第八章 高分子材料成形工艺

主讲人：于美杰副教授Tel：88396181Email：yumeijie@

工程材料与机械制造基础第八章高分子材料成形工艺本章基本要求高分子材料的成形原理塑料零件的结构工艺性塑料和橡胶的成型工艺第八章目录

第一节高分子材料成形原理第二节塑料成形工艺第三节橡胶成形工艺第四节薄膜成形技术简介第五节高分子材料快速成形方法

第一节高分子材料成形原理Formingtheoryofpolymers

1.1高分子材料又称高聚物，包括：塑料橡胶合成纤维胶粘剂、涂料高分子的结构线型分子链支链型分子链体型分子链（网状或交联型）均以共价键相联第一节高分子材料成形原理Formingtheoryofpolymers1.3高聚物的物理状态高聚物在不同温度下呈现出不同的物理状态线形非结晶高聚物随温度变化呈现三种状态：玻璃态

(glassstate)高弹态

(highelasticitystate)粘流态

(viscousflowstate)Tx－脆化温度；Tg－玻璃化温度Tf－粘流温度；Td－分解温度第一节高分子材料成形原理Formingtheoryofpolymers

玻璃态分子链冻结可产生很小的弹性变形对塑料而言，Tg越高越好高弹态部分链段解冻会产生较大的弹性变形对橡胶而言，Tg越低越好粘流态分子链完全解冻分子链间的相对滑动导致塑性变形是高聚物加工成型的状态第二节塑料成形工艺塑料的组成（树脂＋添加剂）树脂：是塑料的主要成分，决定塑料的类型和性能，大多数塑料以树脂命名，如PVC（聚氯乙烯）热固性树脂：酚醛树脂、环氧树脂热塑性树脂：聚乙烯、聚苯乙烯、尼龙添加剂填充剂：调整性能、减少树脂用量、降低成本增塑剂：降低软化温度、便于成形稳定剂染料固化剂（针对热固性塑料）第二节塑料成形工艺塑料的性能物理性能：密度小、绝热、不耐热、绝缘化学性能：耐蚀性好，如PTFE力学性能：强度、刚度、韧度都较低，但减摩性好。粘弹性：形变与外力不同步蠕变:在应力保持恒定的情况下，应变随时间延长而增加。应力松弛：在应变保持不变的情况下，应力的不断降低。第一节高分子材料成形原理Formingtheoryofpolymers高聚物的成形性能塑料收缩性流动性热敏性：热稳定性，降解、变色吸水性硬化特性：热固性树脂交联反应熔体弹性：挤出胀大

橡胶流动性流变性：胶料粘度随剪切速率升高而降低。硫化性热物理性能熔体弹性第二节塑料成形工艺塑料的分类和成形方法热塑性：聚氯乙烯、聚苯乙烯、有机玻璃、尼龙热固性：酚醛、环氧、呋喃塑料、有机硅塑料等成形方法注射成形（注塑成形）压塑成形（压缩、模压、压制）挤出成形（挤塑成形）压注成形压延成形吹塑成形PMMAFormingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺注射成形（注塑）将颗粒状态或粉状塑料从注射机的料斗送进加热的料桶中，经过加热熔融塑化成为粘流态熔体，在注射机柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过喷嘴注入模具型腔，经一定时间的保压冷却定型后可保持模具型腔所赋予的形状，然后开模分型获得成形塑件。Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺

螺杆式注射机结构示意图1－注射液压缸；2－料斗；3－螺杆；4－加热器；5－喷嘴；6－定模固定板；7－模具；8－拉杆；9－动模固定板；10－合模机构；11－合模液压缸。Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺注射成形（注塑）特点生产率高、自动化大批量尺寸精确形状复杂应用热塑性塑料的主要成形方法之一形状复杂、薄壁制品占塑料制品总产量的20～30％Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺压塑成形（压缩、模压、压制）将粉料、粒状或片状塑料放在金属模具中加热软化熔融，在压力下充满模具成形，塑料中的大分子产生交联反应而固化转变成为具有一定形状和尺寸的塑料制件。Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺压塑成形特点采用普通液压机模具简单成形收缩率小取向组织少周期长、生产效率低、自动化程度低精度低、模具寿命短应用主要用于热固性塑料适用于形状复杂或带有复杂嵌件的制品电器零件、仪表壳、电闸板、电器开关、插座等Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺挤出成形（挤塑成形）使加热或未经加热的塑料借助螺杆的旋转推进力通过膜孔连续地挤出，经冷却凝固而成为具有恒定截面的连续成形制品的方法。挤出成形示意图1－螺杆冷却水入口；2－料斗冷却区；3－料斗；4－料筒；5－料筒加热器；6－螺杆；7－多孔板；8－机头（挤出模）；9－机头加热器；10－定径套；11－冷却装置；12－压缩空气堵头；13－牵引装置；14－切断装置；15－管材。Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺挤出成形特点生产过程连续、生产效率高工艺适应性强设备简单、操作方便用途广泛成本低塑料内部组织均衡紧密、尺寸稳定准确断面形状简单应用占塑料制品的40～50％Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺压注成形在改进压缩成形的基础上发展起来的一种热固性塑料的成型方法。模具闭合后，将塑料（预压锭）加热以加热到一定温度的模具加料腔中，使其受热熔融，在柱塞压力作用下，塑料熔体经过模具浇注系统注入并填满闭合的型腔，塑料在型腔内继续受热受压而固化成形，最后打开模具取出塑件。特点和应用尺寸精度比压塑高制品密度和强度较高带有深孔或形状复杂的塑件Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺

压延成形使加热塑化的物料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的成形方法。特点和应用生产效率高、产品质量好可直接生产出各种花纹和图案设备庞杂、制品宽度受限用于热塑性塑料薄膜、板材、人造革Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺吹塑成形（中空吹塑、吹塑膜塑）借助流体压力使闭合在模具中的热容塑料型坯吹胀形成空心制品的工艺。根据型坯的生产特征不同，包括挤出吹塑、注射吹塑和拉伸吹塑等。其生产过程都是由型坯的制造和型坯的吹胀组成。Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺塑料的加工机械加工连接加工表面处理典型模具结构注射模具压塑模挤出模压注模Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺

热塑性塑料Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺

热固性塑料Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺

热塑性塑料Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺

热固性塑料Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺塑料件的结构工艺性Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺塑料件的结构工艺性缩孔筋板Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺塑料件的结构工艺性Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺塑料件的结构工艺性Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺塑料件的结构工艺性Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺塑料件的结构工艺性Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺塑料件的结构工艺性Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺塑料件的结构工艺性Formingtechniquesofplastics第二节塑料成形工艺Formingtechniquesofplastics塑料件的结构工艺性第三节橡胶成形工艺第三节橡胶成形工艺橡胶室温下具有高弹性的高聚物当施加外力时有很大的变形,外力去除后能迅速复原,永久变形极小,伸长率可达100~1000%,又称”弹性体”橡胶制品：轮胎、胶管、胶带、密封圈等应用：用作弹性材料、密封材料、减震材料、传动材料。第三节橡胶成形工艺橡胶组成：(生胶／再生胶)＋配合剂＋增强材料生胶：没有加工过的原料橡胶，天然橡胶、合成橡胶再生胶：经热、机械、化学塑化处理过的硫化胶，通常指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。配合剂：包括硫化剂、增塑剂、塑解剂、填料、硫化促进剂、防老化剂增强材料：纤维织品、帘布、钢丝等。锦湖轮胎第三节橡胶成形工艺常用橡胶材料天然橡胶：从三叶橡胶树等植物中采集天然胶乳，经过凝固、干燥、加压等工序制成的片状生胶优点：优异的弹性、耐磨性、耐碱性缺点：耐油和溶剂性差、不耐老化、不耐高温（<110℃)合成橡胶：以石油、煤为原料制备单体，经聚合反应合成。通用橡胶：量大、面广，性能与天然橡胶类似丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶等特种橡胶：耐高、低温的硅橡胶耐油的聚硫橡胶、丁腈橡胶耐腐蚀的氟橡胶第三节橡胶成形工艺Formingtechniquesofrubber橡胶加工的工艺过程凡是天然橡胶和合成出的橡胶统称为生胶，大多数生胶需要经过塑炼后加入各种配合剂混炼、然后才能加工成形，再经硫化处理制成各种橡胶制品。

配合剂第三节橡胶成形工艺Formingtechniquesofrubber塑炼：目的：①减小弹性，提高可塑性；②降低分子量，粘度，改善流动性；③提高胶料溶解性和成型粘着性。工艺：生胶在氧（或塑解剂）和加热情况下，在机械挤压、辊轧（剪切作用）或化学作用下，生胶分子链断链，适当降低高聚物的分子量，使弹性生胶转变为可塑状态的加工工艺过程。50～100万第三节橡胶成形工艺Formingtechniquesofrubber塑炼设备：开方式炼胶机（开炼机）优点：设备简单、成本低缺点：劳动强度大、环境污染、安全性差密闭式炼胶机（密炼机）优点：自动化程度高，生产效率高，节能，劳动强度低；缺点：温度高，冷却困难，易过炼，出料为无定形状，需要配备相应的压片机。第三节橡胶成形工艺Formingtechniquesofrubber塑炼设备：开炼机密炼机第三节橡胶成形工艺Formingtechniquesofrubber混炼：目的：为了提高橡胶制品的使用性能，改进橡胶的工艺性能和降低成本，必须在生胶中加入各种配合剂。工艺：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。混炼设备：开炼机和密炼机第三节橡胶成形工艺Formingtechniquesofrubber

第三节橡胶成形工艺Formingtechniquesofrubber成形：将混炼胶制成所需形状和尺寸压延成形、模压成形、挤出成形、注射成形（同塑料）硫化：通过改变橡胶的化学结构（线形分子链→网状交联）而赋予橡胶弹性，或改善、提高并使橡胶弹性拓展到更宽的温度范围。硫化剂在混炼时加入，但混炼过程中未发生硫化。硫化工艺在制品成形后进行。硫化条件：温度140～180℃，一定压力;或过饱和蒸汽,常压.第三节橡胶成形工艺Formingtechniquesofrubber

压延成形经过混炼的胶料通过专用的压延设备上两对转辊筒，利用两辊筒之间的挤压力，使胶料产生塑性延展变形，制成具有一定截面尺寸规格、厚度和几何形状的片状或薄膜状聚合物或使纺织材料、金属材料表面实现挂胶的工艺过程。特点连续生产、生产率高尺寸精确、表面光滑、内部紧实应用胶片和胶布第三节橡胶成形工艺Formingtechniquesofrubber

第三节橡胶成形工艺Formingtechniquesofrubber

模压成形将预先压延好的橡胶半成品按一定规格下料后置于压制模具中，合模后在液压机上按规定的工艺条件压制，在加热加压的条件下，使胶料呈现塑性流动充满型腔，再经一定的持续加热时间后完成硫化，最后经过脱模和修边后得到制品的成形方法。特点应用最早、最多的生产方法需设测温孔、流胶槽第三节橡胶成形工艺Formingtechniquesofrubber

挤出成形使胶料在挤出机中塑化和熔融，并在一定温度和压力下连续均匀地通过机头口模挤出，使之成为具有一定的断面形状和尺寸的连续板料的工艺过程。特点操作简便、生产效率高工艺适应性强断面形状较简单、精度较低应用轮胎

第三节橡胶成形工艺Formingtechniquesofrubber

胶料受螺杆推挤、剪切、搅拌，逐渐升温、塑化、熔融，成为粘流体第三节橡胶成形工艺Formingtechniquesofrubber

注射成形将胶料直接从机筒注入闭合模具并硫化的生产工艺。先将胶料加热塑化呈熔融态，再高压注射到模具的模腔中