第八章 高分子材料成形工藝

主講人：于美杰副教授Tel：88396181Email：yumeijie@

工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ)第八章高分子材料成形工藝本章基本要求高分子材料的成形原理塑料零件的結(jié)構(gòu)工藝性塑料和橡膠的成型工藝第八章目錄

第一節(jié)高分子材料成形原理第二節(jié)塑料成形工藝第三節(jié)橡膠成形工藝第四節(jié)薄膜成形技術(shù)簡(jiǎn)介第五節(jié)高分子材料快速成形方法

第一節(jié)高分子材料成形原理Formingtheoryofpolymers

1.1高分子材料又稱(chēng)高聚物，包括：塑料橡膠合成纖維膠粘劑、涂料高分子的結(jié)構(gòu)線(xiàn)型分子鏈支鏈型分子鏈體型分子鏈（網(wǎng)狀或交聯(lián)型）均以共價(jià)鍵相聯(lián)第一節(jié)高分子材料成形原理Formingtheoryofpolymers1.3高聚物的物理狀態(tài)高聚物在不同溫度下呈現(xiàn)出不同的物理狀態(tài)線(xiàn)形非結(jié)晶高聚物隨溫度變化呈現(xiàn)三種狀態(tài)：玻璃態(tài)

(glassstate)高彈態(tài)

(highelasticitystate)粘流態(tài)

(viscousflowstate)Tx－脆化溫度；Tg－玻璃化溫度Tf－粘流溫度；Td－分解溫度第一節(jié)高分子材料成形原理Formingtheoryofpolymers

玻璃態(tài)分子鏈凍結(jié)可產(chǎn)生很小的彈性變形對(duì)塑料而言，Tg越高越好高彈態(tài)部分鏈段解凍會(huì)產(chǎn)生較大的彈性變形對(duì)橡膠而言，Tg越低越好粘流態(tài)分子鏈完全解凍分子鏈間的相對(duì)滑動(dòng)導(dǎo)致塑性變形是高聚物加工成型的狀態(tài)第二節(jié)塑料成形工藝塑料的組成（樹(shù)脂＋添加劑）樹(shù)脂：是塑料的主要成分，決定塑料的類(lèi)型和性能，大多數(shù)塑料以樹(shù)脂命名，如PVC（聚氯乙烯）熱固性樹(shù)脂：酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂熱塑性樹(shù)脂：聚乙烯、聚苯乙烯、尼龍?zhí)砑觿┨畛鋭赫{(diào)整性能、減少樹(shù)脂用量、降低成本增塑劑：降低軟化溫度、便于成形穩(wěn)定劑染料固化劑（針對(duì)熱固性塑料）第二節(jié)塑料成形工藝塑料的性能物理性能：密度小、絕熱、不耐熱、絕緣化學(xué)性能：耐蝕性好，如PTFE力學(xué)性能：強(qiáng)度、剛度、韌度都較低，但減摩性好。粘彈性：形變與外力不同步蠕變:在應(yīng)力保持恒定的情況下，應(yīng)變隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加。應(yīng)力松弛：在應(yīng)變保持不變的情況下，應(yīng)力的不斷降低。第一節(jié)高分子材料成形原理Formingtheoryofpolymers高聚物的成形性能塑料收縮性流動(dòng)性熱敏性：熱穩(wěn)定性，降解、變色吸水性硬化特性：熱固性樹(shù)脂交聯(lián)反應(yīng)熔體彈性：擠出脹大

橡膠流動(dòng)性流變性：膠料粘度隨剪切速率升高而降低。硫化性熱物理性能熔體彈性第二節(jié)塑料成形工藝塑料的分類(lèi)和成形方法熱塑性：聚氯乙烯、聚苯乙烯、有機(jī)玻璃、尼龍熱固性：酚醛、環(huán)氧、呋喃塑料、有機(jī)硅塑料等成形方法注射成形（注塑成形）壓塑成形（壓縮、模壓、壓制）擠出成形（擠塑成形）壓注成形壓延成形吹塑成形PMMAFormingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝注射成形（注塑）將顆粒狀態(tài)或粉狀塑料從注射機(jī)的料斗送進(jìn)加熱的料桶中，經(jīng)過(guò)加熱熔融塑化成為粘流態(tài)熔體，在注射機(jī)柱塞或螺桿的高壓推動(dòng)下，以很大的流速通過(guò)噴嘴注入模具型腔，經(jīng)一定時(shí)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(kāi)模分型獲得成形塑件。Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝

螺桿式注射機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1－注射液壓缸；2－料斗；3－螺桿；4－加熱器；5－噴嘴；6－定模固定板；7－模具；8－拉桿；9－動(dòng)模固定板；10－合模機(jī)構(gòu)；11－合模液壓缸。Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝注射成形（注塑）特點(diǎn)生產(chǎn)率高、自動(dòng)化大批量尺寸精確形狀復(fù)雜應(yīng)用熱塑性塑料的主要成形方法之一形狀復(fù)雜、薄壁制品占塑料制品總產(chǎn)量的20～30％Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝壓塑成形（壓縮、模壓、壓制）將粉料、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(mǎn)模具成形，塑料中的大分子產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)而固化轉(zhuǎn)變成為具有一定形狀和尺寸的塑料制件。Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝壓塑成形特點(diǎn)采用普通液壓機(jī)模具簡(jiǎn)單成形收縮率小取向組織少周期長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低、自動(dòng)化程度低精度低、模具壽命短應(yīng)用主要用于熱固性塑料適用于形狀復(fù)雜或帶有復(fù)雜嵌件的制品電器零件、儀表殼、電閘板、電器開(kāi)關(guān)、插座等Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝擠出成形（擠塑成形）使加熱或未經(jīng)加熱的塑料借助螺桿的旋轉(zhuǎn)推進(jìn)力通過(guò)膜孔連續(xù)地?cái)D出，經(jīng)冷卻凝固而成為具有恒定截面的連續(xù)成形制品的方法。擠出成形示意圖1－螺桿冷卻水入口；2－料斗冷卻區(qū)；3－料斗；4－料筒；5－料筒加熱器；6－螺桿；7－多孔板；8－機(jī)頭（擠出模）；9－機(jī)頭加熱器；10－定徑套；11－冷卻裝置；12－壓縮空氣堵頭；13－牽引裝置；14－切斷裝置；15－管材。Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝擠出成形特點(diǎn)生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)、生產(chǎn)效率高工藝適應(yīng)性強(qiáng)設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便用途廣泛成本低塑料內(nèi)部組織均衡緊密、尺寸穩(wěn)定準(zhǔn)確斷面形狀簡(jiǎn)單應(yīng)用占塑料制品的40～50％Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝壓注成形在改進(jìn)壓縮成形的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種熱固性塑料的成型方法。模具閉合后，將塑料（預(yù)壓錠）加熱以加熱到一定溫度的模具加料腔中，使其受熱熔融，在柱塞壓力作用下，塑料熔體經(jīng)過(guò)模具澆注系統(tǒng)注入并填滿(mǎn)閉合的型腔，塑料在型腔內(nèi)繼續(xù)受熱受壓而固化成形，最后打開(kāi)模具取出塑件。特點(diǎn)和應(yīng)用尺寸精度比壓塑高制品密度和強(qiáng)度較高帶有深孔或形狀復(fù)雜的塑件Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝

壓延成形使加熱塑化的物料通過(guò)一系列相向旋轉(zhuǎn)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。特點(diǎn)和應(yīng)用生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好可直接生產(chǎn)出各種花紋和圖案設(shè)備龐雜、制品寬度受限用于熱塑性塑料薄膜、板材、人造革Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝吹塑成形（中空吹塑、吹塑膜塑）借助流體壓力使閉合在模具中的熱容塑料型坯吹脹形成空心制品的工藝。根據(jù)型坯的生產(chǎn)特征不同，包括擠出吹塑、注射吹塑和拉伸吹塑等。其生產(chǎn)過(guò)程都是由型坯的制造和型坯的吹脹組成。Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝塑料的加工機(jī)械加工連接加工表面處理典型模具結(jié)構(gòu)注射模具壓塑模擠出模壓注模Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝

熱塑性塑料Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝

熱固性塑料Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝

熱塑性塑料Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝

熱固性塑料Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝塑料件的結(jié)構(gòu)工藝性Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝塑料件的結(jié)構(gòu)工藝性縮孔筋板Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝塑料件的結(jié)構(gòu)工藝性Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝塑料件的結(jié)構(gòu)工藝性Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝塑料件的結(jié)構(gòu)工藝性Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝塑料件的結(jié)構(gòu)工藝性Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝塑料件的結(jié)構(gòu)工藝性Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝塑料件的結(jié)構(gòu)工藝性Formingtechniquesofplastics第二節(jié)塑料成形工藝Formingtechniquesofplastics塑料件的結(jié)構(gòu)工藝性第三節(jié)橡膠成形工藝第三節(jié)橡膠成形工藝橡膠室溫下具有高彈性的高聚物當(dāng)施加外力時(shí)有很大的變形,外力去除后能迅速?gòu)?fù)原,永久變形極小,伸長(zhǎng)率可達(dá)100~1000%,又稱(chēng)”彈性體”橡膠制品：輪胎、膠管、膠帶、密封圈等應(yīng)用：用作彈性材料、密封材料、減震材料、傳動(dòng)材料。第三節(jié)橡膠成形工藝橡膠組成：(生膠／再生膠)＋配合劑＋增強(qiáng)材料生膠：沒(méi)有加工過(guò)的原料橡膠，天然橡膠、合成橡膠再生膠：經(jīng)熱、機(jī)械、化學(xué)塑化處理過(guò)的硫化膠，通常指廢舊橡膠制品和硫化膠邊角料經(jīng)再生處理制成的能重新加工的橡膠。配合劑：包括硫化劑、增塑劑、塑解劑、填料、硫化促進(jìn)劑、防老化劑增強(qiáng)材料：纖維織品、簾布、鋼絲等。錦湖輪胎第三節(jié)橡膠成形工藝常用橡膠材料天然橡膠：從三葉橡膠樹(shù)等植物中采集天然膠乳，經(jīng)過(guò)凝固、干燥、加壓等工序制成的片狀生膠優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)異的彈性、耐磨性、耐堿性缺點(diǎn)：耐油和溶劑性差、不耐老化、不耐高溫（<110℃)合成橡膠：以石油、煤為原料制備單體，經(jīng)聚合反應(yīng)合成。通用橡膠：量大、面廣，性能與天然橡膠類(lèi)似丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠、乙丙橡膠等特種橡膠：耐高、低溫的硅橡膠耐油的聚硫橡膠、丁腈橡膠耐腐蝕的氟橡膠第三節(jié)橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber橡膠加工的工藝過(guò)程凡是天然橡膠和合成出的橡膠統(tǒng)稱(chēng)為生膠，大多數(shù)生膠需要經(jīng)過(guò)塑煉后加入各種配合劑混煉、然后才能加工成形，再經(jīng)硫化處理制成各種橡膠制品。

配合劑第三節(jié)橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber塑煉：目的：①減小彈性，提高可塑性；②降低分子量，粘度，改善流動(dòng)性；③提高膠料溶解性和成型粘著性。工藝：生膠在氧（或塑解劑）和加熱情況下，在機(jī)械擠壓、輥軋（剪切作用）或化學(xué)作用下，生膠分子鏈斷鏈，適當(dāng)降低高聚物的分子量，使彈性生膠轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)的加工工藝過(guò)程。50～100萬(wàn)第三節(jié)橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber塑煉設(shè)備：開(kāi)方式煉膠機(jī)（開(kāi)煉機(jī)）優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低缺點(diǎn)：勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境污染、安全性差密閉式煉膠機(jī)（密煉機(jī)）優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高，節(jié)能，勞動(dòng)強(qiáng)度低；缺點(diǎn)：溫度高，冷卻困難，易過(guò)煉，出料為無(wú)定形狀，需要配備相應(yīng)的壓片機(jī)。第三節(jié)橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber塑煉設(shè)備：開(kāi)煉機(jī)密煉機(jī)第三節(jié)橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber混煉：目的：為了提高橡膠制品的使用性能，改進(jìn)橡膠的工藝性能和降低成本，必須在生膠中加入各種配合劑。工藝：將塑煉膠和各種配合劑，用機(jī)械方法使之完全均勻分散的過(guò)程?；鞜捲O(shè)備：開(kāi)煉機(jī)和密煉機(jī)第三節(jié)橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber

第三節(jié)橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber成形：將混煉膠制成所需形狀和尺寸壓延成形、模壓成形、擠出成形、注射成形（同塑料）硫化：通過(guò)改變橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)（線(xiàn)形分子鏈→網(wǎng)狀交聯(lián)）而賦予橡膠彈性，或改善、提高并使橡膠彈性拓展到更寬的溫度范圍。硫化劑在混煉時(shí)加入，但混煉過(guò)程中未發(fā)生硫化。硫化工藝在制品成形后進(jìn)行。硫化條件：溫度140～180℃，一定壓力;或過(guò)飽和蒸汽,常壓.第三節(jié)橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber

壓延成形經(jīng)過(guò)混煉的膠料通過(guò)專(zhuān)用的壓延設(shè)備上兩對(duì)轉(zhuǎn)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，制成具有一定截面尺寸規(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(shí)現(xiàn)掛膠的工藝過(guò)程。特點(diǎn)連續(xù)生產(chǎn)、生產(chǎn)率高尺寸精確、表面光滑、內(nèi)部緊實(shí)應(yīng)用膠片和膠布第三節(jié)橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber

第三節(jié)橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber

模壓成形將預(yù)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(jī)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(dòng)充滿(mǎn)型腔，再經(jīng)一定的持續(xù)加熱時(shí)間后完成硫化，最后經(jīng)過(guò)脫模和修邊后得到制品的成形方法。特點(diǎn)應(yīng)用最早、最多的生產(chǎn)方法需設(shè)測(cè)溫孔、流膠槽第三節(jié)橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber

擠出成形使膠料在擠出機(jī)中塑化和熔融，并在一定溫度和壓力下連續(xù)均勻地通過(guò)機(jī)頭口模擠出，使之成為具有一定的斷面形狀和尺寸的連續(xù)板料的工藝過(guò)程。特點(diǎn)操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)效率高工藝適應(yīng)性強(qiáng)斷面形狀較簡(jiǎn)單、精度較低應(yīng)用輪胎

第三節(jié)橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber

膠料受螺桿推擠、剪切、攪拌，逐漸升溫、塑化、熔融，成為粘流體第三節(jié)橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber

注射成形將膠料直接從機(jī)筒注入閉合模具并硫化的生產(chǎn)工藝。先將膠料加熱塑化呈熔融態(tài)，再高壓注射到模具的模腔中