第七章 塑料与塑料成型工艺.ppt

第六章 塑料与塑料成型工艺,第一节 塑料及塑料制品概论,1,、塑料及其分类,塑料是以高分子合成树脂为主要成分，在一定的温度和压力等条件下具有可塑性和流动性，可利用模具成型的一类有机合成材料。,塑料的分类,塑料,组成成分,简单组分塑料,在合成树脂中添加若干的添加剂,有机玻璃,聚苯乙烯,复杂组分塑料,在合成树脂中添加少量的着色剂、润滑剂的助剂,受热特性,热固性塑料,有机玻璃、聚氯乙烯,聚苯乙烯、聚丙烯,热塑性塑料,酚醛树脂、环氧树脂,氨基塑料、有机硅塑料,使用用途,通用塑料,工程塑料,特殊塑料,热塑性塑料,是指在特定的温度范围内能反复加热软化熔融。冷却硬化定型的塑料。,加热,冷却过程可反复地进行多次；,在成型过程中，该塑料主要是发生物理变化，仅有少量化学变化；,变化过程基本上是可逆的。,热固性塑料,是指在初次受热到一定的温度时能软化熔融，可塑制成型，继续加热或加入固化剂后即硬化定型的塑料。,加热,冷却过程可仅能在初次进行；,在成型过程中，该塑料不仅有物理变化，而且还有化学变化；,变化过程基本上是不可逆的。,2,、塑料的特性和应用,质量轻,化学稳定优越,电绝缘性能好,比强度高,减摩，耐磨性能优良，自润滑性好,成型加工方便,粘结性能好,光学性能好,着色性能较强,导热率低,塑料的应用,:,目前，塑料也存在着一些缺点，使其应用受到一定限制。一般塑料的机械强度均不如金属。塑料成型时收缩率较高。塑料对温度的敏感性远比金属或其它非金属材料的大，塑料的使用温度范围远较其它材料的窄。塑料若长期受载荷作用，即使温度不高，其形状会产生“蠕变”，塑料这种渐渐产生的塑件流动是不可塑的，导致塑件尺寸精度丧失。所以，在选择塑料时要注意扬长避短。,塑料制品的应用,:,1,、,农业、渔业：,塑料在农业方面常用的材料有薄膜、管道、片板、绳索和编织袋等。塑料温室，农作物、肥料和药物等的包装,农田水利工程多选用塑料管，农舍建筑、畜牧保护、农业机械及器具、鱼网、养殖浮漂等。,2,、,包装：,塑料作为一种新型包装材料，在包装领域中已获得广泛应用例如各种中空容器、注塑容器,(,周转箱、集装箱、桶等,),包装膜编织袋、泡沫塑料、捆扎绳和打包带等。,3,、交通运输：,汽车、火车、轮船等交通工具及相应的附属设施所用的塑料，按每辆或每艘计，逐年增加。品种有：燃油箱、保险杠、遮阳板、车座、门把手、方向盘、仪表板等。,塑料制品应用的主要领域,4,、电气工业,：,电线、电缆、绝缘体、家用电器、计算机及各种通讯设备等。,5,、化学工业,：塑料耐腐蚀性使塑料化工设备方面得以广泛应用，如制作塔器、贮槽、贮罐、反应器、电镀电解槽、热交换器、烟囱、管道、阀门、泵、衬里等。,6,、仪器仪表,：制造各种部件。,7,、建筑工业,：给水管系统，排水管系统，雨水管、槽系统，电气护套管系统，热收缩管系统，塑料门窗系统，板材，壁纸，地板卷材，地板毡，披叠板系统，平托盘，发泡与实芯硬,PVC,多种异型材，防水材料，堵水材料，装饰装修材料，建筑涂料，外加剂，粘接剂，卫生洁具，家具等等。,8,、航空工业,：飞机用各种增强塑料作结构和覆面材料，常规武器中各种零部件。,9,、国防和尖端工业,：各种烧蚀材料、耐腐材料、增强材料等。,10,、家具,：家用、机关、工厂、学校和公共场所用家具。,11,、体育用具,：各种健身用品。,12,、日用品,：在人们的日常生活中，塑料的应用更广泛，如市场上销售的塑料凉鞋、拖鞋、雨衣、手提包、儿童玩具、牙刷、肥皂盒、热水瓶壳等等。目前在各种家用电器，如电视机、收录机、电风扇、洗衣机、电冰箱等方面也获得了广泛的应用。塑料作为一种新型包装材料，在包装领域中已获得广泛应用，例如各种中空容器、注塑容器,(,周转箱、集装箱、桶等,),，包装薄膜，编织袋、瓦楞箱、泡沫塑料、捆扎绳和打包带等。,13,、医疗,：医用高分子分人工脏器、修复人体缺陷和制作医疗器械三大类。如人工血管、心脏瓣膜、食道、气管等；人工耳朵、人工皮肤、人工关节等；输液器、输血袋、注射器、插管、检验用品、病人用具、手术室用品等。,第二节 塑料的成型工艺性能,塑料的成型特性有：,流动性、,收缩性、收缩率、比容和压缩、结晶性、相容性、热敏性、固化和熔体破裂、熔结痕、内应力、制品的后处理,。,流动性,成型加工时塑料熔体在一定的温度和压力作用下充满型腔的各个部分的能力。,流动性差,充模能力不足，产生缺料等缺陷,流动性差,充模能力太好，产生飞边等缺陷,收缩性,成型加工所得到的塑料制品，其尺寸总小于常温下的模具成型尺寸，这种性质称为塑料的收缩性。,造成收缩的因素,热胀冷缩塑料品种成型工艺,模具结构,塑件结构,收缩率的影响因素：,压力、温度、时间,塑料的收缩性用收缩率表示,结晶性,是指塑料在冷却固化过程中，树脂分子能够有规则的排列，形成一定的晶相结构的现象。,具有结晶性的塑料称为结晶性塑料,无结晶现象的塑料称为无定形塑料,吸湿性,是指塑料吸收水分的倾向,吸湿性较高的塑料在成型加工前应进行,干燥处理,热敏性,是指塑料对热比较敏感，成型时若温度过高或受热时间过长会发生变色、降解、分解的现象。具有这种特性的塑料称为热敏性塑料。,防止热敏性塑料变色、分解的措施：,添加稳定剂、调节温度、控制成型周期,应力开裂,是指部分塑料在成型时容易产生内应力，质地较脆，制品在成型、储运和使用过程中在外力等作用下而产生开裂现象。,熔体破裂,是指一定熔融指数的塑料熔体在恒定的温度下通过固定截面的细小孔径时，当流速超过某一速度值时就会在熔体表面产生横向裂纹的现象。,比容,是单位重量的松散塑料所占有的体积。,压缩率,是松散塑料的体积与同重量塑料的体积之比。,用它们可计算出每模塑料需要的注射量（,cm,3,）或模具加料腔的容积尺寸。注射量是决定设备的主要条件。,比容和压缩率,固化速度,热固性塑料在成型时树脂分子从线型结构转化为体型结构的过程。,固化速度慢的塑料成型周期长、生产率低；,固化速度快的塑料难以成型大型复杂制品；,衡量塑料成型性能的性能指标：,热固性塑料：,收缩性、流动性、比容、压缩性、固化速度等；,热塑性塑料：,收缩性、流动性、结晶性、吸湿性、热敏性、应力开裂、熔体开裂等。,第三节 塑料的工艺性,塑料制品（简称塑件）的工艺性，是指塑料制品成型生产的难易程度。,塑料制品工艺性的好坏，会影响塑件的成型质量，影响模具制造难度程度和生产成本及生产率的高低。,塑料制品的工艺性主要包括：塑件尺寸及精度、表面粗糙度、脱模斜度、壁厚、加强筋、支承面和凸台、圆角、孔、侧孔和侧凹、金属镶嵌件、螺纹、齿轮、文字、符号及标记等。,在满足使用要求的前提下，对塑料制品的设计要求是，既要美观大方，又要符合塑料成型工艺的特点。,一、塑件的形状,塑料制品形状的设计包括脱模斜度、制品壁厚、加强筋、圆角、孔、支承面、标志及花纹等的设计。在设计时，除满足使用要求外，还一方面要使模具结构尽量简单，另一方面要使制品的几何形状能适应成型工艺的要求，以提高制品的质量。,制品壁厚首先应决定于使用要求，但根据成型工艺的要求，应尽量使制品的各部分壁厚均匀，避免有的地方太厚或有的地方太薄，否则，成型后因收缩不均匀会使制品变形或产生缩孔、凹陷、烧伤以及填充不足等缺陷。,制品壁厚,圆角,为了避免应力集中和提高塑料制品的强度改善熔体的流动情况和便于脱模，在制品各内外表面的连接处，均应采用过渡圆弧。制品上的圆角对于模具制造、提高模具的强度也是必要的。,加强筋,加强筋的作用是，在不增加制品厚度的条件下增加制品的刚度和强度在制品中适当设置加强筋，还可以防止翘曲变形。,脱模斜度,为了使塑料制品易于从模具内拔出，在设计时必须保证制品的内、外壁具有足够的脱模斜度。,脱模斜度与塑料的品种和制品的形状、模具结构等有关，一般情况下脱模斜度取,1,2,，最小为,30,。,孔,制品上各种孔的位置应尽可能开设在不减弱制品的机械强度的部位，孔的形状也应力求不增加棋具制造工艺的复杂性；孔间距、孔边距不应太小。,二、嵌件,塑料制品中镶入嵌件的目的是增强制品局部的强度、硬度、耐磨性、导电性、导磁性，或是增加制品尺寸和形状的稳定性，或是降低塑料的消耗。嵌件的材料有金属、玻璃、木材和已成型的塑料等，其中金属嵌件用得最为普遍。,三、花纹、标记和文字,塑料制品的花纹、标记和文字应保证易于成型和脱模，并便于模具制造。,四、螺纹,在制品上直接成型的螺纹不能达到高精度，一般低于,IT8,级在经常装卸和受力较大的地方不宜采用塑料螺纹，而应在塑料中装入金属的螺纹嵌件。,塑料螺纹应选用较大的螺牙尺寸，直径较小时不要选用细牙螺纹，否则会影响使用强度。,塑件上螺纹的直径不宜太小，外径不小于,4mm,，内径不小于,2mm,塑件螺纹与金属螺纹的配合长度一般不超过螺纹直径的,1.5,2,倍，否则会囤螺距收缩发生干涉，降低螺纹连接强度。,五、尺寸精度,塑件制造精度是指所获塑件尺寸与产品图中相应尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度。,塑料制品的精度分为,8,个等级。,一般不采用,1,、,2,级精度，精度太高；,常用的为,3,6,级；,7,8,太低，仅对未注公差的尺寸使用,影响塑件尺寸精度的原因：,模具制造精度、模具成型零件工作尺寸精度，应比塑件相应尺寸精度高个等级；,模具磨损的影响，如模具型腔磨损会使塑件外型尺寸变大，型芯磨损使塑件内孔尺寸变小；,成型工艺条件变化，如成型时温度过高，实际收缩率增大，冷却后有关尺寸变小；,塑件成型后的时效变化，引起塑件变形，造成尺寸变化。,第四节 塑料注射成型工艺与设备,一、注射成型产品示例,主要用于热塑性塑料的成型，少量用于热固性塑料的成型。,二、普通注射成型工艺,普通注射成型工艺是在热塑性塑料通用注塑机上进行的注塑成型工艺。,其工作原理：,注射成型,是将塑料加热熔融塑化后，在柱塞或螺杆加压下，物料通过机筒前端的喷嘴快速注入温度较低的闭合模具内，经过冷却定型后，开启模具即得制品。,注射成型,是一种间歇式的操作过程，可生产结构复杂的制品，其成型制品占目前全部塑料制品的,20,30,，是塑料成型加工中重要方法之一。,生产周期短、生产效率高；,能成型形状复杂、尺寸精确或带嵌件的制品；,成型塑料品种多；,易于实现自动化。,注塑成型特点,三、特种注射成型工艺,热固性塑料成型工艺,热固性塑料注塑多在螺杆式注射机上进行，成型物料首先在温度较低的料简内预塑化到半熔融状态，在随后的注射充模过程中因受到进一步塑化而达到最佳流动状态，注入高温模腔后，经一定时间的交联固化反应而成为制品。,酚醛塑料在注射成型过程中的粘度变化,热（无）流道注射成型工艺,热流道注射成型工艺是利用热流道模具成型塑件的一种注射成型工艺方法。,注射过程中模具浇注系统内的熔料不会凝固，也不随塑件脱模。,绝热流道,半绝热流道,加热流道,气体辅助注射成型工艺,气体辅助注射成型工艺是先将模具型腔注入塑料熔体，再向塑料熔体中注入压缩空气，借助气体的作用推动塑料熔体充填到模具型腔的各个部分，使塑件最后形成中空断面而保持完整外形的成型工艺方法。,三、塑料注射机的类型和结构组成,塑料注射机的组成,注射机,用途,热塑性塑料通用注射机,塑化方式,柱塞式注塑机,螺杆式注塑机,外形,直角式注射机,专用塑料注射机,卧式注射机,立式注射机,注射吹塑机,排气注射机,热固性塑料注射机,发泡注射机,塑料注射机的结构组成,注射装置锁,(,合,),模装置,液压传动系统电器控制系统,机架,1,、注射装置,是注射机的主要部分，将颗粒状或粉状的固体塑料原料均匀塑化成熔融状态，并以适当的速度和压力将一定量的塑料熔体注射进模具型腔。,注射装置主要由塑化部件、料斗、注射和移动液压缸、计量装置和传动装置等组成。其中塑化部件是主要部分，由螺秆,(,柱塞,),、料简、加热器和喷嘴组成。,实现模具可靠地开合，提供必要的行程；在注射和保压时，提供足够的锁模力；提供推出塑件的推出力和相应的行程。,2,、锁,(,合,),模装置,液压传动和电器控制系统是保证注射机按塑化、注射、固化成型各个工艺过程的预定要求,(,如温度、压力、速度、时间等,),和动作程序淮确有效地工作。液压系统主要由各个液压油缸、管道、各类阀件和其他液压元件组成，电器控制系统主要由各种仪器和仪表组成。,3,、液压传动和电器控制系统,4,、机架,是将注射装置、锁,(,合,),模装置、液压传动系统和电器控制系统等组合在一起，同时作为液压系统的油箱。,四、塑料注射机的规格及其与模具的关系,塑料注射机的主要技术参数,1,、注射量,注射量是指注射机进行一次注射成型所能注射出的最大容积。,注射量决定了一台注射机所能成型塑件的最大体积。,注射量：,公称注射量,和,理论注射量,公称注射量,公称注射量是指在对空注射条件下，注射螺杆或柱塞作一次最大注射行程时，注射机所能达到的最大注射量。,理论注射量,理论注射量是指注射机在理论上能够达到的最大注射量。,注射机的注射量与塑件体积的关系,2,、合模力,是指在注射成型时注射机合模装置对模具施加的夹紧力。,在一定程度上决定了成型塑件的最大分型面的面积,3,、模板尺寸和拉杆间距,模具的最大外形尺寸不能超过注射机的动模、定模模板的外形尺寸；同时还必须保证模具能通过拉杆间距安装到动、定模上。,5,、开模行程,4,、最大和最小模具厚度,6,、顶出机构参数,顶出机构的形式：,中心机械顶出,和,两侧机械顶出,中心机械顶出机构应设计应保证注射机的顶杆顶在模具推板的中心位置。,两侧机械顶出机构应保证注射机的顶杆能够顶到模具的推板上。,7,、喷嘴的头部尺寸,五、注射成型工艺条件,1,、温度,正确的注射成型工艺可以保证塑料熔体良好塑化，顺利充模、冷却与定型，从而生产出合格的塑料制件。,温度、压力、时间,注射成型过程需要控制的温度有,料筒温度、喷嘴温度和模具温度,等，其中前两种温度主要是影响塑料的塑化和流动，而后一种温度主要是影响塑料的流动与冷却。,高低,料筒温度的选择与塑料的特性有关，每种塑料且有不同的流动温度。为了使塑料能正常流动，一般料筒温度必须高于,粘流温度（熔点）,，但还须低于塑料的,分解温度,。,料筒温度,喷嘴温度,喷嘴温度过低，熔料易凝固、堵塞喷嘴；或者进入模腔而影响塑件质量。,喷嘴温度过高易产生流涎现象。,喷嘴温度应低于料筒的前端温度,模具温度对塑件的内在性能及外观质量有很大影响。,模具温度,模具温度过低，熔体冷却速度快，外观差；同时内应力加大，容易产生翘曲变形或应力开裂。,模具温度过高影响塑件的形状和尺寸精度。,2,、压力,注射成型工艺过程巾的压力，包括,塑化压力,和,注射压力,两种，它们直接影响塑料的塑化和塑件的质量。,注射机的注射压力指柱塞或螺杆头部对单位面积的塑料熔体所施加的作用力，其作用是克服塑料熔体从料筒流向型腔的流动阻力，给予熔体一定的充模速率以及对熔体压实等。,注射压力,注射压力过高，易产生飞边等外观缺陷，同时塑件冷却后对型芯和型腔的包紧力加大，脱模困难；局部内应力加大，易产生裂纹。,注射压力过低，充模不足。,塑化压力（背压）,注射机的塑化压力指在加料塑化过程中螺杆转动后退时料筒前端的熔料所具有的压力。,提高背压有助于提高熔体的温度及熔体温度的均匀性，有利于色料的均匀混合和容体内空气的排除；,背压过高会导致塑料的降解、变色。,保压压力,熔料充满型腔后，螺杆或柱塞必须保持对料筒内熔料的压力。目的主要是补缩。,保压压力高，塑件的密度高，尺寸收缩量小；但塑件的内应力加大。,3,、时间,成型周期：完成一次注塑全过程所需要的时间，也称为模塑周期。,成型周期包括：,注射时间（充模时间、保压时间、合模冷却时间,),和其它时间,（开模、脱模、涂脱模剂、安放嵌件、闭模等。,充模时间反比于充模速率，一般,3,5s,；,保压时间就是对型腔内塑料的压实时间，在整个周期中占的比例较大，一般为,20,120s,（特厚制品,5,10min,）。,冷却时间主要决定于制品的厚度，塑料的热性能和结晶性能，以及模具温度等，其终点主要以保证制品脱模时不引起变形为原则。一般为,30,120s,。,第五节 塑料挤出成型,挤出成型,是借助螺杆或柱塞的挤压作用，使塑化均匀的塑料强行通过机头成为的连续制品，如管、板、丝、薄膜、电线电缆等。挤出成型是塑料成型加工中重要方法之一。又叫挤塑、挤压、挤出模塑。,一、挤出方法和原理,1,、管材挤出成型,加料,在螺杆中熔融塑化,机头口模挤出,定型,冷却,牵引,切割,2,、薄膜挤出成型,平挤上吹、平挤平吹和平挤下吹法,工艺过程：挤出膜管,-,吹膜,-,冷却,-,牵引,-,卷取,3,、中空制品挤出成型,管材是塑料挤出成型的主要产品之一。挤管就是将粒状或粒状塑料从料斗加入挤出机，经加热成熔融的料流螺杆旋转的推力使熔融料通过机头的环形通道形成管状物，经冷却定型成为管材的生产过程。,二、挤出成型设备,单螺杆挤出机,双螺杆挤出机,常用螺杆形式,薄膜挤出吹塑机,中空成型吹塑机,三、管材挤出成型工艺条件,1,、温度,温度、挤出速率、牵引速度,挤出成型过程需要控制的温度有,料筒温度、模具温度,。,模具需控制,进料端,和,出料端,的温度。,模具温度过低，熔体冷却速度快，外观差；同时内应力加大，容易产生翘曲变形或应力开裂。,模具温度过高影响塑件的形状和尺寸精度。,2,、挤出速率,挤出速率取决于螺杆转速,转速高，有利于生产效率的提高；,转速太高，导致塑化质量降低，影响管材质量。,3,、牵引速度,牵引速度应于挤出速率相匹配,4,、压缩空气压力,压力稳定，一般压力在,第六节 压缩成型和压塑成型,一、压缩成型原理和过程,压缩模塑是将粉状、粒状、碎屑状或纤维状的塑料放入加热的阴模中，合上阳模后加热使其熔化，并在压力的作用下，使物料充满模腔，形成与模腔形状一样的模制品，再经加热或冷却，脱模后即得制品。从工艺角度看，上述过程可分为三个阶段：流动阶段、胶凝阶段、硬化阶段。,二、压注成型原理和过程,热固性塑料注射模成型工艺过程,三、成型工艺条件,成型温度、成型压力、成型时间,1,、成型温度,压塑成型和压注成型过程需要控制的温度有,模具温度,。,2,、成型压力,液压机对塑件在垂直加压方向的平面上单位投影面积的作用力。,3,、成型时间,从合模加压到开模取件的这一段时间。,