注塑工艺设计,橡胶混炼与硫化工艺设计

目录
第一部分橡胶的塑化、混炼及硫化实验
1．实验目的------------------------------------------------------------------------------------2 2．实验设备及工作原理---------------------------------------------------------------------2 3．配方及实验步骤---------------------------------------------------------------------------3 4．影响因素------------------------------------------------------------------------------------4 5．试验数据及其分析------------------------------------------------------------------------6
第二部分聚乙烯注射成型工艺试验
1．实验目的------------------------------------------------------------------------------------8 2．注塑机的结构和功能 ----------------------------------------------8 3．注塑机的工作原理和操作过程---------------------------------------------------------10 4．聚乙烯的主要成型条件 -------------------------------------------11 5．热塑性塑料注塑成型常见问题及原因 -------------------------------11 6．数据记录与分析 -------------------------------------------------13
6.1 聚乙烯的注塑工艺参数 -----------------------------------------13
6.2成型制品的图像-----------------------------------------------------------------------17
6.3数据分析 -----------------------------------------------------18 7．各种工艺参数的影响 ---------------------------------------------18
7.1温度的影响 ---------------------------------------------------18
7.2 注射压力的影响 -----------------------------------------------18
7.3 保压压力的影响 -----------------------------------------------18
7.4保压时间的影响 -----------------------------------------------18
7.5流量的影响-----------------------------------------------------------------------------19
第三部分总结---------------------------------------------------------------------------------------19课程设计总结
附录 ----------------------------------------------20 参考文献 --------------------------------------------------------20
第一部分橡胶的塑化、混炼及硫化实验
1、实验目的
橡胶配合与混炼工艺实验主要内容是根据实验配方，准确称量生胶、各种配合剂的用量，将配合剂与生胶混合均匀并达到一定分散度，制备符合性能要求的混炼胶。

该实验的目的是使学生熟悉并掌握橡胶配合方法，熟练掌握开炼机混炼的操作方法、加料顺序，了解开炼机混炼的工艺条件及影响因素，熟悉无转子硫化仪的操作及对实验影响的因素，培养对曲线分析的能力，了解天然橡胶和丁苯橡胶的基本性质与用途。

进行混炼操作的能力。

2、实验设备及工作原理
2.1 TR-502BD开炼机
开炼机混炼的工作原理是利用两个平行排列的中空辊筒，以不同的线速度相
对回转，加胶包辊后，在辊距上方留有一定量的堆积胶，堆积胶拥挤、结塞产生许多缝隙，配合剂颗粒进入到缝隙中，被橡胶包住，形成配合剂团块，随胶料一起通过辊距时，由于辊筒线速度不同产生速度梯度，形成剪切力，橡胶分子链在剪切力的作用下被拉伸，产生弹性变形，同时配合剂团块也会受到剪切力作用而破碎成小团块，胶料通过辊距后，由于流道变宽，被拉伸的橡胶分子链复卷曲状态，将破碎的配合剂团块包住，使配合剂团块稳定在破碎的状态，配合剂团块变小。

胶料再次通过辊距时，配合剂团块进一步减小，胶料多次通过辊距后，配合剂在胶料中逐渐分散开来。

采取左右割刀、薄通、打三角包等翻胶操作，配合剂在胶料中进一步分布均匀，从而制得配合剂分散均匀并达一定分散度的混炼胶。

2.2 无转子硫化仪
无转子硫化仪工作原理是测定胶料在硫化过程中剪切模量的变化，而剪切模量与交联密度成正比，因此测定结果反映了胶料在硫化过程中交联程度的变化，可以测出胶料初始黏度、焦烧时间、硫化速度、正硫化时间和过硫返原性等重要参数。

能耗，增加炼胶机的负荷，易使设备损坏。

如果装胶量过少，堆积胶没有或太少，吃粉困难，生产效率太低。

因此，开炼机混炼时装胶量要合适。

当炼胶量较少时，为了保证棍距上方留有适量的堆积胶，可通过调整挡胶板的距离来实现。

4.3 辊距
减小辊距，剪切变形速率增大，橡胶分子链和配合剂团块受到的剪切作用增大，配合剂团块容易破碎，因此有利于配合剂的分散，但橡胶分子链受剪切断裂的机会也增大，容易使分子链过度断裂，造成过炼，橡胶分子量降得过低，使胶料的物理机械性能降低。

辊距过大，剪切作用大小，配合剂不易分散，给混炼操作带来困难。

因此开炼机混炼时，辊距要合适。

4.4 速比与辊速
速比和辊速增大，对混炼效果的影响与减小银距的规律一致，会加快配合剂的分散，但对橡胶分子链剪切也加剧，易过炼，使胶料物性降低，使胶料升温加快，能耗增加。

速比过小，配合剂不易分散，生产效率低。

开炼机混炼的辊筒速比一般在1. 15 - 1.27 范围内。

4.5 辊温
随辊温升高，胶料的粘度降低，有利于胶料在固体配合剂表面的湿润，吃粉加快; 但配合剂团块在柔软的胶料中受到的剪切作用会减弱，不容易破碎，不利于配合剂的分散，结合橡胶的生成量也会减少。

因此开炼机混炼时辊筒的温度要合适。

由于温度对不同胶料包根性的影响不同，因此不同胶料混炼时辊温也应不同。

NR 包热辊，前辊温度要高于后辊;而大多数合成橡胶包冷辊，前辊温度要低于后辊。

4.6 加料顺序
混炼时加料顺序不当，轻则影响配合剂分散不均，重则导致焦烧、辊脱或过炼，加料顺序是关系到混炼胶质量的重要因素之一，因此加料必须有一个合理的顺序。

加料顺序的确定一般遵循用量小、作用大、难分散的配合剂先加，用量多、易分散的配合剂后力口，对温度敏感的配合剂后加，硫化剂与促进剂分开加等原则。

因此开炼机混炼时，最先加入生胶、再生胶、母炼胶等包辊，如果配方中有固体软化剂如石蜡，可在胶料包辑后加入，再加入小料如活化剂(氧化传、硬脂酸)、促进剂、防老剂、防焦剂等，再次加炭黑、填充剂，加完炭黑和填充剂后，再加液体软化剂，如果炭黑和液体软化剂用量均较大时，两者可交替加入，最后加硫化剂。

如果配方中有超速级促进剂，应在后期和硫化剂一起加。

配方中如有白炭黑，因白炭黑表面吸附性很强，粒子之间易形成氢键，难分散，应在小料之前加入，而且要分批加入。

对NBR，由于硫黄与其相容性差，难分散，因此要在小料之前加，将小料中的促进剂放到最后加。

4.7 加料方式
加料方式不同也会影响吃粉速度和分散效果。

如果配合剂连续加在某一固定位置，其它部位胶料不吃粉，相当于减少了吃粉面积，吃粉时间延长，吃粉慢，配合剂由吃入位置分散到其他地方需要的时间延长，因此也不利于配合剂的分散。

加料时应将配合剂
沿辊筒轴线方向均匀撒在堆积胶上，使堆积胶上都覆盖有配合剂，这样会缩短吃粉时间，也有利于配合剂在胶料中的分散，缩短混炼时间，较小对橡胶分子链的剪切破坏。

5、实验数据及其分析
5.1天然橡胶曲线图
在2min以内，曲线呈下降趋势，由于在这一阶段出现焦烧现象，2min到40min 曲线上升，没有出现热硫化现象，实验失败。

5.2丁苯橡胶曲线图
如图二，设置参数温度为180℃，硫化时间为40min，在该曲线上，出现很短时间内呈下降趋势，当达到1min左右趋于上升处在热硫化阶段，在1min至32min依旧处于上升阶段，无平坦期和够硫化阶段，其原因在于硫化时间太短。

第二部分聚乙烯注塑成型工艺
1．实验目的
1.1 掌握PE、PP等材料的性能和基本用途。

1.2了解螺杆式注塑机的结构、性能参数、操作规程及注塑工艺参数的设定及调
掌握注塑机的基本操作技能。

1.3 熟悉工艺参数对实验的影响。

2．注塑机的结构和功能
注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传达动系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。

（1）注塑系统
注射系统的作用：注射系统是注塑机最主要的组成部分之一，一般有柱塞式、螺杆式、螺杆预塑柱塞注射式3种主要形式。

目前应用最广泛的是螺杆式。

其作用是，在注塑料机的一个循环中，能在规定的时间内将一定数量的塑料加热塑化后，在一定的压力和速度下，通过螺杆将熔融塑料注入模具型腔中。

注射结束后，对注射到模腔中的熔料保持定型。

注射系统的组成：注射系统由塑化装置和动力传递装置组成。

螺杆式注塑机塑化装置主要由加料装置、料筒、螺杆、射咀部分组成。

动力传递装置包括注射油缸、注射座移动油缸以及螺杆驱动装置（熔胶马达）
（2）合模系统
合模系统的作用：合模系统的作用是保证模具闭合、开启及顶出制品。

同时，在模具闭合后，供给予模具足够的锁模力，以抵抗熔融塑料进入模腔产生的模腔压力，防止模具开缝，造成制品的不良现状。

合模系统的组成：合模系统主要由合模装置、调模机构、顶出机构、前后固定模板、移动模板、合模油缸和安全保护机构组成。

（3）液压系统
液压传动系统的作用是实现注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足注塑机各部分所需压力、速度、温度等的要求。

它主要由各自种液压元件和液压辅助元件所组成，其中油泵和电机是注塑机的动力来源。

各种阀控制油液压力和流量，从而满足注射成型工艺各项要求。

（4）电气控制系统
电气控制系统与液压系统合理配合，可实现注射机的工艺过程要求（压力、温度、速度、时间）和各种程序动作。

主要由电器、电子元件、仪表、加热器、传感器等组成。

一般有四种控制方式，手动、半自动、全自动、调整。

（5）加热/冷却系统
加热系统是用来加热料筒及注射喷嘴的，注塑机料筒一般采用电热圈作为加热装置，安装在料筒的外部，并用热电偶分段检测。

热量通过筒壁导热为物料塑化提供热源；冷却系统主要是用来冷却油温，油温过高会引起多种故障出现所以油温必须加以控制。

另一处需要冷却的位置在料管下料口附近，防止原料在下料口熔化，导致原料不能正常下料。

（6）润滑系统
润滑系统是注塑机的动模板、调模装置、连杆机铰等处有相对运动的部位提供润滑条件的回路，以便减少能耗和提高零件寿命，润滑可以是定期的手动润滑，也可以是自动电动润滑；
（7）安全保护与监测系统
注塑机的安全装置主要是用来保护人、机安全的装置。

主要由安全门、液压阀、限位开关、光电检测元件等组成，实现电气——机械——液压的联锁保护。

监测系统主要对注塑机的油温、料温、系统超载，以及工艺和设备故障进行监测，发现异常情况进行指示或报警。

3．注塑机的工作原理和操作过程
注塑机的工作原理：与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。

注塑成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料—熔融塑化—施压注射—充模冷却—启模取件。

取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。

注射模具安装在注射机的动模板和定模板上，由锁模装置合模并锁紧，塑料在料筒内加热呈熔融状态，由注射装置将塑料熔体注入型腔内，塑料制品固化冷却后由锁模装置开模，并由推出装置将制品推出。

注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制系统操作和液压系统操作三个方面。

分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出型式的选择，料筒各段温度的监控，注射压力和背压压力的调节等。

一般螺杆式注塑机的成型工艺过程是：首先将粒状或粉状塑料加入机筒内，并通过螺杆的旋转和机筒外壁加热使塑料成为熔融状态，然后机器进行合模和注射座前移，接着向注射缸通人压力油，使螺杆向前推进，从而以很高的压力和较快的速度将熔料注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间和压力保持（又称保压）、冷却，使其固化成型，便可开模取出制品。

注塑成型的基本要求是塑化、注射和成型。

塑化是实现和保证成型制品质量的前提，而为满足成型的要求，注射必须保证有足够的压力和速度。

同时，由于注射压力很高，相应地在模腔中产生很高的压力，因此必须有足够大的合模力。

由此可见，注射装置和合模装置是注塑机的关键部件。

4．聚乙烯的主要成型条件
料筒温度：料筒温度主要是与PE的密度高低和熔体流动速率大小有关，另外还与注塑机的类型和性能，一级塑件的形状有关。

由于PE为结晶型聚合物，在熔融时晶粒要吸收一定热量，因此料筒温度应高于它的熔点10度。

度于LDPE来说，料筒温度控制在140-200℃，HDPE的料筒温度控制在220℃，料筒后部取最小值，前端取最大值。

模具温度：模温对塑件的结晶状况有较大影响，模温高，熔体结晶度高，强度高，但收缩率也会增大。

通常LDPE的模具温度控制在30℃～45℃，而HDPE的温度相应再高10-20℃。

注塑压力：提高注塑压力有利于熔料的充模，由于PE的流动性很好，因此除薄壁细长制品外，应该精良选择较低的注射压力，一般注射压力为50-100MPa。

形状简单。

壁后较大的塑件，注射压力可以低些，反之则高。

5．热塑性塑料注射成型常见问题及原因
（1）制品填充不足
1)料桶，喷嘴及模具的温度偏低 2)加料量不足
3)料桶内的剩料太多 4)注射压力太小
5)注射速度太慢
6)流道和浇口尺寸太小，浇口数量不够
7)型腔排气不良 8)注射时间太短
9)浇注系统发生堵塞 10)塑料的流动性太差（2）制品有溢边
1)料桶，喷嘴及模具温度太高
2)注射压力太大，锁模力太小
3)模具密合不严，有杂物或模板已变形
4)型腔排气不良 5)塑料的流动性太好
6)加料量过大。

（3）制品有气泡
1)塑料干燥不够，含有水分 2)塑料有分解
3)注射速度太快
5)麻烦温太底，充模不完全 4)注射压力太小
6)模具排气不良 7)从加料端带入空气（4）制品凹陷
1)加料量不足 2)料温太高
3)制品壁厚与壁厚相差过大 4)注射和保压的时间太短5)注射压力太小 6)注射速度太快
7)浇口位置不恰当。

（5）制品有明显的熔合纹
1)料温太低，塑料的流动性差 2)注射压力太小
3)注射速度太慢 4)模温太低
5)型腔排气不良 6)塑料受到污染。

（6）制品的表面有银丝及波纹
1)塑料含有水分和挥发物 2)料温太高或太低
3)注射压力太小 4)流道和浇口的尺寸太大5)嵌件未预热回温度太低 6)制品内应力太大。

（7）制品的表面有黑点及条纹
1)塑料有分解
2)螺杆的速度太快，背压力太大
3)喷嘴与主流道吻合不好，产生积料
4)模具排气不良5)塑料受污染或带进杂物
6)塑料的颗粒大小不均匀。

（8）制品翘曲变形
1)模具温度太高，冷却时间不够
2)制品厚薄悬殊
3)浇口位置不恰当，切浇口数量不合适
4)推出位置不恰当，且受力不均
5)塑料分子定向作用太大。

（9）制品的尺寸不稳定
1)加料量不稳定
注射四段三段二段一段压力bar 65 65 110 120 流量(％) 35 35 80 90 时间（s）0.0 0.0 5.0 5.0 ③保压压力同上一组参数
第十二组参数
①温度不变，同上一组数据。

②注射压力
注射四段三段二段一段压力bar 65 65 110 120 流量(％) 35 35 80 90 时间（s）0.0 0.0 6.0 6.0 ③保压压力同上一组参数。

第十三组参数
①温度不变，同上一组数据。

②注射压力
注射四段三段二段一段压力bar 65 65 110 120 流量(％) 35 35 80 90 时间（s）0.0 0.0 6.0 6.0 ③保压压力
保压三段二段一段
压力bar 35 45 75
流量(％) 25 39 50
时间（s）0.0 0.0 5.0 6.2 制品图像
从左至右分别为1，6，10，12。

6.3数据分析
注射成型的关键控制因素主要有温度，注射压力，保压压力、流量，在PE扁平试样中，第一组数据是厚度较小片状模型且工艺参数调好的情况下生产出的产品。

第二组数据是在模具厚度变厚其工艺参数不变的情况下生产出的产品，有明显的溢出现象，其原因在于薄的制品要求其流动性好，一旦换为厚模具时，由于其流动性好，容易溢出模具。

第三组数据是通过降低温度和注射压力，制品大小有较小的变化，第四组数据是通过继续降低温度和注射压力，制品有一定的变小。

第五组数据是通过降低流量和注射压力，制品有了一定的改善。

第六组数据是通过降低流量，样品边缘有微量变化，第七组数据是通过降低压力，制品无明显的多于边缘。

第八组数据是通过继续降低流量无明显变化，第九组数据是通过降低注射压力和保压压力，制品比较完美。

7各种工艺参数的影响
7.1温度的影响
成型温度指注射料筒温度、模具温度等。

PE加工时应特别注意喷头温度，一般控制在前端温度的70%左右。

温度过高，虽然熔体流动较好，但会出现熔料的收缩甚至缩孔物料韧性变差，对斜主流道脱模不利；温度过低会使制品粘接不牢强度较差，对斜主流道脱模也不利。

料筒温度通常应控制在 180-260℃，模具温度控制为45-60℃,此时，产品质量稳定，应力小，指标均好。

7.2 注射压力的影响
注射速度对产品的表面质量和产品尺寸有着较大的影响。

降低注射速度，保证模具内部应力相对均匀，保证零件尺寸的稳定性，速度过慢又会增大表面应力，电镀工艺性变差。

注射速度过快，熔体流动过程中会夹杂部分气体，在产品表面形成气泡等，同时产品的致密度下降，易形成缩瘪和尺寸偏小。

注射压力的设定主要是起到保护模具和设备的作用，注过程控制以速度控制为主。

如果注塑压力过低。

无法满足速度控制所需的压力时，按设定的注塑压力以恒定的压力进行注射，时熔体的流动速度会失控。

因此注射压力的设定应该略高于实际所需的压力，以保证产品质量。

7.3 保压压力
在保压阶段，保压压力必须足够大时才能克服浇口阻力进行补缩，而浇口阻力由于熔体粘度增加而加大。

提高保压压力会使凝固推迟，有助于减少制品收缩率。

保压压力对制品的密度也有很大的影响，提高保压压力，可以提高制品的密度；但是保压压力过高会增加制品的内应力，使制品难以脱模。

7.4 保压时间
保压时间和制品重量之间呈现一种非线性关系。

在保压的初期阶段，制品重量随保
压力过早切换，模内熔体在浇口冻封之前发生倒流，导致制品由于补缩不足而出现孔穴，凹陷及内部质量下降等，制品收缩率加大，密度变小。

但是过长的保压时间不仅会延长成型周期，增加能耗，而且会引起浇口处的应力集中，制品断裂。

7.5流量
注射的流量会影响到制品的出料量以及制品的外观和饱满度，也是保证制品质量的一个重要因素。

第三部分课程设计总结
一周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。

在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。

学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．
这次课程设计我们初步了解了注塑的原理和操作，也学会了简单的橡胶配合方法，掌握了塑炼和混炼的操作；学会了从硫化曲线找到正硫化时间。

这次设计让我们有了从理论到实践的经历，收获颇多。

同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。

由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。

8．参考文献
[1] 于清溪. 世界橡胶工艺设备发展趋势探密. 世界橡胶工业，2002，8 .
[2] 混炼技术近期发展趋势. Rubber World. 2003，227，3，24~31.
[3] 李德群，张宜生等，现代塑料注射成型的原理、方法与应用.上海：上海交通
大学出版社，2005
[4] 江波，等. 新型混炼技术应用研究. 2005 年橡胶机械年会及创新经验交流会，
2005，9.
[5] 王志新，张华，葛宜远编著. 现代注塑机控制. 北京：中国轻工业出版社，2001.
[6] 王永平等，注塑模具设计经验点评.北京：机械工业出版社，2004
[7] 周达飞，唐颂超，高分子材料成型加工.上海：中国轻工业出版社，2005
化学化工学院课程设计评分表（Ⅰ)
专业班级高分子1101 姓名项殿伟学号__201106190116_____
注：按优（90-100分）、良（80-89分）、中（70-79分）、及格（60-69分）、不及格（60分以下）五档制评定成绩。

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