材料课件塑料的一次成型

塑料的一次成型★<一次成型>：塑料原材→粘流态→流动→成型→定型（冷却<热塑>、交联固化<热固>）→后处理

★<二次成型>：一次成型产品（片、管等）→高弹态→→成型→→定型、后处理★

一次成型工艺：①挤出（extrusion）；②注射（injection）；③模压（molding）；④压延（calendering）；⑤铸塑（casting）；⑥传递模（transfermolding）；⑦模压烧结（moldedsintering）；⑧泡沫塑料（foamplastic）Δ外力Δ1挤出成型（挤塑、挤压、模塑）★定义：借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热融化的塑料在压力推动下，强行通过口模而成为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。★种类：连续—螺杆挤出；

间歇—柱塞挤出。

★

适用范围：

原材料：热塑性、热固性（较少）

产品：管材、片材、线缆包覆等。1.1连续法挤塑的工艺过程及主要设备★挤出过程：挤压→→熔化→→强行通过口模→得到一定形状的制品。

（1）工艺及设备*工艺过程：原材料准备和干燥→→挤出成型→→定型→→牵引→→后处理*主要设备：挤出机

定径套牵引机

切割机冷却系统

卷取装置等Δ挤压（2）挤出机*基本结构：传动装置、加料装置、料筒、螺杆、机头与口模。A.螺杆：→→经过滤网到机头加料段（75%固态）、压缩段（固/液共存区）、均化段*选择螺杆应注意几个特征参数：直径（D）、长径比（L/D）、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与料筒的间隙等。

①直径（D）：D↑，加工能力↑。挤出机生产率∝D2，D通常为45~150mm；但L/D过大，物料可能发生热降解，螺杆也可能因自重而弯曲，功耗增大；L过小则塑化不良。L/D通常为18~25；②长径比（L<工作部分有效长度>/D）：L/D↑，改善物料温度分布，有利于混合及塑化，生产能力↑；④螺旋角（φ，螺纹与螺杆横断面的夹角）：φ↑，生产能力↑，对塑料的剪切作用和挤压力↓。通常φ=10~30o，若用等距螺杆，螺距=直径，则φ=17o41’；⑤螺槽深度（h）：h↓，剪切速率↑，传热效率↑，混合及塑化效率↑，生产率↓。故热敏性塑料（如PVC）宜用深螺槽，而熔体粘度低且热稳定性好的塑料（如聚酰胺等）宜用浅螺槽。③压缩比（螺杆加料段第一个螺槽与均化段最后一个螺槽的容积比）：压缩比↑，塑料受到的挤压作用↑；B.机头与口模：滤网、多孔板、分流器、模芯、口模和机颈等。★作用：机头将处于旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动，使塑料进一步塑化均匀，并导入口模。口模给予塑料熔体所需的形状。★组成：1.2挤出成型原理（1）固体输送（主要发生在加料段）

*依靠力：

压力流动拖曳流动*W.H.Darnell等认为，料筒与螺杆间的固体离子连续整齐地排列着，并塞满了螺槽，形成“弹性固体”。受力情况：Fs—

螺杆对固体塞的摩擦力，推力；Fb—

料筒对固体塞的摩擦力，阻力。

Fbz—Fb在Z轴方向上的分力。流动的的基本本条件件：Fbz>FsQ=V·vaQ—单位位时间间内固固体物物料的的流动动体积积；va—物料料前进进速度度；V—螺槽槽截面面积。。当Fbz=Fs=0时，物物料不不发生生任何何移动动；Fbz<Fs，螺杆杆带动动物料料转动动而不不移动动。其中：：N—螺杆杆转数数，Φ—展开开后的的螺线线角，，Φ+θθ=90o，l—螺杆杆转动动一周周物料料移动动距离离的轴轴向投投影。。，故，∴，故故N↑↑，D↑，，h↑↑，Q↑（2）熔化化过程程①整整个熔熔化过过程：：②一一个螺螺槽中中固体体物料料的熔熔化过过程：：固体物物料充充满螺螺槽→→→→→形形成成熔膜膜→→→→→→→→→→→→→→→→→螺螺纹纹刮下下熔体体进入入熔池池→→因因熔熔池中中的熔熔体挤挤压而而使固固体床床形变变，径径向加加厚，，固体体进入入熔膜膜以补补充熔熔体流流入熔熔池→→→→不不断往往复逐逐渐熔熔化。。（δ——螺杆杆与料料筒间间隙））热传导导当熔膜膜厚度度>δ（3））均化化段——熔熔体体输送送：设：Q1——送料料速率率；Q2——压缩缩段熔熔化速速率；；Q3—均均化段段挤出出速率率。当Q1≥≥Q2≥≥Q3，均均化段段为控控制区区，操操作平平稳；；若Q1<Q2<Q3，，供料料不足足。★流流态：：①正正流（（QD）；②②逆逆流（（机头头、口口模的的反压压引起起的反反压流流动，，QP）；③③横横流（（环流流，QT）；④④漏漏流（（QL）A.若若熔熔体为为牛顿顿型：：Q—挤挤出及及生产产率（（cm3/sec））；D—螺螺杆直直径（（cm）；；N——螺杆杆转速速（round/sec）；；h——均化化段螺螺槽深深度（（cm）；；ф——旋转转角（（o）；e—螺螺纹斜斜棱宽宽度（（cm）；；ΔP—均均化段段料流流压力力降（（kg/cm2）；δδ—螺螺杆与与料筒筒间隙隙（cm））；ηη—塑塑料熔熔体粘粘度（（kg·sec/cm2）；L—均均化段段长度度（cm））。Q=QD-（QP+QL）其其中，，，，*一一般QL值不大大，实实际计计算时时常略略去。。若令，，，，用机头头压力力P代代替ΔΔP，，则有有：Q=AN-B(P/ηη)→螺杆杆特征征曲线线。对对某一一特定定螺杆杆，A、B为常常数。。B.若若熔体体为非非牛顿顿型：：则式中，K—流流动常数，m—常数。。（4）螺杆和和机头的特征征曲线与挤出出机生产率之之间的关系①螺杆特征征曲线牛顿型熔体Q=AN-ΔP(B/η)非牛顿型熔体体Q=AN-B’K(ΔP)m→→Q~ΔP在一定的的N下绘出曲曲线。②机头特征征曲线牛顿型熔体Q=K(ΔP/η)非牛顿型熔体体Q=K’K(ΔP)m对圆管→→对不同同的D有不同同的Q~ΔP曲线。如图：∴N↑，Q↑；D↑，，Q↑。1.3挤出出成型工艺与与过程（自学学）*工艺过程：原原材料准备和和干燥→→挤出成型→→定型→→→牵引引→→后后处理针对课本P124/式6-5讨论θθ角、φ角与与Q的关系。。看是否能得得出课本上的的结论，并解解释理由。作业：2注射成成型2.1注射射成型的含义义：注射成型就是是将塑料(一一般为粒料)在注射成型型机的料筒内内加热熔化，，当呈流动状状态时，在柱柱塞或螺杆加加压下熔融塑塑料被压缩并并向前移动，，进而通过料料筒前端的喷喷嘴以很快速速度注入温度度较低的闭合合模具内，经经过一定时间间冷却定型后后，开启模具具即得制品。。这种成型方法法是—种间歇歇操作过程。。2.2注塑塑机的基本结结构及工作原原理（1）注塑机机的基本结构构注射系统：塑化、注射。。（包括：加料料装置、料筒筒、螺杆（分分流梭和柱塞塞）、喷嘴））锁模系统：注射时，保证证模具闭合；；取制品时，，保证模具打打开。模具具：给制品一定的的形状和尺寸寸。（包括：主流流道、分流道道、浇口、型型腔、排气孔孔（槽）、导导向零件、脱脱模装置、抽抽芯机构、加加热或冷却系系统）卧式柱塞式注注塑机分流梭喷嘴卧式螺杆式注注塑机锁模系统模具具★注意：①分流梭———在螺杆注注射机中是没没有的；②螺杆：注注塑螺杆与挤挤出螺杆的区区别。③螺杆和柱柱塞的双重功功能：i）推推挤——活塞塞；ii）挤挤压塑化。（2）工作原原理塑化——充模——保压——冷却——脱模2.3影响注塑的因因素*注塑核心心：塑化的好好不好？又无无均匀充满模模具的型腔？？有否充分冷冷却？*相应的影影响因素：a.料温：：料筒末端温度度：Tf（Tm）~Td之间；b.注射压压力：c.注射周周期和注射速速度：快速注射与慢慢速注射e.模具温温度：d.保压时时间：3压制成型型层压成型：以以片状材料作作填料，通过过压制成型得得到层压材料料的成型方法法。模压成型：又又称压缩模塑塑；即将粉状状、粒状、碎碎屑状或纤维维状的塑料放放入加热的阴阴模模槽中，，合上阳模后后加热使其熔熔化，并在压压力作用下使使物料充满模模腔，形成与与模腔形状一一样的模制品品，再经加热热(使其进一一步发生交联联反应而固化化)或冷却〔〔对热塑性塑塑料应冷却使使其硬化〕，，脱模后即得得制品。（主要用于热热固性材料及及大型制件））压机结构（1）模压成成型工艺：加料→合合模→加加热熔化→→加压充模模→固化化→退模模→后处处理*物态：固固态→熔熔化态→固固态（2）模压成成型的工艺特特性和影响因因素：*特点：加加压预成型→→熔化→→加压充充模→固固化成型*影响因素素：①温度——T↑，，交联反应速速度↑，固化化时间↓，模模压周期↓。。▲温度过高高的缺点：a.固化太快快易充模不足足；b.易引引起物料分解解变色；c.外层固化较较内层快，内内层挥发份难难以排除。模压成型工艺艺（3）层压成成型工艺②模压压力力——P↑，，物料流动性性↑，制品密密度↑，收缩缩率↓，性能能↑。▲但压力过过大，则模具具寿命↓，设设备功耗↑。。③模压时间间——模压时时间短，则物物料固化不完完全(欠熟)，制品物理理机械性能差差，外观无光光泽，脱模后后易变形；模模压时间过长长，则会使塑塑料“过熟””，成型周期期↑，生产率率↓，功耗↑↑，制品收缩缩率↑，性能能↓。*工艺过程程：填料浸胶胶→浸胶胶材料干燥→→压制成成型4压延成型型（主要用于热热塑性非晶态态塑料）（1）压延成成型的含义：：将已经塑化的的接近粘流温温度的热塑性性塑料通过一一系列相向旋旋转着的水平平辊筒间隙，，使物料承受受挤压和延展展作用，成为为具有一定厚厚度、宽度与与表面光洁度度的薄片状制制品。（2）压延设设备：压延机（主要要结构：机体体、辊筒（有有加热冷却功功能）、辊筒筒轴承、辊距距调整装置、、档料装置、、切边装置、、传动系统、、安全装置和和加热冷却装装置等。）压延机辊筒排排列（3）压延工工艺过程：（供料阶段））（压延阶段））捏合→塑化→供料→压延→牵引→刻花→冷却定型→输送→切割、卷取①人造革的的生产人造革就是以以布(或纸)为基材，在在其上复以聚聚氯乙烯糊的的一种复合材材料。刮涂法：将聚聚氯乙烯糊涂涂于布(或纸纸)上。不属属于压延技术术。压延法：压延法：通过过辊压方式将将熔态聚氯乙乙烯复合于布布(或纸)上上。擦胶法：上、、中、下三辊辊转速比=1:(1.3~1.5):1贴胶法：上、、中、下三辊辊转速比=1：1：1擦胶法原理图图②软质聚氯氯乙烯薄膜的的生产混合→预预塑化→塑塑化→压压延→冷冷却→卷卷取5其它成型型方法（1）铸塑成成型*分类：静静态铸塑、嵌嵌铸、离心铸铸塑、流涎成成膜、搪塑和和滚塑等。*工艺流程程：配制浇铸铸液→过过滤及除泡→→浇铸→→聚合→→后处理理和后加工*优缺点：：优点：设备较简单，，成型时不需需加压，对制制品的尺寸限限制较少，制制品的内应力力低，质量良良好；缺点：成型周期较长长，制品的尺尺寸准确性较较差等。①静态铸塑塑（浇铸）：：用液状单体、、部分聚合或或缩聚的浆状状物、以及聚聚合物与单体体的溶液等，，将其与催化化剂(有时为为引发剂)促促进剂或固化化剂一起倒在在模腔中，使使其完成聚合合或缩聚反应应，从而得到到与模具型腔腔相似的制品品。*工艺流程程：原料配制制与处理→→浇铸入模模→硬化或或固化→制制品后处理理*常用原料料：聚甲基丙丙烯酸甲酯、、聚苯乙烯、、碱催化聚己己内酰胺、有有机硅树脂、、酚醛树脂、、环氧树脂、、不饱和聚酯酯、聚胺酯等等。*典型产品品：有机玻璃璃。②嵌铸:又称封入成型型。即在浇铸铸的模型内放放入一预先经经过处理的样样品（或零件件），然后将将准备好的浇浇铸原料倾入入摸中，在一一定的条件下下硬化（或固固化）后，样样品（或零件件）便包嵌在在塑料中。*常用原料料：透明性好好的丙烯酸酯酯类塑料及有有机硅、不饱饱和聚酯、环环氧树脂等。。③离心浇铸铸：将塑料原料浇浇铸入高速旋旋转的模具或或容器中，在在离心力的作作用下，使其其充满回转体体型的模具或或容器，再使使其硬化定型型而得的制品品。*与普通浇浇铸成型的区区别：模具要要求转动。优优点：宜于生生产薄壁或厚厚壁的大型制制品，精度更更高，后加工工量少；缺点点：设备较复复杂。*常用原料料：热稳定性性较好的热塑塑性塑料如聚聚酰胺、聚烯烯烃等。*典型产品品：圆柱形或或近似圆柱形形的制品，如如大型管材、、轴套、垫圈圈、滑轮、转转子、齿轮等等。④流涎成成膜：将热塑性塑塑料与溶剂剂等配成一一定粘度的的胶液，然然后以一定定速度流布布在连续回回转的基材材（一般为为无接缝的的不锈钢带带）上，通通过加热排排除溶剂成成膜的成型型方法。*产品：：流涎薄膜膜。薄膜的的宽度取决决于钢带的的宽度，长长度可以是是连续的，，厚度取决决于胶液的的浓度和钢钢带的运动动速度等。。*优缺点点：优点：薄膜厚度小小（可达5—10微微米）且厚厚薄均匀、、不易带入入机械杂质质、透明度度高，内应应力小，光光学性能好好；缺点：生产速度慢慢，需耗用用大量溶剂剂，设备昂昂贵、成本本较高。（2）模压压烧结成型型*主要用用于聚四氟氟乙烯和超超高分子量量聚乙烯等等树脂的成成型。（原料特点点：粘流温温度过高，，甚至超过过分解温度度。）①定义：：模压烧结法法是将粉末末状的聚四四氟乙烯等等原料冷模模压成密实实的各种形形状的预成成型品（锭锭料），然然后将预成成型品加热热到高于其其结晶熔点点以上的温温度，使树树脂颗粒互互相熔结，，形成一密密实的连续续整体，最最后冷至室室温即得产产品。②工艺流流程：选择树脂→→捣碎碎过筛→→加料预预成型→→烧结→→冷却却→成成品检验和和后处理（3）传递递模塑①定义：：又称传递成成型或注压压成型。是是将热固性性塑料置一一加料室内内加热熔化化后，借助助于压力使使塑料熔体体通过铸口口进入模腔腔成型的一一种作业。。②分类：：活板式（最最常用）、、罐式、柱柱塞式。③工艺流流程：固体原材料料熔化→→加压流流动（注模模）→固固化成型④优缺点点：优点：可生产外形形复杂，薄薄壁或壁厚厚变化很大大、带有精精细嵌件等等的制品，，并能提高高制品的精精度，缩短短成型周期期。且成型型温度较低低；缺点：成型压力较较高，模具具结构较复复杂，成型型浪费较大大；且工艺艺条件严格格，操作技技术要求高高。（4）泡沫沫塑料的成成型*泡沫塑塑料是以气气体物质为为分散相以以固体树脂脂为分散介介质所组成成的分散体体；它是一一类带有许许多气孔的的塑料制品品。*泡沫塑塑料的分类类：i）按按照气孔的的结构不同同开孔（孔与与孔是相通通的）闭孔（各个个气孔互不不相通）ii）而按按成品硬度度：软质、硬质质和半硬质质*主要原原料：热塑塑性或热固固性塑料均均可。主要要有聚氯乙乙烯、聚乙乙烯、聚苯苯乙烯、聚聚胺脂、脲脲醛树脂等等。*发泡方方法：机械械法、物理理法、化学学法。①机械械法：用强烈的搅搅拌将空气气卷入树脂脂液中，先先使其成为为均匀的泡泡沫物，而而后再通过过物理或化