第3.2章-高分子材料成形工艺

第三章高分子材料成形工艺§1高分子材料简介

§2塑料成形工艺

§3橡胶成形工艺

§4薄膜成形工艺

高分子材料：相对分子质量大于10000的高分子化合物为主要成分，与各种添加剂配合，经加工而成的有机合成材料。

分类：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料

质量轻、耐腐蚀、电绝缘、易加工。§1高分子材料简介（1）高分子链的化学组成

（2）高分子链的形态（3）高分子链中结构单元的键连接方式（4）高分子链的空间构型（5）高分子链的构象及柔顺性1.高分子链的结构2.高分子的聚集态结构一、高分子化合物的结构§1高分子材料简介（1）高分子链的化学组成

A．碳链高分子—C—C—C—C—C—或—C—C＝C—C—。侧基多样，产量最大、应用最广。B．杂链高分子—C—C—O—C—C—，—C—C—N—C—C—，—C—C—S—C—C—。

杂原子的存在改变聚合物的性能。侧基简单。C．元素有机高分子

主链由无机元素硅、钛、硼等和有机元素氧组成，如：—O—Si—O—Si—O—。

侧基为有机基团。有机基团使聚合物具有高的强度和弹性；无机原子则能提高耐热性。A．线型分子链分子链呈细线条状，可由直线、螺旋型、折叠形等形状，通常卷曲成线团状。弹性、塑性好，硬度低——热塑性材料B．支链型分子链大分子主链上连接着相当数量的长短不一的支链。高聚物的性能和加工接近线型分子链。——热塑性材料C．体型分子链分子链之间通过化学键相互连接形成交联结构，在空间呈三维网状。硬度高、脆性大、无弹性和塑性——热固性材料

a）线型；b）带有支链;

c）体型（2）高分子链的形态A．头—头（尾—尾）连接：

B．头—尾连接

C．共聚物中单体的连接方式

（3）高分子链中结构单元的键连接方式

无规共聚；交替共聚；嵌段共聚；接枝共聚（4）高分子链的空间构型

空间构型：高分子中由化学键所固定的原子在空间的排列方式。1）全同立构取代基R全部处于主链的同侧。2）间同立构

取代基R相间地分布在主链的两侧。3）无规立构

取代基R在主链的两侧无规则的分布。（5）高分子链的构象及柔顺性

单键内旋转：每一个单键围绕相邻单键按一定角度进行旋转。

构象：由于单键内旋转所引起的原子在空间占据不同位置所构成的分子键的各种形象。

柔顺性：大分子链改变构象时而卷曲，时而伸展的特性。

单键的内旋转示意图2.高分子的聚集态结构

聚集态结构：高分子内部大分子链的几何排列和堆砌结构。晶态部分在高聚物中所占质量分数或体积分数为结晶度。结晶度越高，分子间作用力越强，聚合物的强度、刚性、硬度越高，但与链活动有关的性能如弹性、伸长率、韧度越低。

a）晶态；b）部分晶态；c）非晶态二、高分子材料的物理状态§1高分子材料简介玻璃态(T<Tg)：聚合物分子链冻结，具有较好强度、受力只产生很小弹性变形高弹态(Tg<T<Tf)：聚合物分子链部分链锻解冻，在外力作用下产生较大弹性变形粘流态(T>Tf)：聚合物分子链完全解冻，很小的外力产生明显的塑性变形高聚物有几种物理状态，塑料与橡胶分别在什么物理态下加工，什么物理态下使用？

三、高分子材料的分类（自学）1．分类

1）按合成反应：加聚聚合物和缩聚聚合物。

2）按高聚物的热性能及成型工艺特点：热固性和热塑性。加热加压成型后，不能再熔融或改变形状的高聚物称为热固性高聚物。相反，加热软化或熔融后，冷却固化的过程可反复进行的高聚物称为热塑性高聚物。

3）按用途：塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。§1高分子材料简介四、常用的高分子材料1.塑料：以合成树脂为基本原料，加入各种添加剂制得的在室温下呈玻璃态的聚合物。

2.橡胶：提取橡胶树、橡胶草等植物的胶乳加工后制成的室温下处于高弹态的聚合物。3.纤维：长度与直径之比大于100甚至1000，有一定柔韧性的物质。§1高分子材料简介（1）塑料的分类

1）根据塑料中树脂的分子结构及热性能分类

①热塑性塑料：加热软化或熔融后，冷却固化的过程可反复进行的高聚物。如聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、有机玻璃、尼龙等；②热固性塑料：加热加压成型后，不能再熔融或改变形状的高聚物。如酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂塑料等。塑料2）根据塑料性能及用途分类①通用塑料：非结构材料，产量大、用途广、价格低、性能一般的常用塑料；—生活用品、包装材料、小型零件等。②工程塑料：工程技术中用作结构材料的塑料，具有较高的机械强度、耐磨性、耐腐蚀性、自润滑性及尺寸稳定性等。—机械制造、轻工、电子、导弹、原子能等。

塑料（1）橡胶材料的组成

1）生胶：

没有加工过的原料橡胶包括天然橡胶和丁苯、顺丁、氯丁等合成橡胶。2）再生胶：

经热、机械、化学塑化处理过的硫化胶用废旧橡胶制品和硫化胶边角料经再生处理制成的能重新加工的橡胶。用做橡胶稀释剂、增量剂等配合剂。3）配合剂

加到橡胶或胶乳中以形成混合物的物质。提高橡胶制品的使用性能和改善加工工艺性能。如硫化剂、增塑剂、塑解剂、填料、防老化剂、着色剂等。4）增强材料

增加橡胶制品的强度并限制其变形。如纤维织品、帘布及钢丝等，如轮胎中的帘布。橡胶（2）橡胶的分类

1）按原料来源：

天然橡胶：以天然橡胶树的乳液，经过凝固、干燥、压制成片状生胶，再经硫化处理后制成可以使用的橡胶制品。合成橡胶：用人工的方法将单体聚合而成的。2）按应用范围通用橡胶：天然橡胶以及能够用来代替天然橡胶制造轮胎、工业用品、日常生活用品和其它大宗橡胶制品的合成橡胶；

特种橡胶：在特殊条件（如高温、低温、酸、碱、油、辐射等）下使用的橡胶材料。橡胶

人造纤维：利用自然界中纤维素或蛋白质作原料，经过化学处理与机械加工制得的纤维；

合成纤维：利用煤、石油、天然气、水等不含天然纤维的物质作为原料，经过化学合成与机械加工等制得的纤维。人造纤维合成纤维纤维天然纤维：棉花、羊毛、蚕丝、麻等化学纤维纤维一、塑料的工艺性能（自学）

1.收缩性2.流动性3.热敏性4.吸水性5.硬化性§2塑料的成形工艺二、塑料成形方法

塑料成形：将原料（树脂与各种添加剂的混合料或压缩粉），在一定温度和压力下塑制成一定形状的制品的过程。

塑料加工：将成型后的塑料制品再经后续加工（如机械加工等）制成成品零件的工艺过程。

§2塑料的成形工艺注射成形挤出成形压塑成形压注成形压延成形塑料成形§2塑料的成形工艺（1）注射成形（注塑成形）

（1）注射成形（注塑成形）

工艺特点及应用

占塑料成形的20％～30％制品尺寸精确，可以生产形状复杂、壁薄和带金属嵌件的塑料制品。可实现高度机械化、自动化生产，生产率高。大批量生产，几乎适用于所有热塑性塑料。（1）注射成形（注塑成形）

将熔融的塑料通过螺杆的旋转推动力，通过模孔连续挤出，冷却固化后得到具有恒定截面的制品。（2）挤出成形（挤塑成形）

（2）挤出成形（挤塑成形）

挤出成形工艺特点及应用

挤出制品占热塑制品的40%-50%设备简单，操作方便，生产过程连续，生产效率高，工艺适应性强，用途广，成本低。塑件内部组织均衡紧密，尺寸稳定准确。制品断面形状较简单且精度低，需二次加工。用于热塑性塑料型材生产，如管材、板材、薄膜、异型材、电线电缆包覆物和中空制品等。（2）挤出成形（挤塑成形）

（3）压塑成形（模压成形）a）加料；b）压缩；c）制品脱模粉状、粒状、片状塑料—放入模具—加热软化熔融—在压力下充模—交联固化—开模—制品压塑成形工艺特点及应用模具结构简单，可成形流动性差的物料及大面积的薄壁制品。内部取向组织少，塑件收缩率小，制品性能均匀。成形周期长，生产效率低、劳动强度大，塑件精度难以控制，模具寿命短，不易实现自动化生产。主要用于热固性塑料，特别适于形状复杂或带有复杂嵌件的制品，如电器零件、仪表壳、电闸板、电器开关、插座或生活用具等。（3）压塑成形（模压成形）在压塑成形基础上发展起来的一种热固性塑料的成形方法。模具闭合—热固性塑料放入加料室—受热熔融—塑料在压力下经浇注系统充满型腔—固化成形—开模取件（4）压注成形（4）压注成形图3-18压注成形过程a)塑料（预压锭）加入；b)闭合的型腔；c)取出塑件1-柱塞；2-加料腔；3-上模板；4-凹模；5-型芯；6-型芯固定板；7-下模座；8-浇注系统；9-塑件压注成形工艺特点及应用塑料在型腔内预先受热熔融，在压力作用下注入型腔，塑件的密度和强度高。加料前模具完全闭合，塑料飞边薄，尺寸精确，质量较高。可成形深孔、形状复杂、带精细嵌件的塑件。（4）压注成形

（5）压延成形塑料加热塑化后通过一系列相向旋转的辊筒之间，受挤压和延展作用成为平面状连续材料压延成形工艺特点及应用生产效率高、产品质量好，且可直接制出各种花纹和图案。设备庞杂、维修复杂，且制品宽度受限制。用于各类热塑性塑料，主要产品有薄膜、片材和人造革等。

（5）压延成形

（5）压延成形2.塑料加工

塑料加工：将模塑制件、棒材、管材、片材、挤出型材或其它形状材料，通过适当操作如机加工和装配制成制品。是塑料成形后的再加工，亦称二次加工，将成形后的塑件通过适当的工艺方法制成制品。§2塑料的成形工艺机械加工连接加工表面处理吹塑成形塑料加工2.塑料加工

1.机械加工采用钻、磨、铣、车削等机械加工方法的二次加工操作。

2.连接加工采用焊接、粘接、机械连接等方法，使塑料型材或零件固定在一起。可以将小而简单的构件组合成大而复杂的构件。

3.表面处理对塑料制品表层修整和装饰，以改变塑料零件的表面性质，提高其抗老化、耐腐蚀能力的加工方法，也可起着色装饰作用。

4.吹塑成形

用于制造空心塑料制品的成形工艺。

2.塑料加工吹塑成形：在压缩空气作用下，使闭合在模具中的熔融塑料发生膨胀变形，然后经冷却定型获得中空制品。中空吹塑成形加工方法：挤出－吹塑、注射－吹塑、拉伸－吹塑等。吹塑成形方法吹塑原理图吹塑机吹塑模具吹塑制品①挤出管坯进入开启的两瓣模具之间；②模具闭合夹住管坯，将吹塑口插入管坯一端，管坯另一端被切断；③通入压缩空气吹胀管坯，成型制品；④冷却后启模取出制品，切除余料。挤出－吹塑工艺过程

一、橡胶的工艺性能（自学）1．流动性：一定温度、压力作用下，能够充满型腔各个部分的性能。2．流变性：胶料的粘度随剪切速率的升高而降低的特性。3．硫化性能：橡胶用交联剂（硫磺）进行交联，生成立体网状结构，赋予橡胶弹性。

4．热物理性能：热导率、热扩散率、比热容等。§3橡胶的成形工艺二、橡胶加工的工艺过程

生胶的塑炼胶料的混炼橡胶成形制品的硫化

§3橡胶的成形工艺塑炼塑炼：通过热、氧、机械力或化学试剂的作用使生胶由强韧性的弹性状态转变为柔软的可塑性状态，从而使弹性材料增加流动性的工艺过程。塑炼后易于配合剂混合，并便于成形加工。图3-20开炼机结构混炼混炼：将塑炼胶和各种配合剂，用机械方法使之完全均匀分散的过程。配合剂：改善橡胶的加工性能及制品性能。混炼设备：开炼机和密炼机。成形成形：将混炼胶制成所需形状、尺寸和性能的橡胶制品的过程。

压延成形、模压成形、挤出成形和注射成形

硫化

硫化：通过改变橡胶的化学结构（交联）而赋予橡胶弹性，或改善、提高并使橡胶弹性扩展到更宽温度范围的工艺过程。硫化使橡胶各部位组织不同程度地形成了空间网状结构，使混炼胶变为高弹性或硬质的硫化胶，从而获得更完善的物理、化学和力学性能，拓宽应用范围。压延成形模压成形挤出成形注射成形橡胶成形§3橡胶的成形工艺三、橡胶成形方法1．压延成形

胶料混炼—进入对转辊筒—利用两辊筒间挤压力，使胶料产生塑性延展变形—制成具有一定断面尺寸、厚度和几何形状的片状或薄膜状制品

§3橡胶的成形工艺分为两个阶段：供料阶段和压延阶段1．压延成形经过四辊压延机的第一道辊隙，物料压延成料片，然后依次通过第二道和第三道辊隙而逐渐被挤压和延展成厚度均匀的薄层材料。最后由引离辊承托而撤离压延机，并经拉伸，若需制品表面有花纹，则进行轧花处理，再经冷却定型、测厚、切边、输送后，由卷绕装置卷取或切割装置切断成品。1．压延成形压延成形工艺特点及应用生产过程连续，生产效率高；制品厚度尺寸精确、表面光滑、内部紧实；工艺条件控制严格、操作技术要求高。用于制造胶片和胶布等。包含加料、闭模、硫化、脱模及模具清理等步骤。橡胶半成品下料后置于模具—合模—加热加压—胶料塑性流动充满型腔—硫化—脱模、修边—得到制品

橡胶模压成形工艺流程2．模压成形胶料在挤出机中塑化和熔融，并在一定的温度和压力下连续均匀地通过机头模孔挤出成为具有一定的断面形状和尺寸的连续材料。

胶料挤出过程

3.挤出成形

挤出成形工艺特点及应用设备结构简单、操作简便、生产效率高、工艺适应性强。制品断面形状较简单且精度较低。用于成形轮胎外胎胎面、内胎胎筒和胶管等。

3.挤出成形

将胶料直接从机筒注入闭合模具硫化的生产工艺。

4.注射成形注射成形工艺特点及应用能一