第十章 非金属材料及其成型.ppt

1、第十章 非金属材料及其成型,10。1 工程塑料及成型 10。2 橡胶及成型 10。3 胶粘剂及粘接成型工艺 10。4 工业陶瓷及成型 10。5 复合材料及其成型,101 工程塑料及成型,1011 塑料的组成及特点 组成：合成树脂、添加剂（填料、增强材料、增塑剂、固化剂、 润滑剂、稳定剂、着色剂、阻然剂）2050% 特点：密度小、耐腐蚀、电绝缘性、耐磨和减磨性好、成型性好 缺点是：强度硬度低、耐热性差、易老化、易蠕变 1012 常用工程塑料 1、热塑性塑料 聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚酰氨 （PA）、聚甲醛（POM）、聚碳酸酯（PC）、ABS塑料、 聚四氟乙烯（F-4

2、） 2、热固性塑料 酚醛塑料（PF）、氨基塑料（UF）、环氧塑料（EP）,部分塑料的性能,1013 工程塑料的成型技术,1、成型工艺 （1）注射成型 （2）挤出成型 （3）压制成型 （4）吹塑成型 （5）浇铸成型 （6）压延成型 2、塑料成型后的机械加工和修饰 3、塑料制品的结构工艺性,注射成型,注射成型又称注塑模塑或注射法。 应用：热塑性塑料（是热塑性塑料的重要的成型方法之 一）。 及少用于热固性塑料的成型。 特点：生产率高、周期短、对热塑性塑料的适应性强、 生产中易于实现自动化、能一次成型形状复杂、 精度高、带有嵌件的塑料制品。 注射成型设备：柱塞式注射机或螺旋式注射机,注射机和塑模的剖面

3、图,工作过程：原料 料斗 料筒 喷嘴 模具 顶出 (见动画）,注射模结构,第十章 非金属材料及其成形,挤出成形,挤出成形又称挤塑成形。主要用于生产棒材、板材、线材、薄膜等连续的塑料型材.。 挤出成形过程总体可分两个阶段：第一阶段是使固态塑料塑化（即使塑料转变成粘流态）并在加压情况下使其通过特殊形状的口模而成为截面与口模形状相似的连续体；第二阶段是用适当的处理方法使挤出具有粘流态的连续体转变为玻璃态的连续体，即得到所需型材或制品。 挤出成形适用于热塑性塑料，而且采用干法塑化和螺杆式挤出机。成形特点是：成形过程是连续的，生产率高，制品内部组织均衡致密。尺寸稳定性高，模具结构简单，制造维修方便，成本

4、 低。此外，挤出成形工艺还可用于塑料的着色、造粒和共混改性等。,挤出成型剖面图,压制成形及其特点,压制成形又称压缩成型或模压成形，是塑料加工中最传统的工艺方法。压制成形通常用于热固性塑料的成形。因为热塑性塑料在压制时模具需要交替地加热与冷却，生产周期长，故热塑性塑料的成形常以注射成形更为经济，只有在成形较大平面的热塑性塑料制品时才采用压制成形方法。压制成形的主要特点是：设备和模具结构简单，投资少，可以生产大型制品，尤其是有较大平面的平板类制品，也可以利用多槽模大量生产中、小型制品。制品的强度高。但压制成形的生产周期长，效率低，劳动强度大，难以实现自动化。,压制成形过程,热固性塑料压制成形是将粉

5、状、粒状或纤维状的热固性塑料放入成型温度下的模具型腔中，然后闭模加压，在温度和压力作用下，热固性塑料转为熔融的粘流态，并在这种状态下流满型腔而取得型腔所赋予的形状，随后发生交联反应，分子结构由原来线型分子结构转变为网状分子结构，塑料也由粘流态转化为玻璃态，即硬化定型成塑料制品，最后脱模取出制品。,压制成形过程示意图,第十章 非金属材料及其成形,压制成形主要设备,压制成形主要设备是压机和模具 . 压机多数为液压机，吨位自几十吨至几百吨不等。压制成形用的模具按其结构特征可分为三类；溢式、不溢式和半溢式模具，其中以半溢式模具用得最多。下图为溢式塑模示意图.,溢式塑模闭模后多余的塑料将从溢料缝溢出并与

6、型腔内部的塑料仍有连接，脱模后就附在制品上成为毛边。该种模具适于压制扁平或近于碟型的制品。加料量不作精确要求，只要稍有盈余便可。,不溢式塑模示意图,第十章 非金属材料及其成形,半溢式塑模示意图,无支承面半溢出式塑模示意图,吹塑成形特点及设备,吹塑成形包括注射吹塑成形和挤出吹塑成形两种。它是借助压缩空气，使处于高弹态或粘流态的中空塑料型坯发生吹胀变形，然后经冷却定型获得塑料制品的方法。塑料型坯是用注射成形或用挤出成形生产的。 吹塑成形的设备是注射机、挤出机、模具及模具中的冷却系统。,吹塑成形过程（静态）,吹塑成形过程（动态）,第十章 非金属材料及其成形,浇铸成形,塑料的浇铸成形是借鉴液态金属浇铸

7、成型的方法而形成的。其成型过程是将已准备好的浇铸原料（通常是单体经初步聚合或缩聚的浆状物或聚合物与单体的溶液等）注入一定的模具中并使其固化（完成聚合或缩聚反应），从而获得与模具型腔相吻合的塑料制品。浇铸时原料是在重力作用下充满型腔的，故称为静态浇铸成型。若改变原料的受力形式，又可发展成其它的浇铸成型方法，如嵌铸成型、离心浇铸成型、搪塑和滚塑成型等。 浇铸成型的生产特点是：投资小（因浇铸成型时不施加压力，对模具和设备的强度要求不高），产品内应力低，对产品的尺寸限制较小，可生产大型制品。缺点是成型周期长，制品的尺寸准确性较低。,第十章 非金属材料及其成形,压延成形,压延成形及生产过程 压延成形设备

8、 压延成形的特点,第十章 非金属材料及其成形,压延成形及生产过程,压延成形设备,压延成形的主要设备是压延机、挤压机和辊压机。根据辊筒数目，压延机有双辊、三辊、四辊、五辊、六辊。双辊压延机主要用于原材料的塑炼和压片。压延成形常以三辊或四辊压延机为主。三辊压延机辊筒的排列方式有I型、三角型等几种，四辊压延机辊筒的排列方式有I型、倒L型、正Z型、斜Z型等。,压延机辊筒排列形式 辊筒的结构,压延成型的特点,压延成型具有加工能力大，生产速度快， 产品质量好，生产连续，可以实现自动化等优 点；缺点是设备庞大，前期投资高，维修复杂， 制品宽度受压延机辊筒长度的限制。,塑料的机械加工和修饰,机械加工 修饰 转

9、鼓滚光 磨削和抛光 化学电镀 真空镀膜 塑料的烫印 塑料的涂饰,第十章 非金属材料及其成形,塑料制品的结构工艺性,1.制品壁厚应均匀（1mm)(14mm),大件可6。 2.应有一定的脱模斜度（35120）。并避免 内凸。 3.要避免以整个平面作支承面，在高壁或在面积的 平底部分应设计加强筋，以增加刚度与强度。 4.孔距与边距孔径。 5.圆角过渡 6.受力的制品可镶嵌金属芯，以增加强度和刚度。,10.2 橡胶的组成及特点,1橡胶的组成：橡胶主要由生胶和各种配合剂（硫化剂、 填充剂、软化剂、防老化剂和发泡剂）组成。 2橡胶的特点：高弹性、高回弹性、高强度、高耐磨性、 但耐热性差、耐寒性差（遇高温发

10、粘、遇冷发脆）、 在溶剂中会溶解 3常用橡胶 天然橡胶 合成橡胶（丁苯橡胶（SBR）、顺丁橡胶（BR）、） 特种橡胶（丁晴橡胶（NBR）、硅橡胶）,第十章 非金属材料及其成形,橡胶制品的成形方法,橡胶制品的成形与工程塑料制品的成形有很多相似之处。 橡胶的成形若按生产设备的不同可分为在平板硫化机中模压成形 和在注射机中注射成形两大类；若按成形方法分，主要有压制成形、 压铸成形、注射成形和挤出成形。其中的在平板硫化机中压制成形 由于成形模具和设备简单，通用性强，故应用最广。 成形过程：先将混炼过的胶料成形为具有和制品形状相似的半成 品胶料，然后根据模具型腔的形状、尺寸大小对半成品胶料进行称 重并将

11、定量的半成品胶料置于模具型腔中，使模具在平板硫化机或 液压机中受热受压（或直接注入模具型腔），保压一段时间后，橡 胶分子经过由线形结构变成网状结构的交联反应而定型获得所需的 橡胶制品。,第十章 非金属材料及其成形,10.3 胶粘剂的胶粘工艺,胶粘剂可以胶接塑料制品，还可以在金属金属、塑料金属 金属陶瓷等各类同种或异类材料之间进行胶接。胶接技术已逐步 替代传统的连接技术焊接、铆接、螺栓连接等。 胶接技术的特点：可以胶接任何材料、各种形状截面的零部 件；应力分布均匀，不存在局部高应力区，受振时胶接处不会遭 受破坏，耐疲劳强度高；胶接件表面光滑，密封性好；经胶接 的零部件可以获得某些特殊性能，如导电

12、性、绝缘性、导热性、导 磁性等；胶接工艺简单，生产率高，成本低。有机胶胶接强度 较低，耐温性差，易老化失效。 胶接剂的分类： 按化学类型分：有机胶接剂和无机胶接剂。 按外观形态分：糊状、粉状、胶棒、胶带、溶剂型胶液和液态 胶。 按用途分：结构胶、非结构胶、特种胶。 按胶接工艺分：厌氧胶、热溶胶、常温固化胶、中温固化胶和 高温固化胶。,第十章 非金属材料及其成形,胶粘剂的种类,有机胶粘剂 环氧胶粘剂、 改性酚醛树脂 2.无机胶粘剂 磷酸型、硼酸型、硅酸型无机胶结剂 无机胶粘剂与有机胶粘剂相比较，有以下特点： 耐热性高，可长期在8001000是温度下使用，并保持一定强 度。有机胶结剂无法做到。 接

13、头强度高（抗剪强度可达100Ma，抗拉强度可达22Ma）。 低温性能较好，在196下使用，强度基本上不变化。 良好的耐候性、耐水性和耐油性。而耐酸性、耐碱性较差。,第十章 非金属材料及其成形,胶接方法的基本工艺过程,1）接头设计 根据零部件的结构、受力特征和使用的环境条件进 行接头的形式、尺寸的设计。 2）选择胶接剂 3）表面处理 对于胶接接头的强度要求较高、使用寿命要求较长 的被胶接物，应对其表面进行胶接前的处理，如机械打毛、清洗 等。 4）配胶 将组成胶接剂的粘料、固化剂和其他助剂按所需比例均 匀搅拌混合，有时还需将他们在烘烤箱或红外线灯下预热至 4050。 5）装配与涂胶 将被胶接物按所

14、需位置进行正确装配或涂胶（有 的涂胶在装配前），涂胶的方法有涂刷、辊涂、刀刮、注入等。 6）固化 在一定的温度和压力下进行固化。,第十章 非金属材料及其成形,胶接接头设计,第十章 非金属材料及其成形,胶接剂的选择原则,1）根据被胶接物的材料种类、性质和受力情况进行选择。大 多数胶接剂对金属材料的胶接有较好的适应性，对不同材料间 的胶接应考虑它们的热膨胀系数和固化温度，应选择两种材料 都适用的胶接剂。受力大的，应选择强度高的胶接剂，如环氧 结构胶、聚氨脂等。 2）根据被胶接物的形状、结构和施工条件等情况进行选择。 热塑性塑料、橡胶制品和电器零件等不能经受高温；大型零件 移动搬运困难，加热不便，应

15、避免选择高温固化胶。一些薄而 脆的零件，一般不能施加压力，不应选用加压固化胶。在流水 线上应选用室温快干胶。在多道不同温度的加工过程中，前道 胶接工序应采用耐温性高的胶接剂，后道胶接工序采用耐温性 低的胶接剂。 3）应考虑经济性和安全性。在其他条件许可的前提下，应尽 可能选择成本低、施工方便、低毒或无毒的胶接剂。,第十章 非金属材料及其成形,陶瓷及陶瓷性能,1常用工业陶瓷 传统陶瓷（普通陶瓷） 近代陶瓷（特种陶瓷） 氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷 金属陶瓷 氧化物基金属陶瓷、碳化物基金属陶瓷、钢结 硬质合金 2陶瓷材料的性能 弹性模量高、硬度高、塑性差、脆性大 熔点高、耐热性好、导热性小（

16、绝缘） 导电性变化范围大 耐蚀性好 氧化铝透明陶瓷,工业陶瓷的成形,陶瓷生产过程是将配制好的符合要求的坯料用不同成形 方法制造出具有一定形状的坯体、坯体经干燥、施铀、烧 成等工序，最后得到陶瓷制品。 陶瓷成形基础：常见的坯体成形方法有可塑成形、注浆成 形、和压制成形等。 可塑泥团的成形性能要求：长期保持塑性状态，易于流 动和变形。 泥浆的成形性能要求：流动性好（固相含量低、温度 高) 、吸浆速度快、脱模性好、挺实能力高、加工性好。 压制用粉料的成形性能要求：流动性高。 调整坯料成形性能的添加剂： 解凝胶、结合剂、润滑 剂,陶瓷成形方法,注浆法根据成形压力的大小和方式的不同，可分为基本 注浆法、

17、强化注浆法、热压铸成形法和流延法等。其中， 基本注浆法有空心注浆法和实心注浆法两种，所用模型为 石膏模型。 可塑成形法有旋压成形、滚压成形、塑压成形、注射 成形和轧膜成形等几种类型。 压制成形是将含有一定水分的粒状粉料填充到模具中， 使其在压力下成为具有一定形状和强度的陶瓷坯体的成形 方法。有干压成形（含水量7%）、半干压成形（含水 量7%15%）和特殊的压制成形方法（如等静压粉料中的 含水量可低于3%。,第十章 非金属材料及其成形,空心注浆法示意图,第十章 非金属材料及其成形,实心注浆法示意图,第十章 非金属材料及其成形,流延机加料部分结构示意图,第十章 非金属材料及其成形,滚压成形示意图,

18、第十章 非金属材料及其成形,塑压成形示意图,+ 送压缩空气 - 抽真空,第十章 非金属材料及其成形,注射成形,陶瓷的注射成形与工程塑料的注射成形过程相似。但陶瓷注射 成形的坯料是由不含水的陶瓷瘠性粉料与结合剂（热塑性树脂）、 润滑剂、增塑剂、等有机添加物（含量一般为20%30%）按一定 比例加热混合，干燥固化后经粉碎造粒而成。 经注射成形获得的坯料在烧结前要进行脱脂处理（即清除坯料中 的有机添加物）。脱脂时间为2496h。 注射成形设备主要是柱塞式或螺杆式注射机，成形模具采用高强 度的金属模。,第十章 非金属材料及其成形,轧膜成形,轧膜成形方法与金属板料轧制相似，是生产薄片瓷坯的 成形工艺之一

19、。可轧制1mm以下的坯片，常见的是0.15mm 左右的坯片。主要应用与电子陶瓷工业中的瓷片电容、电 路基片等坯体的轧制。 轧膜用的坯料是由瘠性粉料和塑化剂组成，制坯过程是 将预烧过的瘠性粉料磨细过筛，掺入塑化剂并搅拌均匀。 然后倒在轧膜机上进行混炼（使粉料与塑化剂充分混合）， 在混炼过程中不断吹风，使塑化剂中的溶剂逐渐挥发，形 成较厚的膜片，这个过程也叫粗轧。粗扎后的膜片再经过 反复的轧炼，直到达到所要求的厚度为止而成为坯片。轧 好的坯片应存放在一定湿度的环境中，以防坯片干燥脆 化，还便于冲切。,陶瓷制品的生产过程,1、坯体成型前的坯料的准备 选料预烧造粒坯料（浆料、可塑泥团、 或压制粉料）

20、2、坯体成型 3、坯体的后处理 坯体干燥施铀（浸铀、淋铀、喷铀）烧制,10.5.1 复合材料及性能,由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质，经人工 合成的材料称为复合材料。如钢筋混凝土、轮胎等 1复合材料的分类： 纤维增强复合材料、层合复合材料、颗粒复合材料 2复合材料的性能特点： 比强度高、比模量高、疲劳强度高、减震性能好,第十章 非金属材料及其成形,10.5.2 复合材料的分类,复合材料的组成有两类物质：一类作为基体材料，形 成几何形状并起粘接作用（如金属、陶瓷、树脂等）， 另一类作为增强材料（如一维的纤维、二维的片材、三 维的颗粒料）起提高强度和韧性的作用。 按照复合材料的基体材料的种

21、类来分有：金属基复合 材料、陶瓷基复合材料、树脂基纤维增强复合材料（简 称玻璃钢）等三种 按照复合材料中增强材料的性质和形态来分有：纤维 增强复合材料（玻璃纤维增强、碳纤维增强）、层合复 合材料、颗粒复合材料等三种,10.5.3 复合材料的成形,。 玻璃钢的成形方法有手糊成形、层压成形、模 压成形、缠绕成形、挤出成形和注射成形（热塑 性玻璃钢可借用工程塑料的挤出成形和注射成形 方法）、挤拉成形等。 金属基复合材料的成形方法有扩散结合法、 熔融金属渗透法、等离子喷涂法等,第十章 非金属材料及其成形,1. 手糊成形,手糊成形是指用不饱和聚酯 树脂或环氧树脂将增强材料粘 接在一起的成形方法。有手糊

22、法成形、喷射成形和袋压成形 等三种。,第十章 非金属材料及其成形,喷射成形示意图,第十章 非金属材料及其成形,喷射速率为210kg/min,喷射成形应等胶衣树脂凝胶后（发软而不粘手）开始操作，如 果没有胶衣树脂，应先在模具上喷一层树脂，然后打开切割器， 开始树脂和纤维的混合物。第一层应喷得薄一些（约1mm），然 后用短马海毛滚或猪鬃滚仔细滚压，以确保气体充分排出、树脂 和固化胶混合均匀以及玻璃纤维完全被浸润。等这一层凝胶后再 喷下一层，厚度约为2mm。如此重复，直至达到设计厚度。,袋压成形示意图,第十章 非金属材料及其成形,袋压成形是在手糊成形的制品上，装上橡胶袋或聚乙烯、聚 乙烯醇袋，将气体

23、压力施加到还未固化的玻璃钢制品表面而使 其成形的工艺方法。有加压袋法和真空袋法。加压袋法的工作 压力为0.40.5Mpa，真空袋法的工作压力为0.050.06Mpa。,手糊成形工艺,手糊成形的环境温度应保持在15以上，最好在 2530范围内，糊制完一般在常温下固化24h后才能脱模， 脱模后制品的强度在一定时间内会随时间的延长而增加， 提高温度可使强度达到最高值的时间缩短。 手糊的模具材料主要有：木材、石蜡、水泥、金属、石 膏、玻璃钢、陶土等。模具类型有单模和对模两种。,2. 层压成形,层压成形是先将纸、布、玻璃布等浸胶，制成浸胶布或 浸胶纸半制品，然后将一定量的浸胶布（或纸）层叠在一 起，送入

24、液压机，使其在一定温度和压力的作用下压制成 板材（包括玻璃钢管材）的工艺方法。 层压成形除可生产层压板外，还可用于玻璃钢卷管的生 产，其工艺过程是将经过浸胶的胶布通过张力辊、导向辊， 进入上辊筒，在已加热的上辊筒上受热变软发粘，然后卷 入并粘到包有底布的管芯上去。当卷至规定的厚度时割断 胶布，将卷好的胶布管送进加热炉中进行固化，经脱芯、 修饰，便可获得玻璃钢管制品。,卷管成形示意图,第十章 非金属材料及其成形,3. 模压成形,模压成形工艺是将置于金属对模中的模压料，在一定的温度和 压力作用下，压制成各种形状制品的过程。模压料是由树脂、增 强材料和辅助材料组成。树脂常为酚醛树脂或酚醛环氧树脂，根

25、 据模压料中增强材料的分类，模压成形工艺可分为以下几种类型： （1）短纤维料模压法 （2）毡料模压法 （3）层压模压法 （4）碎布料模压法 （5）缠绕模压法 （6）织物模压法 （7）定向铺设模压法 （8）吸附预成形坯模压法 （9）散状模塑料模压法 （10）片状模塑料模压法,4. 缠绕成形,缠绕成形是将经过树脂浸胶的连续纤维或带，按照一定规律缠 绕到芯模上，经过固化而成一定形状制品的一种工艺方法。 缠绕成形按树脂基本的状态不同可分为干法、湿法和半干法三种。 干法是在缠绕前预先将玻璃纤维制成预浸渍带，然后卷在卷盘 上待用，缠绕时再将预浸渍带加热软化后绕在芯模上的一种方法。 干法缠绕张力均匀，速度较高，可达100200m/min，设备清洁，易 实现自动化缠绕，可严格控制纱带的含胶量和尺寸