安徽理工大學 聚合物的回收利用 第10講 廢舊高分子材料循環(huán)利用工藝和設備（章節(jié)講課）

1、第10講廢舊高分子材料循環(huán)利用工藝和設備（塑料和橡膠）王 斌 安徽理工大學化工學院應化系 第一節(jié) 塑料成形工藝和設備一、塑料的組成 1.樹脂 塑料中的樹脂主要是合成樹脂，是塑料的主要成分，起膠粘劑作用，其特性不僅決定塑料的類型(熱固性或熱塑性)，還決定塑料的性能。 2.填充劑 又稱填料，其作用是調整塑料的物理化學性能，提高材料強度，擴大使用范圍以及減少合成樹脂的用量，降低塑料成本。 3.增塑劑 增塑劑是增加樹脂塑性和柔韌性的添加劑，也可以降低塑料的軟化溫度，使其便于加工成型。 二、塑料的性能1. 物理性能 (1)密度小 (2)熱學性能 (3)耐熱性 (4)絕緣性 2. 化學性能 主要是指塑料的

2、耐蝕性。3. 力學性能 (1)強度、剛度和韌性 (2)蠕變與應力松弛 (3)減摩性 4塑料的成形工藝性能 (1)收縮性 塑件自模具中取出冷卻到室溫后，發(fā)生尺寸收縮的特性。 (2)流動性 塑料在一定的溫度和壓力下填充模具型腔的能力稱為流動性。 (3)熱敏性 某些熱穩(wěn)定性差的塑料，在料溫高和受熱時間長的情況下就會產(chǎn)生降解、分解、變色的特性。 (4)吸水性 塑料吸收水分的性質。 (5)硬化特性 是熱固性塑料特有的性能，專指熱固性塑料的交聯(lián)反應。 三、塑料成形工藝和設備塑料成形方法 (1)注射成形 又稱注塑成形，其原理是將顆粒狀態(tài)或粉狀塑料從注射機的料斗送進加熱的料筒中，經(jīng)過加熱熔融塑化成為粘流態(tài)熔體

3、，在注射機柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過噴嘴注入模具型腔，經(jīng)一定時間的保壓冷卻定型后可保持模具型腔所賦予的形狀，然后開模分型獲得成形塑件。這樣就完成了一次注射工作循環(huán)，如圖8-6所示。注射成形是在專門的注射機上進行，圖8-7所示為螺桿式注射機結構示意圖。 (2) 壓塑成形 又稱模壓成形、壓制成形等，基本原理是將粉狀、粒狀或片狀塑料放在金屬模具中加熱軟化熔融，在壓力下充滿模具成型，塑料中的高分子產(chǎn)生交聯(lián)反應而固化轉變成為具有一定形狀和尺寸的塑料制件。其成形過程如圖8-8所示。 (3) 擠出成形 又稱擠塑成形，它是使加熱或未經(jīng)加熱的塑料借助螺桿的旋轉推進力通過?？走B續(xù)地擠出，經(jīng)冷卻凝固而

4、成為具有恒定截面的連續(xù)成形制品的方法。圖8-9為管材擠出成形原理示意圖。 (4)壓延成形 使加熱塑化的物料通過一系列相向旋轉的輥筒之間，受擠壓和延展作用成為平面狀連續(xù)材料的成形方法。 2塑料加工 塑料加工是塑料成形后的再加工，亦稱二次加工，是將成形后的塑件通過適當?shù)墓に嚪椒ㄖ瞥芍破贰?(1) 機械加工 即采用鉆、磨、銑、車削等機械加工方法的二次加工操作。 (2) 連接加工 即采用熱熔粘接(焊接)、粘接、機械連接等方法，使塑料型材或零件固定在一起的二次加工操作可以將小而簡單的構件組合成大而復雜的構件。 (3) 表面處理 即對塑料制品表層進行修整和裝飾，以改變塑料零件的表面性質，提高其抗老化、耐腐

5、蝕能力的二次加工方法，也可起著色裝飾作用。 四、典型模具結構1注射模具 塑料注射成形所用模具稱為注射模。 圖8-10為一典型的單分型面注射模。 2壓塑模 壓塑模又稱壓制模，適用于熱固性塑料和流動性較差的熱塑性塑料制件的成形。 典型的壓塑模結構如圖8-11所示。 3擠出模 圖8-12所示為管材擠出成形機頭示意圖。 4壓注模 圖8-13所示為固定式壓注模結構示意圖。五、塑料件的結構工藝性 在零件結構設計時應注意以下問題： 1.形狀 塑件的內外表面形狀應避免側孔與側凹，防止使用側抽芯或瓣合模而使模具結構復雜，增加塑件的修整量。 如圖8-14所示為防止采用側抽芯或瓣合分型模具的設計。 2.壁厚 塑件的

6、壁厚應適當和均勻。圖815所示為壁厚設計的示意圖。 3.脫模斜度 塑件與脫模方向平行的內、外表面應具有合理的脫模斜度，如圖8-16所示。 4.加強筋 主要作用是加強塑件的強度和剛度，避免塑件變形翹曲，如圖8-17所示。筋的方向盡可能與料流方向一致，布局應合理，以減小變形和開裂（圖8-18）。 5.薄壁件的底部與邊緣 底部剛度較差，應設計成球面或拱形面，以增加剛性和減少翹曲變形，如圖8-19所示。對于薄壁容器的邊緣，可按圖8-20所示設計。 6.圓角 在塑件的內外表面轉彎處應采用圓角過渡，以減少應力集中，或發(fā)生破裂。如圖8-21所示。圓角半徑的大小主要取決于塑件的壁厚，如圖8-22所示。 7.孔

7、 塑件上常見的孔有通孔、不通孔、異形孔。 8.螺紋 為了增加塑件螺紋的強度，同時也方便螺紋的擰入，螺紋的始端和末端均不應突然開始和結束，在螺孔始端應留有0.2-0.8mm的凹臺，如圖8-23所示。 第二節(jié) 橡膠成形工藝和設備 一、橡膠的組成 主要組分是由生膠、再生膠、配合劑和增強材料等組成。 二、橡膠的成形性能 1流動性 橡膠在一定的溫度、壓力作用下，能夠充滿型腔各個部分的性能稱為橡膠的流動性。 2流變性 膠料的粘度隨剪切速率的降低而降低的特性。 3硫化性能 為改善橡膠的性能必須進行硫化。 4熱物理性能 熱物理性能的影響因素是熱導率、熱擴散率和體積熱容。 三、橡膠加工的工藝和設備 橡膠制品生產(chǎn)

8、的基本過程包括：生膠的塑煉、膠料的混煉、橡膠成形和制品的硫化，如圖8-24所示。 1塑煉 天然橡膠和多數(shù)合成橡膠塑性太低，與橡膠配合劑不易混合均勻，也難以加工成型，所以生膠需要塑煉。 常用的塑煉設備主要有開放式煉膠機和密閉式煉膠機。圖8-25所示為開煉機。 密煉機的構造如圖8-26所示。 2混煉 將塑煉膠和各種配合劑，用機械方法使之完全均勻分散的過程稱為混煉。常用的混煉設備是開煉機和密煉機，密煉機混煉的工藝過程如圖8-27所示。 3成形 是將混煉膠制成所需形狀、尺寸和性能的橡膠制品的過程。 4硫化 即通過改變橡膠的化學結構(例如交聯(lián))而賦予橡膠彈性，或改善、提高并使橡膠彈性擴展到更寬溫度范圍的

9、工藝過程。四、橡膠成形方法和設備 1壓延成形 通過專用的壓延設備上兩對轉輥筒，利用兩輥筒之間的擠壓力，使膠料產(chǎn)生塑性延展變形，制成具有一定斷面尺寸規(guī)格、厚度和幾何形狀的片狀或薄膜狀聚合物或使紡織材料、金屬材料表面實現(xiàn)掛膠的工藝過程。 圖8-28所示為膠布壓延工藝過程。 2模壓成形 將預先壓延好的橡膠半成品按一定規(guī)格下料后置于壓制模具中，合模后在液壓機上按規(guī)定的工藝條件壓制，在加熱加壓的條件下，使膠料呈現(xiàn)塑性流動充滿型腔，再經(jīng)一定的持續(xù)加熱時間后完成硫化，再經(jīng)脫模和修邊后得到制品的成型方法。工藝程序如圖8-29所示。 3擠出成形 使膠料在擠出機中塑化和熔融，并在一定的溫度和壓力下連續(xù)均勻地通過機頭?？讛D出