高分子加工高分子成型加工原理課件

高分子成型加工原理第六章塑料的一次成型★<一次成型>：塑料原材→粘流態(tài)→流動(dòng)→成型→定型（冷卻<熱塑>、交聯(lián)固化<熱固>）→后處理

★<二次成型>：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：①擠出（extrusion）；②注射（injection）；③模壓（molding）；④壓延（calendering）；⑤鑄塑（casting）；⑥傳遞模（transfermolding）；⑦模壓燒結(jié)（moldedsintering）；⑧泡沫塑料（foamplastic）Δ外力Δ6.1擠出成型（擠塑、擠壓、模塑）★定義：借助螺桿或柱塞的擠壓作用，使受熱融化的塑料在壓力推動(dòng)下，強(qiáng)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?！锓N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。（2）擠出機(jī)*基本結(jié)構(gòu)：傳動(dòng)裝置、加料裝置、料筒、螺桿、機(jī)頭與口模。A.螺桿：→→經(jīng)過濾網(wǎng)到機(jī)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(yīng)注意幾個(gè)特征參數(shù)：直徑（D）、長(zhǎng)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。

①直徑（D）：D↑，加工能力↑。擠出機(jī)生產(chǎn)率∝D2，D通常為45~150mm；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18~25；②長(zhǎng)徑比（L<工作部分有效長(zhǎng)度>/D）：L/D↑，改善物料溫度分布，有利于混合及塑化，生產(chǎn)能力↑；B.機(jī)頭與口模：濾網(wǎng)、多孔板、分流器、模芯、口模和機(jī)頸等?！镒饔茫簷C(jī)頭將處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的塑料熔體轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫兄本€運(yùn)動(dòng)，使塑料進(jìn)一步塑化均勻，并導(dǎo)入口模?？谀＝o予塑料熔體所需的形狀?！锝M成：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(dòng)拖曳流動(dòng)*W.H.Darnell等認(rèn)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(duì)固體塞的摩擦力，推力；Fb—

料筒對(duì)固體塞的摩擦力，阻力。

Fbz—Fb在Z軸方向上的分力。流動(dòng)的基本條件：Fbz>FsQ=V·va Q—單位時(shí)間內(nèi)固體物料的流動(dòng)體積；va—物料前進(jìn)速度；V—螺槽截面積。

當(dāng)Fbz=Fs=0時(shí)，物料不發(fā)生任何移動(dòng)；Fbz<Fs，螺桿帶動(dòng)物料轉(zhuǎn)動(dòng)而不移動(dòng)。故，∴，故N↑，D↑，h↑，Q↑（2）熔化過程①整個(gè)熔化過程：②一個(gè)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(jìn)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(jìn)入熔膜以補(bǔ)充熔體流入熔池→→不斷往復(fù)逐漸熔化。（δ—螺桿與料筒間隙）熱傳導(dǎo)當(dāng)熔膜厚度>δA.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）；ф—旋轉(zhuǎn)角（o）；e—螺紋斜棱寬度（cm）；ΔP—均化段料流壓力降（kg/cm2）；δ—螺桿與料筒間隙（cm）；η—塑料熔體粘度（kg·sec/cm2）；L—均化段長(zhǎng)度（cm）。Q=QD-（QP+QL）其中，，，*一般QL值不大，實(shí)際計(jì)算時(shí)常略去。若令，，用機(jī)頭壓力P代替ΔP，則有：Q=AN-B(P/η)→螺桿特征曲線。對(duì)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(dòng)常數(shù)，m—常數(shù)。（4）螺桿和機(jī)頭的特征曲線與擠出機(jī)生產(chǎn)率之間的關(guān)系①螺桿特征曲線牛頓型熔體Q=AN-ΔP(B/η)非牛頓型熔體Q=AN-B’K(ΔP)m→→Q~ΔP在一定的N下繪出曲線。②機(jī)頭特征曲線牛頓型熔體Q=K(ΔP/η)非牛頓型熔體Q=K’K(ΔP)m

對(duì)圓管→→對(duì)不同的D有不同的Q~ΔP曲線。6.1.3擠出成型工藝與過程（自學(xué)）

*工藝過程：原材料準(zhǔn)備和干燥→→擠出成型→→定型→→牽引→→后處理針對(duì)課本P124/式6-5討論θ角、φ角與Q的關(guān)系。看是否能得出課本上的結(jié)論，并解釋理由。作業(yè)：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(jī)的料筒內(nèi)加熱熔化，當(dāng)呈流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在柱塞或螺桿加壓下熔融塑料被壓縮并向前移動(dòng)，進(jìn)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(shí)間冷卻定型后，開啟模具即得制品。這種成型方法是—種間歇操作過程。6.2.2注塑機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理（1）注塑機(jī)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(shí)，保證模具閉合；取制品時(shí)，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(dǎo)向零件、脫模裝置、抽芯機(jī)構(gòu)、加熱或冷卻系統(tǒng)）

分流梭噴嘴模具★注意：①分流梭——在螺桿注射機(jī)中是沒有的；②螺桿：注塑螺桿與擠出螺桿的區(qū)別。

③螺桿和柱塞的雙重功能：i）推擠——活塞；ii）擠壓塑化。

（2）工作原理塑化——充?！骸鋮s——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(yīng)的影響因素：a.料溫：料筒末端溫度：Tf（Tm）~Td之間；b.注射壓力：

c.注射周期和注射速度：

快速注射與慢速注射e.模具溫度：

d.保壓時(shí)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(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化)或冷卻〔對(duì)熱塑性塑料應(yīng)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）壓機(jī)結(jié)構(gòu)（1）模壓成型工藝：加料→合模→加熱熔化→加壓充?！袒四！筇幚?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因素：*特點(diǎn)：加壓預(yù)成型→熔化→加壓充模→固化成型*影響因素：

①溫度——T↑，交聯(lián)反應(yīng)速度↑，固化時(shí)間↓，模壓周期↓。▲溫度過高的缺點(diǎn)：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。

模壓成型工藝（3）層壓成型工藝②模壓壓力——P↑，物料流動(dòng)性↑，制品密度↑，收縮率↓，性能↑?！珘毫^大，則模具壽命↓，設(shè)備功耗↑。③模壓時(shí)間——模壓時(shí)間短，則物料固化不完全(欠熟)，制品物理機(jī)械性能差，外觀無光澤，脫模后易變形；模壓時(shí)間過長(zhǎng)，則會(huì)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→浸膠材料干燥→壓制成型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(shè)備：壓延機(jī)（主要結(jié)構(gòu)：機(jī)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(dòng)系統(tǒng)、安全裝置和加熱冷卻裝置等。）壓延機(jī)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→冷卻定型→輸送→切割、卷?、偃嗽旄锏纳a(chǎn)人造革就是以布(或紙)為基材，在其上復(fù)以聚氯乙烯糊的一種復(fù)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(fù)合于布(或紙)上。擦膠法：上、中、下三輥轉(zhuǎn)速比=1:(1.3~1.5):1貼膠法：上、中、下三輥轉(zhuǎn)速比=1：1：1擦膠法原理圖②軟質(zhì)聚氯乙烯薄膜的生產(chǎn)混合→預(yù)塑化→塑化→壓延→冷卻→卷取

6.5其它成型方法（1）鑄塑成型*分類：靜態(tài)鑄塑、嵌鑄、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(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備較簡(jiǎn)單，成型時(shí)不需加壓，對(duì)制品的尺寸限制較少，制品的內(nèi)應(yīng)力低，質(zhì)量良好；缺點(diǎn)：成型周期較長(zhǎng)，制品的尺寸準(zhǔn)確性較差等。①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(shí)為引發(fā)劑)促進(jìn)劑或固化劑一起倒在模腔中，使其完成聚合或縮聚反應(yīng)，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?！不蚬袒破泛筇幚?常用原料：聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、堿催化聚己內(nèi)酰胺、有機(jī)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(jī)玻璃。②嵌鑄:

又稱封入成型。即在澆鑄的模型內(nèi)放入一預(yù)先經(jīng)過處理的樣品（或零件），然后將準(zhǔn)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(jī)硅、不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂等。③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(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：宜于生產(chǎn)薄壁或厚壁的大型制品，精度更高，后加工量少；缺點(diǎn)：設(shè)備較復(fù)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。④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(zhǎng)度可以是連續(xù)的，厚度取決于膠液的濃度和鋼帶的運(yùn)動(dòng)速度等。*優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：薄膜厚度小（可達(dá)5—10微米）且厚薄均勻、不易帶入機(jī)械雜質(zhì)、透明度高，內(nèi)應(yīng)力小，光學(xué)性能好；缺點(diǎn)：生產(chǎn)速度慢，需耗用大量溶劑，設(shè)備昂貴、成本較高。（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(diǎn)：粘流溫度過高，甚至超過分解溫度。）①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(shí)的各種形狀的預(yù)成型品（錠料），然后將預(yù)成型品加熱到高于其結(jié)晶熔點(diǎn)以上的溫度，使樹脂顆?；ハ嗳劢Y(jié)，形成一密實(shí)的連續(xù)整體，最后冷至室溫即得產(chǎn)品。②工藝流程：選擇樹脂→搗碎過篩→加料預(yù)成型→燒結(jié)→冷卻→成品檢驗(yàn)和后處理（3）傳遞模塑①定義：又稱傳遞成型或注壓成型。是將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(jìn)入模腔成型的一種作業(yè)。②分類：活板式（最常用）、罐式、柱塞式。③工藝流程：固體原材料熔化→加壓流動(dòng)（注模）→固化成型④優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可生產(chǎn)外形復(fù)雜，薄壁或壁厚變化很大、帶有精細(xì)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(diǎn)：成型壓力較高，模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成型浪費(fèi)較大；且工藝條件嚴(yán)格，操作技術(shù)要求高。（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(gè)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。主要有聚氯乙烯、聚