聚合物成型新工艺模板

振动辅助成型原理及特点：原理：动态注射成型技术假如在注射成型过程中引入振动，使注射螺杆在振动力作用下产生轴向脉动，则成型过程料筒及模腔中熔体压力将发生脉动式改变，改变外加振动力振动频率和振幅．熔体压力脉动频率和振幅也会发生对应改变，熔体进入模腔进行填充压实效果也肯定会发生对应改变。经过调控外加振动力振动频率和振幅．能够使注射成型在比较低加工温度下进行，或是能够降低注射压力和锁模力，从而减小成型过程所需能耗，减小制品中残余应力，提升制品质量。分类：在机头上引入机械振动；机头引入超声振动；在挤出全过程引入振动振动力场对挤出过程作用机理挤出过程中振动力场作用提升了制品在纵向和横向上力学性能，而且使二者趋于均衡这种自增强和均衡作用是聚合物大分子之间排列和堆砌有序程度提升结果，也是振动力场对聚合物熔体作用结果，能够解释为是振动力场作用使聚合物熔体大分子在流动过程中发生平面二维取向作用而产生“拟网结构”结果。在振动塑化挤出过程中，因为螺杆周向旋转和轴向振动，聚合物熔体受到复合应力作用，在螺槽中不仅受到螺槽周向剪切力作用，而且也受到轴向往复振动剪切力作用。因为轴向振动作用含有交变特征，所以，和周向剪切作用复合作用在空间和时间维度上进行周期性改变，能够把这种复合作用描述成空间矢向拉伸时也不会解离。在纵向上因为有牵引拉伸作用，取向程度较高，大分子链、片晶较多地沿拉伸方向排列，所以其力学性能较高；其它方向上因拟网结构被固化，也出现部分大分子取向，表现为制品横向力学性能提升和纵横向性能趋于均衡；而在薄膜挤出吹塑时，制品厚度小，因为轴向振动分量作用减弱了纵向流动剪切和拉伸诱导取向作用，动态挤出时薄膜制品纵向拉伸强度较稳态挤出时有所下降。总说：在高分子材料成型加工过程中引入振动，会对高分子材料成型过程产生一系列影响。振动力场能量引入并不是能量简单叠加，而是利用高分子材料成型过程在振动力场作用下表现出来非线性特征，降低成型过程能耗，提升产品质量，是一个新型低能耗成型方法。特点：振动挤出对塑料制品性能影响在动态塑化挤出成型过程中，振动力场被引入塑化和成型全过程，不仅对物料输送、熔融、塑化和熔体输运过程产生了影响，而且改变了聚合物熔体在制品成型过程中流动状态，并对制品微观结构形成历程和形态产生了关键影响。振动塑化过程脉动剪切作用能够提升聚合物熔体中微观有序结构程度和分布，如大分子取向，这种局部有序性在制品成型过程中并不会完全松弛，在熔体冷却过程中对结晶聚合物晶体形成或分子取向结构产生一定影响，得到在微观水平上含有更有序长程结构聚合物制品。所以，在不添加任何塑料助剂情况下，振动塑化挤出加工可提升制品力学性能。其次，振动塑化过程含有强烈脉动剪切和拉伸效果，和稳态加工过程中单向剪切作用相比，这种作用对于改善复杂流体中多相体系之间混合和分散含有显著效果，能有效促进多相体系中均质、均温进程，提升多相体系微观结构均化程度所以，经过振动塑化挤出加工制备高分子材料含有优化分散结构和力学性能，这种制备和成型技术对于制备高分子材料及其制品含有显著优势。上述结果表明，引入振动力场后，在产量相同条件下，输送塑化能耗需求降低，螺杆长径比能够对应降低，而且在一定振动参数范围内，不仅能够确保甚至还能提升制品综合性能。众多试验研究和生产实践表明：将振动力场引入聚合物成型加工全过程能够降低聚合物熔体黏度、降低出口压力、降低挤出胀大、提升熔融速率、增加分子取向、降低功耗、提升制品力学性能等。在聚合物加工全过程中引入振动力场，对聚合物加工过程产生了深刻影响，表现出很多传统成型加工过程中没有新现象，如加工温度显著降低、熔体粘度减小、挤出胀大减小、制品产量和性能提升，和振动力场引入能有效促进填充、改性或共混聚合物体系中各组份间分散、混合和混炼等。在塑料挤出加工中引入振动场，侧重于经过改变挤出加工中过程参数(压力、温度、功率)来改善挤出特征，使之更有利于塑料挤出成型加工；同时，振动场作用也使挤出成型制品质量得以提升。而在塑料注射成型中，振动场引入侧重于改善制品物理机械性能；当然，振动场存在对加工压力、温度和熔体流动性也有一定影响，总而言之，在塑料成型加工中应用振动技术经过引入振动场使加工过程发生了深刻改变。塑料熔体有效粘弹性因为振动场作用，宏观上表现为熔体粘度减小。流动性增加，挤出压力或注射压力降低，流率增大，功耗降低。振动改善了塑料成型加工过程，使成型制品性能也得到一定程度提升。气辅成型原理、特点、应用现实状况及前景：气体辅助注射成型技术工艺过程是：先向模具型腔中注入塑料熔体，再向塑料熔体中注入压缩气体。辅助气体作用，推进塑料熔体充填到模具型腔各个部分,使塑件最终形成中空断面而保持完整外形。和一般注射成型相比，这一过程多了一个气体注射阶段，且制品脱模前由气体而非塑料熔体注射压力进行保压。在成型后制品中，由气体形成中空部分被称为气道。因为含有廉价、易得且不和塑料熔体发生反应优点，所以通常所使用压缩气体为氮气。气体辅助注射成型步骤以短射制程为例，通常包含以下多个阶段。第一阶段：根据通常注塑成型工艺把一定量熔融塑胶注射入模穴；第二阶段：在熔融塑胶还未充满模腔之前，将高压氮气射入模穴中央；第三阶段：高压气体推进制品中央还未冷却熔融塑胶，一直到模穴末端，最终填满模腔；第四阶段：塑胶件中空部分继续保持高压，压力迫使塑料向外紧贴模具，直到冷却下来；第五阶段：塑料制品冷却定型后，排除制品内部高压气体，然后开模取出制品。(1)熔体注射阶段：在模具中注射填充量不足塑料熔料。(2)气体填充阶段：在熔融塑料未完成充满模腔前，将计量定量气体由特殊喷嘴注射入熔体中央部分，形成扩张气泡，并推进前面熔化芯部，从而完成填充模具过程。气体注射时间、压力、速度很关键。(3)冷却保压阶段：在工作循环冷却阶段，气体将保持较高压力，气体压力将赔偿塑料收缩造成体积损失。达成某种程度时，气泡将深入渗透到熔体中，即二次气体渗透。(4)最终排气阶段：塑料冷却定型后，将气体从最终模制件中抽出。依据具体工艺过程不一样，气体辅助注射成型可分为标准成型法、副腔成型法、熔体回流法和活动型芯法四种。1、标准成型法标准成型法是先向模具型腔中注入经正确计量塑料熔体，再经过浇口和流道注入压缩气体。气体在型腔中塑料熔体包围下沿阻力最小方向扩散前进，对塑料熔体进行穿透和排空，最终推进塑料熔体充满整个模具型腔并进行保压冷却，待塑料制品冷却到含有一定刚度和强度后，开模将其顶出。2、副腔成型法副腔成型法是在模具型腔之外设置一个可和型腔相通副型腔。首先关闭副型腔，向型腔中注射塑料熔体，直到型腔充满并进行保压。然后开启副型腔，向型腔内注入气体。因为气体穿透，使多出出来熔体流入副型腔。当气体穿透到一定程度时，关闭副型腔，升高气体压力以对型腔中熔体进行保压补缩),最终开模顶出制品。3、熔体回流法熔体回流法和副腔成型法类似，所不一样是模具没有副型腔。气体注入时，多出熔体不是流入副型腔，而是流回注射机料筒。4、活动型芯法活动型芯法是在模具型腔中设置活动型芯。首先使活动型芯在最长伸出位置，向型腔中注射塑料熔体，直到型腔充满并进行保压。然后注入气体，活动型芯从型腔中逐步退出以让出所需空间。待活动型芯退到最短伸出位置时，升高气体压力实现保压补缩,最终制品脱模。气体辅助注射成型技术所需配置设备关键包含注射机、气体压力控制单元和供气及回收装置。气体辅助注射成型技术特点:传统注射成型不能将制品厚壁部分和薄壁部分结合在一起成型，而且因为制件残余应力大，易翘曲变形，表面有时还会有缩痕。通常，结构发泡成型缺点是，制件表面气穴往往因化学发泡助剂过分充气而造成气泡，而且装饰应用时需要喷涂。气体辅助注射成型则将结构发泡成型和传统注射成型优点结合在一起，可在确保产品质量前提下大幅度降低生产成本，含有良好经济效益。气体辅助注射成型技术优点关键表现在：●所需注射压力小。气体辅助注射成型能够大幅度降低对注射机吨位要求，使注射机投资成本降低，电力消耗下降，操作成本降低。另外，因为模腔内压力降低，还能够降低模具损伤，并降低对模具壁厚要求，从而降低模具成本。●制品翘曲变形小。因为注射压力小，且塑料熔体内部气体各处等压，所以型腔内压力分布比传统注射成型均匀，保压冷却过程中产生残余应力较小，使制品出模后翘曲倾向减小。●可消除缩痕，提升表面质量，降低废品率。气体辅助注射成型保压过程中，塑料收缩可由气体二次穿透给予赔偿，且气体压力能够使制品外表面贴紧模具型腔，所以制品表面不会出现凹陷。另外，该技术还可将制品较厚部分掏空以减小甚至消除缩痕。●能够用于成型壁厚差异较大制品。因为采取气体辅助注射成型能够将制品较厚部分掏空形成气道从而确保制品质量，所以采取这种方法生产制品在设计上自由度较大，能够将采取传统注射成型时因厚薄不均必需分为多个部分单独成型制品合并起来，实现一次成型。●能够在不增加制品重量情况下，经过气体加强筋改变材料在制品横截面上分布，增加制品截面惯性矩，从而增加制品刚度和强度，这有利于减轻汽车、飞机、船舶等交通工具上部件重量。●可经过气体穿透减轻制品重量，节省原材料用量，并缩短成型周期，提升生产率。●该技术可适适用于热塑性塑料、通常工程塑料及其合金和其它用于注射成型材料。气体辅助注射成型技术缺点是：需要增加供气和回收装置及气体压力控制单元，从而增加了设备投资；对注射机注射量和注射压力精度要求有所提升；制品中接触气体表面和贴紧模壁表面会产生不一样光泽；制品质量对工艺参数愈加敏感，增加了对工艺控制精度要求。气体辅助注射成型技术应用:气体辅助注射成型技术可应用于多种塑料产品上，如电视机或音箱外壳、汽车塑料产品、家俱、浴室、厨具、家庭电器和日常见具、各类型塑胶盒和玩具等。具体而言，关键表现为以下几大类：●管状和棒状零件，如门把手、转椅支座、吊钩、扶手、导轨、衣架等。这是因为，管状结构设计使现存厚截面适于产生气体管道，利用气体穿透作用形成中空，从而可消除表面成型缺点，节省材料并缩短成型周期。●大型平板类零件，如车门板、复印机外壳、仪表盘等。利用加强筋作为气体穿透气道，消除了加强筋和零件内部残余应力带来翘曲变形、熔体堆积处塌陷等表面缺点，增加了强度/刚度对质量比值，同时可因大幅度降低锁模力而降低注射机吨位。●形状复杂、薄厚不均、采取传统注射技术会产生缩痕和污点等缺点复杂零件，如保险杠、家电外壳、汽车车身等。生产这些制品时，经过采取气体辅助注射技术并巧妙部署气道，合适增加加强筋数目，同时利用气体均匀施压来克服可能缺点，使零件一次成型，不仅简化了工艺，还降低了生产成本。伴随气体辅助注射成型技术深入研究和广泛应用，形式各异新型气体辅助注射成型技术也相继问世，如外部气辅注射成型、液辅注射成型、水辅注射成型、次序注射和气辅注射相结合成型、局部气体辅助注射、振动气体辅助注射等。中国气体辅助注射成型技术应用起步即使较晚，但伴随家电、汽车等工业快速发展，对成型塑料制品要求也在不停提升，有力地推进了这项技术引进、研究和推广应用。气体辅助注塑成型优点在不降低质量前提下用现代注塑机和成型技术能够缩短生产周期。经过便用气谇犏切扯射成型方法，制品质量得到提升，而且降低了模具成本。使用气体辅助注射成型技术时，它优点和费用节省是很显着。1、降低产品变形：低注射压力使内应力降低，使翘曲变形降到最低；2、降低锁模压力：低注射压力使合模力降低，能够使用小吨位机台；3、提升产品精度：低残余应力一样提升了尺寸公差和产品稳定性；4、降低塑胶原料：成品肉厚部分是中空，降低塑料最多可达40％；5、缩短成型周期：和实心制品相比成型周期缩短，不到发泡成型二分之一；6、提升设计自由：气体辅助注射成型使结构完整性和设计自由度提升：7、厚薄一次成型：对部分壁厚差异大制品经过气辅技术可一次成型：8、提升模具寿命：降低模腔内压力，使模具损耗降低，提升工作寿命：9、降低模具成本：降低射入点，气道替换热流道从而使模具成本降低；10、消除凹陷缩水：沿筋板和根部气道增加了刚度，无须考虑缩痕问题。树脂传输模塑成型（RTM）成型原理、特点、及应用前景：RTM基础原理是将玻璃纤维增强材料铺放到闭模具模腔内，用压力将树脂胶液注入模腔，浸透玻纤增强材料，然后固化，脱模成型制品。RTM成型技术特点：1、能够制造两面光制品；2、成型效率高，适合中等规模玻璃钢产品生产（0件/年内）；3、RTM为闭模操作，不污染环境；不损害健康；4、增强材料可任意方向铺放，轻易实现按制品受力情况合理铺放增强材料；5、原材料及能源消耗少；6、建厂投资少。RTM技术适用范围（见课件）很广，现在已广泛用于建筑、交通、电讯、卫生、航空航天等工业领域。已开发产品有：汽车壳体及部件、娱乐车构件、螺旋桨、天线罩、机器罩、浴盆、淋浴间、游泳池板、座椅、水箱、电话亭、电线杆、小型游艇等。RTM成型、手糊成型、喷射成型、SMC成型四者优缺点比较：RTM基础原理是将玻璃纤维增强材料铺放到闭模模腔内，用压力将树脂胶液注入模腔，浸透玻纤增强材料，然后固化，脱模成型制品。RTM成型技术特点：①能够制造两面光制品；②成型效率高，适合于中等规模玻璃钢产品生产（0件/年以内）；③RTM为闭模操作，不污染环境，不损害工人健康；④增强材料能够任意方向铺放，轻易实现按制品受力情况例题铺放增强材料；⑤原材料及能源消耗少；⑥建厂投资少，上马快。手糊成型工艺又称接触成型工艺。是手工作业把玻璃纤维织物和树脂交替铺在模具上，然后固化成型为玻璃钢制品工艺。优点是成型不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸大、批量小、形状复杂产品生产。设备简单、投资少、见效快。适宜中国乡镇企业发展。且工艺简单、生产技术易掌握，只需经过短期培训即可进行生产。易于满足产品设计需要，可在产品不一样部位任意增补增强材料；制品树脂含量高，耐腐蚀性能好。缺点是生产效率低、速度慢、生产周期长、不宜大批量生产。且产品质量不易控制，性能稳定性不高。产品力学性能较低。生产环境差、气味大、加工时粉尘多，易对施工人员造成伤害。喷射成型工艺是将混有引发剂和促进剂两种聚酯分别从喷枪两侧喷出，同时将切断玻纤粗纱，由喷枪中心喷出，使其和树脂均匀混合，沉积到模具上，当沉积到一定厚度时，用辊轮压实，使纤维浸透树脂，排除气泡，固化后成制品。喷射成型优点：①用玻纤粗纱替换织物，可降低材料成本；②生产效率比手糊高2～4倍；③产品整体性好，无接缝，层间剪切强度高，树脂含量高，抗腐蚀、耐渗漏性好；④可降低飞边，裁布屑及剩下胶液消耗；⑤产品尺寸、形状不受限制。其缺点为：①树脂含量高，制品强度低；②产品只能做到单面光滑；③污染环境，有害工人健康。片状模塑料SMC成型工艺关键有以下两类：①将玻纤含量为

25％～40％（依据具体要求而定）SMC片材，按产品形状要求剪裁成一定尺寸，揭去两面PE薄膜，按一定要求叠放在热对模上进行加压加温成型；②先在热模内按要求铺放好一定量（依据玻纤含量要求而定）连续玻纤预成型毡，然后将不含玻纤或仅含少许玻纤（通常为5％以下）SMC片材经剪裁、撕去薄膜后叠放在预成型毡上，最终铺上一层表面毡。在较慢合模（约需lmin)下使材料流动而安全浸透预成型毡，并在加温加压下固化成型。

后一类工艺最大特点是：可在成型前改变预成型毡铺设和局部纤维含量，来满足制件局部高强度要求，并取得总体强度高于前一类工艺制品。SMC工艺特点是：(1)操作方便。整个生产过程易实现机械化、自动化，生产效率高，改善了湿法成型作业环境和劳动条件。(2)产品可没计性强。可经过改变组份种类和配方，改变成型工艺来满足不一样产品不一样要求。如耐腐蚀、绝缘、绝热、零收缩、柔性、低密度、高强、A级表面、抗静电等等。(3)成型流动性好。可成型结构复杂产品，尤其适合制作大型薄壳异形制品。能实现制品变厚度，带嵌件、孔洞、凸台、加强筋、螺纹等功效。(4)产品内外光洁，尺寸正确，适合制作汽车外围件，电气零部件，机械部件，防腐容器等产品。适合大规模生产，成本较低。(5)增强材料在生产和成型过程中均无损伤，长度均匀，制品强度较高，可进行轻型结构化设计，色彩艳丽。SMC工艺也有其不足之处，关键是SMC机组、压机、模具要求高投入，同时，生产技术要求较高。5、微孔注射发泡成型原理、特点、应用现实状况：在传统结构发泡注射成型中，通常采取化学发泡剂，因为其产生发泡压力较低，生产制件在壁厚和形状方面受到限制。微孔发泡注射成型采取超临界惰性气体受到限制。微孔发泡注射成型采取超临界惰性气体（CO2、N2）作为物剪发泡剂．其工艺过程分为四步：（1）气体溶解：将惰性气体超临界液体经过安装在构简上注射器注人聚合物熔体中，形成均相聚合物/气体体系；（2）成核：充模过程中气体因压力下降从聚合物中析出而形成大量均匀气核；（3）气泡长大：气在正确温度和压力控制大；（4）定型：当气泡长大到一定尺寸时，冷却定型。微孔发泡和通常物剪发泡有较大不一样。首先，微孔发泡加工过程中需要大量惰性气体如CO2、N2溶解于聚合物，使气体在聚合物呈饱和状态，采取通常物剪发泡加工方法不可能在聚合物一气体均相体系中达成这么高气体浓度。其次，微孔发泡成核数要大大超出通常物剪发泡成型采取是热力学状态逐步改变方法，易造成产品中出现大泡孔和泡孔尺寸分布不均匀弊病。微孔塑料成型过程中热力学状态快速地改变，其成核速率及泡核数量大大超出通常物剪发泡成型。和通常发泡成型相比，微孔发泡成型有很多优点。其一是它形成气泡直径小,能够生产因通常泡沫塑料中微孔较大而难以生产薄壁（1mm）制品；其二是微孔发泡材料气孔为闭孔结构，可用和阻隔性包装产品；其三是生产过程中采取CO2或N2，所以没有环境污染问题。

塑料发泡成型因其可减轻制品重量，且制品含有缓冲、隔热效果而广泛应用在日用具、工业部件、建材等领域。传统发泡成型通常使用特定卤代烷烃、有机化合物和卤代烷烃替换品作为发泡剂。微孔泡沫塑料注射成型是在超临界状态下利用CO2及N2进行微孔泡沫塑料成型技术，现在已进人实用化阶段。微孔泡沫塑料注射成型可生产壁厚为0.5mm薄壁大部件及尺寸精度要求高、形状复杂小部件。它推翻了长久一直认为发泡成型只能完成厚壁制品生产见解。和传统发泡成型形成最小孔径为250μｍ不均匀微孔相比，微孔泡沫塑料成型及应用是建立在美国麻省理工学院(MIT)于20世纪90年代提出微孔泡沫塑料概念和制备方法基础之上。其设计思想关键有两点：(1)当泡沫塑料中泡沫微孔尺寸小于材料内部缺点时，泡沫微孔存在将不会降低材料强度。(2)因为微孔存在使材料中原有裂纹尖端钝化，有利于阻止裂纹在应力作用下扩展，从而改善塑料力学性能。现在工艺形成微孔大小均匀，孔径在1～10μｍ，这么微孔结构也给予比传统方法制备制品更高机械性能和更低密度。在力学性能不损失情况下，重量可降低10％～30%，而且可降低制品翘曲、收缩及内应力。微孔泡沫塑料注射成型可加工多个聚合物，如PP、PS、PBT、PA及PEEK等。

微孔发泡注射成型工艺过程可分为以下四个基础阶段：脂熔融阶段。从料斗加人树脂在料筒中熔融塑化。（２）超临界气体（SuperCriticalFind,SCF）注人、混合和扩散阶段。SCF发生装置在料筒特定位置注入超临界气体，和树脂熔体均匀混合，此阶段可看作未开瓶盖啤酒。

（３）注射阶段。将树脂熔体注人模具，相当于把啤酒瓶盖拔掉，伴随模具内压力降低，时间延长，熔体内超临界气体像啤酒一样发泡。

（４）发泡阶段。它可分为气体核发生、气泡成长和气泡稳定等阶段。成功微孔发泡注射成型均会经历上述四个阶段。其中液体状聚合物和气体超临界液体状态所形成单相熔融物温度和压力必需控制正确，以预防该熔融物预先发泡。泡沫微孔成核、增大、注射时凝结过程和微孔最终尺寸和形状取决于注塑成型工艺条件。

微孔泡沫塑料注射成型特点：

（１）提升了树脂流动性。和超临界状态CO2或N2混合后，树脂表观粘度降低，加人5％CO2，熔体表现粘度可减半，树脂流动性显著提升。其结果是注射压力减小，锁模力也减小。另外因为流动性改善，能够在较低温度和低模具温度下成型。注射压力可降低30％～60％，锁模力可降低70％，甚至可采取铝制模具。

（２）缩短成型周期。这是因为：微孔泡沫塑料注射成型没有保压阶段；树脂用量比未发泡少，总热量降低；模具内气体从超临界状态转成气相进行发泡，模具内部得到冷却；树脂流动性得到改善，成型温度降低，通常成型周期可降低20%~50%。

（３）降低制品重量，制品无缩孔、凹斑及翘曲。该技术最多可使制品重量降低50%，通常为５％～30％。

微孔发泡是经过在聚合物内引入大量微孔进行增韧改性，和纳米粒子和刚性粒子增韧相比，微孔发泡材料制备工艺更为简单和价廉。用纳米或刚性粒子增韧，存在分散困难问题