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高分子材料成型加工技術(shù),陳曉松 E-mail:,常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 材料工程技術(shù)系高分子教研室,第一章 緒 論,塑料的特點(diǎn)和應(yīng)用 何謂成型加工 成型加工的基本任務(wù) 成型加工的基本原理 成型加工方法的分類 成型加工生產(chǎn)的基本過(guò)程 學(xué)習(xí)成型加工的意義,一、塑料的特點(diǎn)及應(yīng)用,1.塑料簡(jiǎn)介 塑料為四大材料(金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料)之一,目前世界合成樹脂總產(chǎn)量超過(guò)2億噸,我國(guó)近2000萬(wàn)噸,塑料機(jī)械10萬(wàn)臺(tái)套,居世界第一。在三大合成材料中,塑料占80%。,(1)塑料的定義 plastics,來(lái)源于希臘語(yǔ)“Plastikos” (which means to form or to mold)。原意為可造型的物質(zhì)。塑料是高分子合成材料中凡是性能上具有可塑性變化的材料的總稱,是以合成樹脂為基本成份,再添加配合劑(填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、色料等)經(jīng)捏合、造粒塑制成一定形狀的材料(彈性體、涂料、黏合劑除外)。 塑料:以樹脂為主要成分,在一定溫度和壓力下可以制成一定的形狀,并在常溫下保持現(xiàn)定形狀的材料。,塑料回收標(biāo)志,美國(guó)工業(yè)協(xié)會(huì)(SPI)在1988年發(fā)布了一套塑料標(biāo)識(shí)方案: 將三角形的回收標(biāo)記附于塑料制品上,并用數(shù)字1到7和英文縮寫來(lái)指代塑料所使用的樹脂種類。這樣一來(lái),塑料品種的識(shí)別就變得簡(jiǎn)單而容易,回收成本得到了大幅度的削減?,F(xiàn)今世界上的許多國(guó)家都采用了這套SPI的標(biāo)識(shí)方案。,中國(guó)在1996年制定了與之幾乎相同的標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn),即: 組成塑料包裝制品回收標(biāo)志由圖形、塑料代碼與對(duì)應(yīng)的縮寫代號(hào)組成。其中圖形為帶三個(gè)箭頭的等邊三角形;0代表材質(zhì)類別為塑料,塑料代碼為0與阿拉伯?dāng)?shù)字順序號(hào)組合的號(hào)碼,位于圖形中央,分別代表不同的塑料;,Plastics Types,塑料縮寫代號(hào)位于圖形下方。 塑料名稱、代碼與對(duì)應(yīng)的縮寫代號(hào)如下所示: 聚酯 01PET 高密度聚乙烯 02HDPE 聚氯乙烯 03PVC 低密度聚乙烯 04LDPE 聚丙烯 05PP 聚苯乙烯 06PS 其他塑料代碼 07Others,(2)塑料的歷史,塑料的發(fā)展歷史,塑料工業(yè)起源于1868年。英國(guó)Alxexander Park發(fā)明了硝化纖維素CN,美國(guó)Huatt兄弟發(fā)明了硝化纖維素的加工方法,即與樟腦混合使用,改善了硝化纖維素的成型性。1872年,賽璐珞公司成立,專門生產(chǎn)硝化纖維素。所以,硝化纖維素又稱賽璐珞。直到二戰(zhàn),CN 一直占據(jù)塑料第一的寶座,1924年德國(guó)發(fā)明醋酸纖維素。 然而真正的合成塑料工業(yè)開始于1907年,以酚醛樹脂PF的工業(yè)化生產(chǎn)為標(biāo)志,迄今剛剛百年的歷史。,聚合物(塑料)成型發(fā)展概況,塑料出現(xiàn)至今只有一百多年的歷史,作為一種新材料,塑料的成型加工技術(shù)經(jīng)歷了移植時(shí)期、改造時(shí)期和創(chuàng)新發(fā)展時(shí)期這三個(gè)階段。 移植時(shí)期(18701920) 在這個(gè)時(shí)期,塑料剛剛問(wèn)世,不可能有現(xiàn)成的制品加工技術(shù)可供采用,因此,塑料的成型加工首先從金屬、玻璃和陶瓷等傳統(tǒng)材料的成型加工技術(shù)中移植。 熱塑性塑料的中空吹塑技術(shù),是從玻璃制造的吹瓶技術(shù)中移植而來(lái)。 塑料的壓延成型技術(shù)是從造紙工業(yè)的輥筒加工技術(shù)得到啟發(fā)。 塑料澆鑄成型技術(shù)是借鑒金屬的鑄造技術(shù)。,改造時(shí)期(19201950) 在這一時(shí)期,大量塑料品種相繼出現(xiàn),機(jī)械加工工業(yè)已能成為塑料制品部門提供多種專用設(shè)備,塑料成型加工理論的研究也已取得重大進(jìn)展。 1936年,將食品生產(chǎn)的機(jī)器改制成單螺桿擠出機(jī); 將金屬粉末冶金技術(shù)改造為四氯乙烯等難熔塑料的冷壓燒結(jié)成型技術(shù)。 將金屬壓鑄技術(shù),改造為適合熱固性塑料的“傳遞模塑”技術(shù)。 將搪瓷制品的傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)改造為糊塑料的“搪塑成型”技術(shù)。,創(chuàng)新時(shí)期(1950 ) 這一時(shí)期,由于一大批高性能的工程塑料成型加工性能各具特點(diǎn),加上工業(yè)發(fā)展對(duì)塑料制品精度、性能要求更高,這兩方面都要求塑料成型技術(shù)向更高階段發(fā)展。機(jī)械加工技術(shù)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)及成型加工理論研究三方面的進(jìn)一步發(fā)展,使塑料加工技術(shù)進(jìn)入創(chuàng)新時(shí)期成為可能: 1956年,螺桿式注射機(jī)問(wèn)世,雙螺桿擠出機(jī)問(wèn)世,使注射和擠出成型技術(shù)進(jìn)入新的時(shí)期。 滾塑成型使生產(chǎn)特大型中空容器成為可能。 反應(yīng)注塑使生產(chǎn)大型注塑制品成為現(xiàn)實(shí)。 組合式成型技術(shù)成為發(fā)展趨勢(shì),如注射拉伸吹塑,擠出模壓熱成型。,二、何謂成型加工,汽車防塵罩,汽車密封條,空氣軟管,高壓阻尼線,擋泥板,車燈橡膠件,定義:將聚合物(有時(shí)加入各種添加劑、助劑或改性材料)轉(zhuǎn)變?yōu)橹破坊驅(qū)嵱貌牧系囊环N工程技術(shù)。,結(jié)構(gòu)材料:電視機(jī)殼體、冰箱殼體、軸承、機(jī)械零件 絕緣材料:電纜、絕緣版、電器零件 建筑材料:貼面板、地貼、塑料門窗、上下水管 包裝材料:塑料袋、薄膜、泡沫塑料 日常用品:衣架、椅子、盆類、書架、玩具、文具、辦公用品、家具 交通運(yùn)輸:道路交通設(shè)施、車輛部件,廣泛的用途,三、成型加工的基本任務(wù),1.研究各種成型加工方法和技術(shù); 2.研究產(chǎn)品質(zhì)量與各種因素之間的關(guān)系; 因素包括:a.聚合物本身的性質(zhì); b.各種加工條件參數(shù); c.設(shè)備和模具的結(jié)構(gòu)尺寸; d.各種添加劑、助劑; 3.研究提高產(chǎn)量和降低消耗的途徑。,四、成型加工的基本原理,1.聚合物是如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變的? 可塑性:指物體在外力作用下發(fā)生永久形變和流動(dòng)的性質(zhì)。 總過(guò)程: 工藝條件,關(guān)鍵步驟: (1)如何使聚合物產(chǎn)生流動(dòng)與變形? 方法: a.加熱 熔體; b.加溶劑 溶液; c.加增塑劑或其它懸浮液。 (2)如何硬化定型? 方法:熱固性:交聯(lián)反應(yīng)固化定型。 熱塑性:a.熔體 冷卻 b.溶液 加熱揮發(fā)成溶劑 c.懸浮體 先加熱使顆粒熔合, 再冷定型,成型加工過(guò)程的基本特征:流動(dòng)與變形 成型加工過(guò)程的基本過(guò)程:流動(dòng) 成型 定型,2.成型加工過(guò)程中聚合物所發(fā)生的轉(zhuǎn)變: (1)形狀:滿足使用要求而進(jìn)行,通過(guò)流動(dòng)與變形而實(shí)現(xiàn)。 (2)結(jié)構(gòu): 組成:非純聚合物 組成方式:層壓材料,增強(qiáng)材料,復(fù)合材料 宏觀結(jié)構(gòu):如多孔泡沫,蜂窩狀,復(fù)合結(jié)構(gòu) 微觀結(jié)構(gòu):結(jié)晶度,結(jié)晶形態(tài),分子取向等 (3)性質(zhì): 有利:生橡膠的兩輥塑煉降解,硫化反應(yīng),熱固性樹脂的 交聯(lián)固化 不利:溫度過(guò)高、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而引起的降解,五、成型加工方法的分類,1.根據(jù)形變?cè)矸?類: (1)熔體加工: 先為熔體再成型。如 擠出,注塑,壓延,模壓,橡膠加工,熔融紡絲等。 (2)類橡膠狀聚合物的加工: 將聚合物轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)下進(jìn)行加工。主要制造中空容器或大型制件等。如 塑料容器,冰箱內(nèi)膽。 (3)聚合物溶液加工: 流涎法薄膜,濕法紡絲等,(4)低分子聚合物和預(yù)聚體的加工: 直接利用聚合物單體或預(yù)聚體進(jìn)行成型加工。加工過(guò)程即反應(yīng)過(guò)程。如 環(huán)氧、丙烯酸酯類,不飽和聚酯,制造各種尺寸的整體澆鑄制件和增強(qiáng)材料。 (5)聚合物懸浮體加工: 將增塑劑、乳化劑加入聚合物中,把聚合物變成懸浮體或乳膠,然后成型。(如橡膠膠乳、PVC糊) (6)機(jī)械加工: 金屬切削加工方法,2.根據(jù)加工過(guò)程中有無(wú)物理或化學(xué)變化分為三類: (1)主要發(fā)生物理變化:如 注射,擠出,壓延,熱成型,流涎薄膜等。 (2)主要發(fā)生化學(xué)變化:如 澆鑄成型。 (3)既有物理變化又有化學(xué)變化:熱固性塑料的加工和橡膠加工。,加熱,流動(dòng),交聯(lián),固化,物理變化,化學(xué)變化,六、成型加工生產(chǎn)的基本過(guò)程,包括五方面內(nèi)容: 1.材料選擇和配方設(shè)計(jì):樹脂與助劑 2.模具設(shè)計(jì),制品設(shè)計(jì)與設(shè)備的選擇和改造: 3.成型加工:成型材料預(yù)處理,成型,機(jī)械加工, 修飾,裝配。 4. 制品性能檢驗(yàn):沿用金屬檢測(cè)方法 5. 廢料回收:流道殘留物,邊角余料,廢品舊料回收,成型加工完整工序: 1.預(yù)處理:準(zhǔn)備工作:原料篩選,干燥,配制,混合 2.成型:賦預(yù)聚合物一

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