特殊塑料成型工艺课件

第19章特殊塑料成型工艺

教学目的、要求：

了解压延、铸塑、搪塑、烧结、旋转、缠绕、喷射、流涎等成型的原理；

掌握各成型方法的特点及应用；

重点：压延成型原理、设备及应用7/20/20231§19-1

压延成型

生产薄膜和片材的主要方法，它是将已经塑化的接近粘流温度的热塑性塑料通过一系列相向旋转着的水平辊筒间隙，使物料承受挤压和延展作用，成为具有一定厚度、宽度与表面光洁的薄片状制品。大多是热塑性非晶态塑料，聚氯乙烯及其共聚物最多，适于生产厚度在0.05〜0.5毫米的软质PVC薄膜和厚度0.3〜1.0毫米硬质PVC片材。

7/20/20232压延成型具有较大生产能力（可连续生产，且易于自动化），较好的产品质量（优于吹塑薄膜和T型挤出薄膜），还可取制复合材料（人造革、涂层纸等），印刻花纹等，但所需加工设备庞大，精高要求高，辅助设备多，同时制品宽度受压延机辊筒最大工作长度的限制。7/20/20233一、压延原理

借助于辊筒间产生的剪切力，让物料多次受到挤压、剪切以增大可塑性，在进一步塑化的基础上延展成为薄型制品。物料与辊间的摩擦和本身的剪切摩擦→产生大量热，局部过热→降解；故应注意辊筒温度、辊速比等。（下图）表示物料在两辊筒间挤压情况

7/20/20234物料同时受到两辊作用的区域——钳住区7/20/202351．压力分布情况

在y轴方向，辊筒对物料压力

是不变的在x轴方向，压力是变化的（见右图a）A、D→Px=07/20/20236

2．速度分布情况

（右图b)

速度分布直线，在B→D点，压力梯度<0，速度分布曲线呈凸形。3．剪应力、剪切速率分布剪应力τ与移动速度V、熔体粘度η成正比，与辊间距h0成反比。即V大、h0小、η大→τ愈大7/20/20237而剪切速率与V、η成正比，

与h0成反比，

且τ和在y方向分布→直线（右图a）。中性面；物料与辊筒接触表面→、但物料在B点、D点→速率分布直线关系，故，，，7/20/20238另一方面，由于物料沿x方向压力是变化的，

故x方向τ

、也是变化的。

物料在辊筒间所受到的剪切作用及其变形程度（右图b）7/20/202394．热量分布情况

由于剪切作用不同→各点热量产生速率也不相同辊筒表面→热量产生速率最大中性层，→热量产生速率=0沿x方向：A→B压力P、均增加→辊筒进料端较大摩擦热→吸热升温7/20/202310B→D，P、逐渐降低→摩擦热减小，→物料可能放热降温。

辊筒对塑料的挤压和剪切作用改变了物料的宏观结构和分子的形态，在温度配合下使塑料塑化和延展。辊压的结果——使料层变薄，而延展后使料层的宽度、长度均增加。7/20/202311[注]：

①压延时，辊筒对物料挤压、剪切，物料对辊筒也有反作用力→分离力→使辊筒沿轴向长度上发生弯曲弹性形变→产生挠曲→两辊中心间距最大，两端逐渐减小→腰鼓形。分离力与辊筒半径、长度、速度成正比；而与辊间距成反比。腰鼓形→制品中间厚、两边薄（降低尺寸精度）

7/20/202312克服或减轻分离力有害作用——

a.辊筒设计和加工成略带腰鼓形b.调整两辊筒的轴，使其交叉一定角度c.加预应力②压延时，很大剪切作用→大分子顺着薄膜前进方向发生定向作用，薄膜物理机械性能出现各向异性→压延效应，其大小受压延温度、转速、供料厚度、物料性能等影响。升温或增加压延时间→减轻压延效应。7/20/202313二、压延设备

压延机是关键设备，其辊筒数目有双辊、三辊、四辊、五辊甚至六辊，以三辊和四辊用得最普遍。辊筒数目的增加→压延次数增加→更薄制品，且更均匀，更光滑，质量↑；但设备太复杂庞大，目前只有五辊压延机同在硬质PVC片材生产上。7/20/202314辊筒的排列形式很多三辊——I型、三角型四辊——I、L、倒L、Z型、斜Z型等（见下图）以倒L型（e）、斜Z型（g）应用最广。7/20/202315压延机主要由压延辊筒、加热冷却装置、制品厚度调整机构、传动设备及其它辅助装置等组成（下图）

7/20/202316辊筒是最主要部件，中空圆柱体，内部可通蒸汽、过热水或油（加热、冷却）

空心式

钻孔式（下图）钻孔式优越，多用；多用冷铸钢或冷硬铸铁制造。7/20/202317三、压延工艺过程

两个阶段：供料阶段（塑料的配制、混合、塑化、喂料等）压延阶段（压延、牵引、刻花、冷却定型、输送及卷取或切割等）（如下图）7/20/202318压延制品：软质薄膜硬质片材

以软质聚氯乙烯薄膜和人造革为例

7/20/2023191．软质聚氯乙烯薄膜生产

生产过程如（下图）所示

7/20/202320树脂加入高速捏合机中，增塑剂、稳定剂等先经旋涡式大混合器混合后，加入高速捏合机中充分混合→螺杆式挤出机（或密练机）中预塑化→辊筒机内反复塑炼、塑化→四辊压延机→受到几次压延和辗平

→形成厚薄均匀的薄膜→冷却卷绕。[注]：将辊筒之间隙调节在0.25mm以上时，产品便成薄片或薄板，其流程基本同上。7/20/202321

2．人造革的生产

以布（或纸）为基材，在其上覆以聚氯乙烯塑料膜层后制得。其方法主要有：涂刮法压延法——用压延薄膜与布贴合制得人造革布（或纸）应先经预热，聚氯乙烯经挤压塑化或辊压塑化，喂入压延机的进料辊上，辊筒的挤压和加热，使聚氯乙烯与布（或纸）紧密结合，再经压花、冷却、切边和卷取而得制品（见下图）7/20/2023227/20/202323直接贴合——压延膜冷却前与布基贴合，薄膜的成形与布基贴合是在同一生产线上连续完成。分步层合——薄膜成形、贴合分别完成。贴合操作——擦胶法、贴胶法7/20/202324§19-2铸塑成形

类似于金属的浇铸，包括：静态铸塑、嵌铸、离心铸塑等。铸塑是将聚合物的单体、预聚的浆状物、塑料的熔融体、高聚物的溶液、分散体等倾倒到一定形状规格的模具里，而后使其固化定型从而得到一定形状的制品的一种方法。7/20/202325一般工艺过程：

原料→浇铸液的配制→过滤和除泡→浇铸→硬化→脱模→后处理和后加工→制品铸塑的特点——设备较简单，不需要加压设备，对模具强度要求也低。对制品尺寸限制较少，制品的内应力较低，质量较好。缺点——成形周期较长，制品尺寸准确性较差（有机玻璃最典型）7/20/2023261．静态铸塑（浇铸）——较简便，使用较广泛的铸塑成形工艺

塑料品种主要有：聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚酰胺、环氧树脂，酚醛树脂等，工艺要求：①流动性好，易充塑②硬化时生成的低分子副产物尽可能少。③聚合所得冷却凝固产物的熔融温度，应明显高于成形物料的熔点或流动温度7/20/202327工艺过程：

①模具准备②浇铸液的配制和处理③浇铸及固化④制品脱模及后处理7/20/2023282．嵌铸——又称封入成形

将各种非塑料物件包封到塑料中间去的一种成形技术，在模型内预先要放经过处理的嵌件，然后将浇铸原料倒入模中→一定的条件下固化成形。常用于各种标本、商品、样品、纪念品的包封，长期保存。如：透明性好的丙烯酸酯类塑料及有机硅、不饱和聚酯、环氧树脂等。7/20/202329

3．离心浇铸

制品大多是圆柱形或近似圆柱形，如大型的管材、轴套等，也用于垫圈、滑轮、转子、齿轮的生产。塑料常用于熔融粘度较小、热稳定较好的热塑性塑料，如聚酰胺，聚烯烃等。优点——宜生产薄壁或厚壁的大型制品，且精度较度，机加工量少，缺点——设备较复杂。7/20/202330设备：卧式——轴线方向尺寸很大、

立式——直径较大，轴线方向尺寸较小

（见下图）

7/20/202331§19-3流涎成型

将热塑性塑料溶于溶剂中配成溶液（一定浓度），以一定速度流布在连续回转的基材（一般为无接缝的不锈钢带）上，加热排除溶剂使塑料硬化成膜，从基材上剥离即为制品。薄膜的宽度取决于钢带的宽度，长度可以是连续的，厚度取决于溶液浓度和钢带的回转速度、胶液的流布速度与次数等。7/20/202332流涎薄膜的特点——

厚度小（可达5~10μm）且厚薄均匀、不易带入机械杂质、透明度高、内应力小，较多用于光学性能要求高的场合。缺点——生产速度慢，需耗用大量溶剂，且设备昂贵，成本较高等。7/20/202333§19-4搪塑

主要用于溶胶塑料（糊塑料）的成形

将糊塑料倒于模具（预热）中，接近模壁的塑料因受热而胶凝，及时倒出来胶凝的塑料，并将已附于模壁上的一层塑料进行热处理，冷却固化后可得中空制品。（如以聚氯乙烯糊生产空心软制品，玩具等）主要优点：设备费用低，易高效连续化生产，工艺控制也较简单，但制品的壁厚和质量准确性较差。7/20/202334§19-5滚塑（旋转成形）

靠塑料自重的作用流布并粘附于旋转模具的模型壁面，转速较慢（每分钟几转到几十转）。7/20/202335§19-6烧结成型

主要用于聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯等难熔树脂的成形。晶区熔点很高（327℃），分子量很大，分子链的紧密堆集等，熔融粘度很大，甚至加热至分解温度（415℃）时仍不能变为粘流态。

常采用类似粉末冶金的方法——模压烧结7/20/202336

成形时，将一定量的成形物料（如聚四氟乙烯悬浮树脂粉料）加入常温的模具中，在高压下压制成密实的型坯（锭料、冷坯或毛坯），送至高温炉中进行烧结，取出冷却至室温，即得制品。

7/20/202337模压烧结的工艺过程：

1．树脂的选择——大多选用悬浮法聚四氟乙烯

2．捣碎过筛——使成疏松状3．加料预成形——成形加力30~50Mpa，保压时间3~5分钟，保压后缓慢卸压，卸压后应小心脱模。4．烧结——

分两个阶段：升温阶段——升温速度较慢保温阶段——大型制品5～10小时小型制品1小时7/20/2023385．冷却——速度受制品尺寸限制

大型制品控制5~15℃/小时8-12小时中型制品60~70℃/小时5-6小时小型制品根据用途来决定淬火与否6．成品检验和后加工聚四氟乙烯薄膜一般用棒材置于车床上，用特制车刀车削而成。7/20/202339§19-7泡沫塑料的成形

以气体物质为分散相，以固体