性塑料有聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 ABS 聚酰胺 尼龙 2 热固性塑料 特点 开始受热时软化或熔融 可塑制成型 经过一定时间的加热或加入固化剂后 分子结构由线型变为体型 即固化成形 固化后的塑料不溶不熔 优点 耐热性好 抗压性好 缺点 性能较脆 韧性差 常常需加入填料增强 热固性塑料主要有酚醛树脂 环氧树脂 氨基树脂 不饱和聚酯等 2 按塑料的功能分类1 通用塑料特点 产量大 用途广 价格低 主要品种 聚乙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 聚丙烯 酚醛塑料 电木 和氨基塑料 电玉 等六大品种 产量占塑料总产量的75 以上 构成塑料工业的主体 是一般工农业生产和日常生活不可缺少的廉价材料 2 工程塑料特点 能在较宽温度范围内和较长使用时间 保持优良性能 并能承受机械应力作为结构材料使用的一类塑料 通用工程塑料 长期使用温度在100 150 之间 如五大工程塑料聚酰胺 聚碳酸酯 聚甲醛 聚苯醚 热塑性聚酯等 特种工程塑料 长期使用温度在150 以上 主要有聚苯硫醚 聚酰亚胺类 聚醚类 聚醚酮类 聚芳酯 氟塑料等 优点 耐热性高 低温性能好 耐腐蚀 自润滑性和尺寸稳定性良好 有较高的强度和刚度3 特种塑料 功能塑料 指具有特殊性能和特殊用途的塑料 产量少 价格较高 导电塑料 导磁塑料 导热塑料 感光性塑料 医用高分子 离子交换树脂等 聚乙烯 PE 特点 原料来源丰富 价格低 发展速度非常快 是世界上产量最大的塑料树脂品种 目前的产量约占塑料树脂总产量的1 3 具有质轻 价廉和电绝缘性能好等特点 主要品种 高密度聚乙烯 HDPE 低密度聚乙烯 LDPE 等 聚丙烯 PP 性能 除具有聚乙烯质轻 价廉和电绝缘性外 其力学性能和耐热性能比聚乙烯要好得多 成型及制品 可以用挤出 注塑 吹塑 模压和真空成型等各种方法加工成型 但以注塑法成型为主 可用于制造各种包装与阻隔性薄膜 各种改性PP可用于汽车保险杠 编织带 吸塑薄片 棉纺粗纱管和低压配电箱等 三 塑料的种类1 热塑性通用塑料 聚氯乙烯 PVC 性能 具有良好的力学性能 耐化学腐蚀性和耐候性 缺点热稳定性差 成型及制品 PVC薄膜通常采用吹塑 压延法制造 板材 管材 棒材 线材及异型材以挤出法生产为主 大型板材 层合材料采用模压法成型 工业零件则多用注塑法成型 聚苯乙烯 PS 性能 熔点较低 约90 熔限较宽 其熔融充模流动性和加工成型性好 易染色 透光率仅次于有机玻璃 成型与制品 以注塑法为主 主要用于光学玻璃和仪器 灯罩 包装材料 零件 包装 保温及装潢泡沫材料等 2 热塑性工程塑料 ABS性能 突出的力学性能和良好的综合性能 尺寸稳定 容易电镀和易于成型以及优良的电绝缘性等优点 成型及制品 ABS可采用挤出 注射及冷加工的方法进行成型加工 ABS应用范围甚广 可用于制造齿轮 泵叶轮 轴承 把手 管道 电机外壳 仪表壳 冰箱衬里 汽车零部件 电气零件 纺织器材 容器 家具等 也可用作PVC等聚合物的增韧改性剂 有机玻璃 PMMA 具有良好的综合性能 尤其是光学性能非常好 缺点是硬度小 耐磨性及耐热性差 易脆裂 聚酰胺 PA 性能 尼龙的最大特点是韧性 耐磨性 自润滑性良好 成型及制品 尼龙可用多种方法成形 如注射 挤出 模压 吹塑 浇铸 硫化床浸渍涂覆 烧结及冷加工等 尼龙广泛地用于制造各种机械 电气部件 尤其是耐磨 耐腐蚀的零件 聚碳酸酯 PC 性能 PC的冲击韧性和延展性突出 在热塑性塑料中是最好的 PC的透光率为75 90 接近有机玻璃 成型及制品 注射 挤出 吹塑 压延 亦可粘合 焊接和冷加工等 PC在电气 机械 光学 医药等工业部门都有广泛应用 由于透明性好 目前PC已取代聚酯成为用量最大的光盘基体材料 聚甲醛 POM 性能 聚甲醛具有优异的力学性能 是塑料中力学性能最接近金属材料的品种之一 POM具有优良的耐疲劳性和耐磨性 耐疲劳性是热塑性工程塑料中最高的 成型及制品 注塑 挤出 吹塑 喷涂等 注塑是主要的加工方式 聚甲醛可代替金属和合金在汽车 机床 化工 电气 仪表中应用 用来制造轴承 凸轮 辊子 齿轮 垫圈 法兰 各种仪表外壳 容器等 特别适用于某些不允许用润滑油情况下使用的轴承 齿轮等 聚四氟乙烯 性能 聚四氟乙烯最突出的特点是耐化学腐蚀性极强 能耐王水及沸腾的氢氟酸 故有 塑料王 之称 应用 聚四氟乙烯广泛用于化工机械和容器的防腐 特别是作防腐衬里和涂层 还广泛用于耐磨密封 电绝缘等方面 3 热固性塑料 酚醛树脂 PF 木粉填充的PF塑料 俗称电木或胶木 大量用于制造普通电器开关 仪表外壳和旋钮等电器制品 电绝缘性和成形性好 成本低 环氧树脂环氧树脂除作塑料外 另外的重要应用是作胶粘剂 环氧树脂型胶粘剂有 万能胶 之称 环氧塑料的强度较高 韧性较好 尺寸稳定性高 耐久性好 具有优良的电绝缘性以及良好的成形工艺性 环氧胶粘剂是当前使用最广泛的粘结剂之一 由于体系中含有大量的环氧基团和羟基 因此具有优良的粘结能力 对大部分材料如金属 木材 玻璃 陶瓷 橡胶 纤维 塑料 皮革等都有很好的粘结作用 三 塑料的特性1 质地较轻密度约为铝的1 2 钢的1 3 2 力学性能优良比强度高 比刚度高 3 良好的耐蚀性能对酸 碱等化学药品均有抗腐蚀能力 4 优良的电气绝缘性能 5 优良的消音吸振性 6 突出的减摩 耐磨和自润滑性能 7 其它特殊性能 四 塑料的工艺性能易成型加工随温度的变化 热塑性材料可分为三种物理聚集状态 即玻璃态 高弹态和粘流态 热固性材料由于分子运动阻力大 不存在粘流态甚至高弹态 即遇热不熔 高温分解 图6 1 6非晶态聚合物的温度 应变曲线 Tb 脆化温度Tg 玻璃化温度Tf 粘流温度Td 分解温度 粘流态是塑料成型加工的温度范围 注射成型 压缩成型 压注成型 挤出成型 1 热塑性塑料工艺性 1 流动性 塑料融体在一定温度和压力作用下充填模腔的能力 流动性良好聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 尼龙等 流动性中等的聚苯乙烯 ABS 有机玻璃 聚甲醛等 流动性差的硬聚氯乙烯 聚碳酸酯 氟塑料等 2 收缩率 塑料的尺寸小于模具型腔约束尺寸 表6 1一般塑料在脱模后10小时内变化最大 48小时基本稳定 但最后稳定要经30 0天 收缩率和塑料的品种 塑件结构 模具结构 成型工艺有关 3 相容性 不同品种塑料在熔融状态下不产生相分离的现象 4 吸湿性 成型后塑件出现气泡 银丝与斑纹 加工前应干燥 5 热敏性 加热后分解2 热固性塑料工艺性 1 流动性 2 收缩率 3 比体积和压缩比 比体积 比容 单位质量的松散所占体积 压缩比 塑料的体积与塑件的体积之比 4 硬化速度 5 水分及挥发物质含量 a 加料 b 压制成型 c 顶出脱模1 自动加料装置2 料斗3 上模板4 阳模5 压缩空气上 下吹管6 阴模7 下模板8 顶出杆 图6 1 17热固性塑料模压成形工艺过程示意图 a b c 3 塑料常用的成型方法 注射成型 吹塑成型 热成型 挤塑成型 压缩成型和压注成型等1 压缩模塑 2 挤出成型挤出成型是使加热或未经加热的塑料 在挤出机的螺杆或柱塞的挤压作用下通过一定形状的口模而连续成型 所得制品为具有恒定断面形状的连续型材 如管材 板材 薄膜和中空制品 单螺杆挤出机结构示意图 成型设备挤出成型设备主要是挤出机和挤出模具 图6 1 18双螺杆挤出机结构示意图 图6 1 19同向平行双螺杆挤出机组 图6 1 20管材的挤出工艺示意图1 螺杆2 料简3 多孔板4 接口套5 机头体6 芯棒7 调节螺钉8 口模9 定径套10 冷却水11 链子12 塞子13 牵引装置14 夹紧装置15 塑料管材 3 吹塑成型 吹塑是用压缩空气使进入型腔的塑料型坯膨胀形成中空制品的方法 1 准备2 注射成形3 注射模开启4 吹塑成形5 制品脱模6 制品 图6 1 21注射吹塑成形工艺过程 4 注射成型 将粒状或粉状塑料加入到注射机的料筒 经加热熔化呈流动状态 然后在注射机的柱塞或螺杆快速而又连续的压力下 从料筒前端的喷嘴中以很高的压力和很快的速度注入到闭合的模具中 图6 1 22注射机 成型设备注射成型设备主要是注射机和注射模具 图6 1 23塑料注射机的组成 图6 1 24注塑机 成型特点注射成型是三维复杂塑料制品批量生产的主要方法 适用塑料和典型制品几乎所有的热塑性塑料 除氟塑料外 都可以来用注射成型 另外还有针对热固性塑科 如酚醛塑料 的注射成型 5 压延成型 压延成形是生产塑料薄膜和片材的主要方法 它是将接近粘流温度的物料通过一系列相向旋转着的平行辊筒的间隙 使其受到挤压和延展作用 成为具有一定厚度和宽度的薄片状制品 图6 1 25四辊倒L型压延机结构示意图 成形特点压延是一种专用于热塑性塑料的一次成型技术 其主要特点是 生产能力大 效率高 成型过程容易实现连续化和自动化 塑料在成型过程中发生热降解的危险性小 可制得带有各种花纹与图案的制品和多种类型的薄膜层合制品 适用塑料及典型制品各种热塑性塑料原则上均可采用压延技术成型 但目前工业上用量最大的压延塑料品种是聚氯乙烯 其次是聚乙烯 聚丙烯 改性聚苯乙烯 ABS和醋酸纤维素等塑料 用压延技术制造的主要产品是薄膜 片材和人造革 一 塑料件的尺寸及尺寸公差和表面粗糙度1 塑料件的尺寸及尺寸公差塑料件的尺寸受塑料流动性的制约和成型设备的影响 塑料件的尺寸精度是指成型的塑料件尺寸与图样的符合程度 1 影响塑料制品尺寸精度的因素 塑料的收缩率 成型工艺条件 模具的制造 安装精度及2 塑件的尺寸公差表6 2GB T14486 1993 工程塑料模塑料件尺寸公差标准 第二节塑料制品的结构要素与设计原则 标准将塑料件分为7个精度等级 给出了不受模具活动部分影响和受模具活动部分影响的尺寸公差 具体偏差可根据工程需要分配 参考表6 3合理选择精度等级 2 塑料件的表面质量塑料制品的表面质量 除了从工艺上考虑要尽可能避免云纹 冷疤等疵点外 主要从模具的表面粗糙度方面来考虑 一般而言 模具的表面粗糙度要比塑料制品的表面粗糙度低1 级 而塑件表面粗糙度一般推荐Ra0 2 3 2 m 表6 4GB T14234 1993 塑料件表面粗糙度标准 二 塑料件的几何形状1 塑件的壁厚应当合理且均匀图6 1塑件的壁厚一般在1 mm 热塑性塑料制品的壁厚可适当减小 壁厚过大 易产生气泡和凹陷 壁厚过小 充模困难 易变形 壁厚不均匀容易产生缩孔或凹痕 应力造成变形 表面转角处应圆角过渡3 必要时设置加强筋 图6 24 合理布置孔的位置 形状和大小 5 脱模斜度 图6 3内孔取40 1 外形取 0 45 三 塑料螺纹由于强度低 塑料螺纹一般选用较大的螺牙尺寸 直径较小时不要选用细牙螺纹 塑料螺纹的直径不易过小 成型的螺纹精度低 低于三级 旋合长度不大于螺纹直径1 5倍 为防止螺纹变形和崩裂 螺纹始端和末端应有台阶和过渡 在经常装卸和受力较大的地方应采用金属螺纹嵌件 卸制件时塑件须能止动 成型方法 1 内螺纹采用成型杆 2 外螺纹采用成型环 为提高效率可采用瓣合模 3 用软塑料成型的要