高分子加工高分子成型加工原理課件

1、高分子成型加工原理高分子成型加工原理第六章 塑料的一次成型 ：塑料原材 粘流態(tài) 流動 成型 定型（冷卻、交聯(lián)固化） 后處理 ：一次成型產(chǎn)品（片、管等） 高彈態(tài) 成型 定型、后處理 一次成型工藝： 擠出（extrusion）； 注射（injection）； 模壓（molding）； 壓延（calendering）； 鑄塑（casting）； 傳遞模（transfer molding）； 模壓燒結(jié)（molded sintering）； 泡沫塑料（foam plastic）外力第六章 塑料的一次成型 ：塑料原材 粘流6.1 擠出成型（擠塑、擠壓、模塑） 定義：借助螺桿或柱塞的擠壓作用，使受熱融化的塑

2、料在壓力推動下，強行通過口模而成為具有恒定截面的連續(xù)型材的一種成型方法。 種類： 連續(xù) 螺桿擠出； 間歇 柱塞擠出。 適用范圍： 原材料：熱塑性、熱固性（較少） 產(chǎn)品：管材、片材、線纜包覆等。6.1 擠出成型（擠塑、擠壓、模塑）6.1.1 連續(xù)法擠塑的工藝過程及主要設備 擠出過程：擠壓 熔化 強行通過口模 得到一定形狀的制品。（1）工藝及設備* 工藝過程：原材料準備和干燥 擠出成型 定型 牽引 后處理* 主要設備：擠出機 定徑套 牽引機 切割機 冷卻系統(tǒng) 卷取裝置等擠壓6.1.1 連續(xù)法擠塑的工藝過程及主要設備 擠出過程：擠（2）擠出機* 基本結(jié)構(gòu)：傳動裝置、加料裝置、料筒、螺桿、機頭與口模。

3、（2）擠出機* 基本結(jié)構(gòu)：傳動裝置、加料裝置、料筒、螺桿、機A. 螺桿： 經(jīng)過濾網(wǎng)到機頭加料段（75%固態(tài)）、壓縮段（固/液共存區(qū)）、均化段* 選擇螺桿應注意幾個特征參數(shù)：直徑（D）、長徑比（L/D）、壓縮比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺桿與料筒的間隙等。 A. 螺桿： 經(jīng)過濾網(wǎng)到機頭 直徑（D）：D，加工能力。擠出機生產(chǎn)率D2，D通常為45150mm；但L/D過大，物料可能發(fā)生熱降解，螺桿也可能因自重而彎曲，功耗增大；L過小則塑化不良。L/D通常為1825； 長徑比（L/D）：L/D，改善物料溫度分布，有利于混合及塑化，生產(chǎn)能力； 直徑（D）：D，加工能力。擠出機生產(chǎn)率D2，D通常 螺旋角（，

4、螺紋與螺桿橫斷面的夾角）： ，生產(chǎn)能力，對塑料的剪切作用和擠壓力。通常=1030o，若用等距螺桿，螺距=直徑，則=17o41； 螺槽深度（h）：h，剪切速率，傳熱效率，混合及塑化效率，生產(chǎn)率。故熱敏性塑料（如PVC）宜用深螺槽，而熔體粘度低且熱穩(wěn)定性好的塑料（如聚酰胺等）宜用淺螺槽。 壓縮比（螺桿加料段第一個螺槽與均化段最后一個螺槽的容積比）：壓縮比，塑料受到的擠壓作用； 螺旋角（，螺紋與螺桿橫斷面的夾角）： ，生產(chǎn)B. 機頭與口模：濾網(wǎng)、多孔板、分流器、模芯、口模和機頸等。 作用：機頭將處于旋轉(zhuǎn)運動的塑料熔體轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫兄本€運動，使塑料進一步塑化均勻，并導入口模?？谀＝o予塑料熔體所需的形狀。

5、組成：B. 機頭與口模：濾網(wǎng)、多孔板、分流器、模芯、口模和機頸等。6.1.2 擠出成型原理（1）固體輸送（主要發(fā)生在加料段） * 依靠力： 壓力流動 拖曳流動* W. H. Darnell 等認為，料筒與螺桿間的固體離子連續(xù)整齊地排列著，并塞滿了螺槽，形成“彈性固體”。受力情況： Fs 螺桿對固體塞的摩擦力，推力；Fb 料筒對固體塞的摩擦力，阻力。 Fbz Fb 在Z軸方向上的分力。6.1.2 擠出成型原理（1）固體輸送（主要發(fā)生在加料段）流動的基本條件：FbzFsQ=VvaQ單位時間內(nèi)固體物料的流動體積；va物料前進速度；V螺槽截面積。 當Fbz=Fs=0時，物料不發(fā)生任何移動； FbzFs

6、Q=Vva當Fbz=Fs=0其中： N螺桿轉(zhuǎn)數(shù)，展開后的螺線角，+=90o，l螺桿轉(zhuǎn)動一周物料移動距離的軸向投影。，其中： N螺桿轉(zhuǎn)數(shù)，展開后的螺線角，+=90故， 故 N，D，h，Q故， 故 N，D，h，Q（2）熔化過程 整個熔化過程：（2）熔化過程 整個熔化過程： 一個螺槽中固體物料的熔化過程： 固體物料充滿螺槽 形成熔膜 螺紋刮下熔體進入熔池 因熔池中的熔體擠壓而使固體床形變，徑向加厚，固體進入熔膜以補充熔體流入熔池 不斷往復逐漸熔化。（螺桿與料筒間隙）熱傳導當熔膜厚度 一個螺槽中固體物料的熔化過程：（螺桿與料筒間隙）熱傳（3）均化段 熔體輸送：設：Q1送料速率；Q2壓縮段熔化速率；Q3

7、均化段擠出速率。 當Q1 Q2 Q3，均化段為控制區(qū)，操作平穩(wěn)；若Q1Q2Q3，供料不足。 流態(tài)： 正流（QD）； 逆流（機頭、口模的反壓引起的反壓流動，QP）； 橫流（環(huán)流，QT）； 漏流（QL）（3）均化段 熔體輸送：設：Q1送料速率；Q2壓縮段A. 若熔體為牛頓型：Q擠出及生產(chǎn)率（cm3/sec）；D螺桿直徑（cm）；N螺桿轉(zhuǎn)速（round/sec）；h均化段螺槽深度（cm）；旋轉(zhuǎn)角（o）；e螺紋斜棱寬度（cm）；P均化段料流壓力降（kg/cm2）；螺桿與料筒間隙（cm）；塑料熔體粘度（kgsec/ cm2）；L均化段長度（cm）。 Q= QD-（QP +QL） 其中，A. 若熔體為牛頓

8、型：Q擠出及生產(chǎn)率（cm3/sec）；D* 一般QL值不大，實際計算時常略去。若令 ， ，用機頭壓力P代替P，則有：Q= AN-B(P/) 螺桿特征曲線。對某一特定螺桿，A、B為常數(shù)。B.若熔體為非牛頓型：則 式中，K流動常數(shù)，m 常數(shù)。 * 一般QL值不大，實際計算時常略去。（4）螺桿和機頭的特征曲線與擠出機生產(chǎn)率之間的關(guān)系 螺桿特征曲線 牛頓型熔體 Q=AN-P(B/) 非牛頓型熔體 Q=AN-BK(P)m QP在一定的N下繪出曲線。 機頭特征曲線 牛頓型熔體 Q= K(P /) 非牛頓型熔體 Q=KK(P)m對圓管 對不同的D有不同的QP曲線。（4）螺桿和機頭的特征曲線與擠出機生產(chǎn)率之間

9、的關(guān)系 螺桿特如圖： N，Q；D，Q。如圖： N，Q；D，Q。6.1.3 擠出成型工藝與過程（自學） * 工藝過程：原材料準備和干燥 擠出成型 定型 牽引 后處理針對課本P124/式6-5討論角、角與Q的關(guān)系?？词欠衲艿贸稣n本上的結(jié)論，并解釋理由。 作 業(yè)：6.1.3 擠出成型工藝與過程（自學） * 工藝過程：原材料6.2 注射成型6.2.1 注射成型的含義： 注射成型就是將塑料(一般為粒料)在注射成型機的料筒內(nèi)加熱熔化，當呈流動狀態(tài)時，在柱塞或螺桿加壓下熔融塑料被壓縮并向前移動，進而通過料筒前端的噴嘴以很快速度注入溫度較低的閉合模具內(nèi)，經(jīng)過一定時間冷卻定型后，開啟模具即得制品。這種成型方法是

10、種間歇操作過程。 6.2 注射成型6.2.1 注射成型的含義： 6.2.2 注塑機的基本結(jié)構(gòu)及工作原理（1）注塑機的基本結(jié)構(gòu)注射系統(tǒng)：塑化、注射。（包括：加料裝置、料筒、螺桿（分流梭和柱塞）、噴嘴）鎖模系統(tǒng)：注射時，保證模具閉合；取制品時，保證模具打開。模 具：給制品一定的形狀和尺寸。（包括：主流道、分流道、澆口、型腔、排氣孔（槽）、導向零件、脫模裝置、抽芯機構(gòu)、加熱或冷卻系統(tǒng)） 6.2.2 注塑機的基本結(jié)構(gòu)及工作原理（1）注塑機的基本結(jié)構(gòu)臥式柱塞式注塑機臥式柱塞式注塑機分流梭分流梭噴嘴噴嘴臥式螺桿式注塑機臥式螺桿式注塑機鎖模系統(tǒng)鎖模系統(tǒng)模 具模 具 注意： 分流梭在螺桿注射機中是沒有的； 螺

11、桿：注塑螺桿與擠出螺桿的區(qū)別。 螺桿和柱塞的雙重功能：i）推擠活塞；ii）擠壓塑化。 注意： 螺桿和柱塞的雙重功能：i）推擠活塞；ii）（2）工作原理塑化充模保壓冷卻脫模 （2）工作原理塑化充模保壓冷卻脫模 6.2.3 影響注塑的因素 * 注塑核心：塑化的好不好？又無均勻充滿模具的型腔？有否充分冷卻？* 相應的影響因素：a. 料溫：料筒末端溫度：Tf（Tm）Td之間；6.2.3 影響注塑的因素 * 注塑核心：塑化的好不好？又無b. 注射壓力： b. 注射壓力： c. 注射周期和注射速度： c. 注射周期和注射速度： 快速注射與慢速注射快速注射與慢速注射e. 模具溫度： d. 保壓時間：e. 模

12、具溫度： d. 保壓時間：6.3 壓制成型層壓成型：以片狀材料作填料，通過壓制成型得到層壓材料的成型方法。 模壓成型：又稱壓縮模塑；即將粉狀、粒狀、碎屑狀或纖維狀的塑料放入加熱的陰模模槽中，合上陽模后加熱使其熔化，并在壓力作用下使物料充滿模腔，形成與模腔形狀一樣的模制品，再經(jīng)加熱(使其進一步發(fā)生交聯(lián)反應而固化)或冷卻對熱塑性塑料應冷卻使其硬化，脫模后即得制品。（主要用于熱固性材料及大型制件）6.3 壓制成型層壓成型：以片狀材料作填料，通過壓制成型得到壓機結(jié)構(gòu)壓機結(jié)構(gòu)（1）模壓成型工藝：加料 合模 加熱熔化 加壓充模 固化 退模 后處理* 物態(tài)：固態(tài) 熔化態(tài) 固態(tài) （2）模壓成型的工藝特性和影響

13、因素：* 特點：加壓預成型 熔化 加壓充模 固化成型* 影響因素： 溫度 T，交聯(lián)反應速度，固化時間，模壓周期。 溫度過高的缺點：a.固化太快易充模不足；b.易引起物料分解變色；c.外層固化較內(nèi)層快，內(nèi)層揮發(fā)份難以排除。 （1）模壓成型工藝：加料 合模 加熱熔化 加壓充模壓成型工藝模壓成型工藝（3）層壓成型工藝 模壓壓力 P，物料流動性，制品密度，收縮率，性能。 但壓力過大，則模具壽命，設備功耗。 模壓時間 模壓時間短，則物料固化不完全(欠熟)，制品物理機械性能差，外觀無光澤，脫模后易變形；模壓時間過長，則會使塑料“過熟”，成型周期，生產(chǎn)率，功耗，制品收縮率，性能。* 工藝過程：填料浸膠 浸膠

14、材料干燥 壓制成型（3）層壓成型工藝 模壓壓力 P，物料流動性，制品6.4 壓延成型 （主要用于熱塑性非晶態(tài)塑料）（1）壓延成型的含義：將已經(jīng)塑化的接近粘流溫度的熱塑性塑料通過一系列相向旋轉(zhuǎn)著的水平輥筒間隙，使物料承受擠壓和延展作用，成為具有一定厚度、寬度與表面光潔度的薄片狀制品。 （2）壓延設備：壓延機（主要結(jié)構(gòu)：機體、輥筒（有加熱冷卻功能）、輥筒軸承、輥距調(diào)整裝置、檔料裝置、切邊裝置、傳動系統(tǒng)、安全裝置和加熱冷卻裝置等。） 6.4 壓延成型 （主要用于熱塑性非晶態(tài)塑料）（2）壓壓延機輥筒排列壓延機輥筒排列（3）壓延工藝過程： （供料階段） （壓延階段） 捏合 塑化 供料 壓延 牽引 刻花

15、冷卻定型 輸送 切割、卷?。?）壓延工藝過程： （供料階段） 人造革的生產(chǎn) 人造革就是以布(或紙)為基材，在其上復以聚氯乙烯糊的一種復合材料。刮涂法：將聚氯乙烯糊涂于布(或紙)上。不屬于壓延技術(shù)。壓延法：壓延法：通過輥壓方式將熔態(tài)聚氯乙烯復合于布(或紙)上。 擦膠法：上、中、下三輥轉(zhuǎn)速比 = 1:(1.31.5):1貼膠法：上、中、下三輥轉(zhuǎn)速比=1：1：1 人造革的生產(chǎn) 人造革就是以布(或紙)為基材，在其上擦膠法原理圖擦膠法原理圖 軟質(zhì)聚氯乙烯薄膜的生產(chǎn)混合 預塑化 塑化 壓延 冷卻 卷取 軟質(zhì)聚氯乙烯薄膜的生產(chǎn)混合 預塑化 塑化 6.5 其它成型方法（1）鑄塑成型 * 分類：靜態(tài)鑄塑、嵌鑄、

16、離心鑄塑、流涎成膜、搪塑和滾塑等。* 工藝流程：配制澆鑄液 過濾及除泡 澆鑄 聚合 后處理和后加工* 優(yōu)缺點：優(yōu)點：設備較簡單，成型時不需加壓，對制品的尺寸限制較少，制品的內(nèi)應力低，質(zhì)量良好；缺點：成型周期較長，制品的尺寸準確性較差等。 6.5 其它成型方法（1）鑄塑成型 * 分類：靜態(tài)鑄 靜態(tài)鑄塑（澆鑄）： 用液狀單體、部分聚合或縮聚的漿狀物、以及聚合物與單體的溶液等，將其與催化劑(有時為引發(fā)劑)促進劑或固化劑一起倒在模腔中，使其完成聚合或縮聚反應，從而得到與模具型腔相似的制品。* 工藝流程：原料配制與處理 澆鑄入模 硬化或固化 制品后處理* 常用原料：聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、堿催化聚己

17、內(nèi)酰胺、有機硅樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯、聚胺酯等。* 典型產(chǎn)品：有機玻璃。 靜態(tài)鑄塑（澆鑄）： 用液狀單體、部分聚合 嵌鑄: 又稱封入成型。即在澆鑄的模型內(nèi)放入一預先經(jīng)過處理的樣品（或零件），然后將準備好的澆鑄原料傾入摸中，在一定的條件下硬化（或固化）后，樣品（或零件）便包嵌在塑料中。* 常用原料：透明性好的丙烯酸酯類塑料及有機硅、不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂等。 嵌鑄: 又稱封入成型。即在澆鑄的模型內(nèi)放 離心澆鑄： 將塑料原料澆鑄入高速旋轉(zhuǎn)的模具或容器中，在離心力的作用下，使其充滿回轉(zhuǎn)體型的模具或容器，再使其硬化定型而得的制品。* 與普通澆鑄成型的區(qū)別：模具要求轉(zhuǎn)動。優(yōu)點：宜于生產(chǎn)薄壁或

18、厚壁的大型制品，精度更高，后加工量少；缺點：設備較復雜。* 常用原料：熱穩(wěn)定性較好的熱塑性塑料如聚酰胺、聚烯烴等。* 典型產(chǎn)品：圓柱形或近似圓柱形的制品，如大型管材、軸套、墊圈、滑輪、轉(zhuǎn)子、齒輪等。 離心澆鑄： 將塑料原料澆鑄入高速旋轉(zhuǎn)的模 流涎成膜： 將熱塑性塑料與溶劑等配成一定粘度的膠液，然后以一定速度流布在連續(xù)回轉(zhuǎn)的基材（一般為無接縫的不銹鋼帶）上，通過加熱排除溶劑成膜的成型方法。* 產(chǎn)品：流涎薄膜。薄膜的寬度取決于鋼帶的寬度，長度可以是連續(xù)的，厚度取決于膠液的濃度和鋼帶的運動速度等。* 優(yōu)缺點：優(yōu)點：薄膜厚度?。蛇_510微米）且厚薄均勻、不易帶入機械雜質(zhì)、透明度高，內(nèi)應力小，光學性能

19、好；缺點：生產(chǎn)速度慢，需耗用大量溶劑，設備昂貴、成本較高。 流涎成膜： 將熱塑性塑料與溶劑等配成一定（2）模壓燒結(jié)成型* 主要用于聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯等樹脂的成型。（原料特點：粘流溫度過高，甚至超過分解溫度。） 定義： 模壓燒結(jié)法是將粉末狀的聚四氟乙烯等原料冷模壓成密實的各種形狀的預成型品（錠料），然后將預成型品加熱到高于其結(jié)晶熔點以上的溫度，使樹脂顆?；ハ嗳劢Y(jié)，形成一密實的連續(xù)整體，最后冷至室溫即得產(chǎn)品。 工藝流程：選擇樹脂 搗碎過篩 加料預成型 燒結(jié) 冷卻 成品檢驗和后處理（2）模壓燒結(jié)成型* 主要用于聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯等（3）傳遞模塑 定義：又稱傳遞成型或注壓成型。是將

20、熱固性塑料置一加料室內(nèi)加熱熔化后，借助于壓力使塑料熔體通過鑄口進入模腔成型的一種作業(yè)。 分類：活板式（最常用）、罐式、柱塞式。 工藝流程：固體原材料熔化 加壓流動（注模） 固化成型 優(yōu)缺點：優(yōu)點：可生產(chǎn)外形復雜，薄壁或壁厚變化很大、帶有精細嵌件等的制品，并能提高制品的精度，縮短成型周期。且成型溫度較低；缺點：成型壓力較高，模具結(jié)構(gòu)較復雜，成型浪費較大；且工藝條件嚴格，操作技術(shù)要求高。 （3）傳遞模塑 定義：又稱傳遞成型或注壓成型。是將熱固性塑（4）泡沫塑料的成型* 泡沫塑料是以氣體物質(zhì)為分散相以固體樹脂為分散介質(zhì)所組成的分散體；它是一類帶有許多氣孔的塑料制品。 * 泡沫塑料的分類：i）按照氣孔的結(jié)構(gòu)不同 開孔（孔與孔是相通的） 閉孔（各個氣孔互不相通） ii）而按成品硬度： 軟質(zhì)、硬質(zhì)和半硬質(zhì)* 主要原料：熱塑性或熱固性塑料均可。主要有聚氯