聚合物加工原理第10章二次成型-周达飞

形变和粘性(塑性)形变，得
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二次成型过程 对于Tg比室温高得多的无定形聚合物：
先将聚合物材料在Tg～Tf温度范围内加热，使之产 生形变并成型为一定形状，然后将其置于接近室 温下冷却，使其形变冻结并固定其形状。
对于部分结晶的聚合物：
在接近熔点Tm的温度下进行，此时粘度很大，成 型形变情况与无定形聚合物一样，但其后的冷却 定型与无定形聚合物有本质的区别。 结晶聚合物在冷却定型过程中会产生结晶，分子 链本身因成为结晶结构的一部分或与结晶区域相 联系而被固定，不可能产生弹性回复，从而达到 定型的目的。
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§10.2.2 注射吹塑 注射吹塑是用注射成型法先将塑料制成有底型 坯，再把型坯移入吹塑模内进行吹塑成型。 注射吹塑又有拉伸注坯吹塑和注射-拉伸-吹塑两 种方法。
注射吹塑成型工
1．无拉伸注坯吹塑
注吹模型
注射机在高压下将熔融塑料注入型坯模具内并在 芯模上形成适宜尺寸、形状和质量的管状有底型
无 坯。 拉 若生产的是瓶类制品，瓶颈部分及其螺纹也在这 伸 一步骤上同时成型。所用芯模为一端封闭的管状 注 物，压缩空气可从开口端通入并从管壁上所开的多 坯 个小孔逸出。 吹 型坯成型，注射模立即开启，通过旋转机构将留 塑 在芯模上的热型坯移入吹塑模内，合模后从芯模通
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平挤法工艺流程示意图
§10.4 热成型
方法：
首先将裁成一定尺寸和形状的片材夹在模具的框 架上，将其加热到Tg～Tf间的适宜温度，片材一边 受热，一边延伸，然后凭借施加的压力，使其紧 贴模具的型面，从而取得与型面相仿的型样，经 冷却定型和修整后即得制品。
特点：
成型压力较低，对模具要求低，工艺较简单，生 产率高，设备投资少，能制造面积较大的制品。 原料须经过一次成型，故成本较高，而且制品的 后加工较多。
在型坯的形状稳定性不受 严重影响的条件下，适当 提高型坯温度，对改善制 品表面光洁度和提高接缝 强度有利。
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2、充气压力和充气速度
压力：
塑料品种和成型温度不同各异；与壁厚及容积大小有关。
半熔融态下粘度低、易变形的塑料取低压； 厚壁和小容积制品取高压。
速度：
以较大的体积流率将压缩空气充入已在模腔内定位的型 坯，不仅可以缩短吹胀时间，而且有利于制品壁厚均一性 的提高和获得较好的表面质量。但充气速度过大将会在空 气的进口区出现减压，从而使这个区域的型坯内陷，造成 空气进入通道的截面减小，甚至定位后的型坯颈部可能被 高速气流拖断，致使吹胀无法进行。 充气时的气流速度和体积流率难于同时满足吹胀过程的要 求，为此需要加大吹管直径，使体积流率一定时不必提高 气流的速度。当吹塑细颈瓶中空制品时，由于不能加大吹 管直径，为使充气气流速度不致过高，就只得适当降低充 气的体积流率。
5、冷却时间
冷却目的：是为了防止未经充分冷却时脱模所引 起的强烈弹性回复，使制品出现不均匀的变形。 冷却时间影响制品的外观质量、性能和生产效 率。冷却时间一般占制品成型周期的1/3～2/3，视 塑料的品种、制品的形状和壁厚以及吹塑模和型 坯的温度而定。
通常随制品壁厚增加，冷却时间延长。 增加冷却时间可使制品外形规整，表面 图纹清晰，质量优良，但对结晶型塑 料，冷却时间长会使塑料的结晶度增 大，韧性和透明度降低，而且生产周期 延长，生产效率降低。为缩短冷却时 间，除对吹塑模加强冷却外，还可以向 吹胀物的空腔内通入液氮和液态二氧化 碳等强冷却介质进行直接冷却。
3、吹胀比
吹胀比是制品的尺寸和型坯尺寸之比，亦即型坯 吹胀的倍数。 型坯尺寸和质量一定时，制品尺寸愈大，型坯的 吹胀比愈大。 增大吹胀比可以节约材料，但制品壁厚变薄，吹 胀成型困难，制品的强度和刚度降低。
吹胀比过小，塑料消耗增加，制品有效容积减少，制品 壁厚，冷却时间延长，成本增高。
吹胀比的大小应根据材料的种类和性质、制品 的形状和尺寸以及型坯的尺寸等决定。
增大拉伸比和吹胀比有利于提高制品强度。
§10.2.3 中空吹塑工艺过程的控制 对吹塑过程和吹塑制品质量有重要影响的工艺因素 是型坯温度、吹塑模温度、充气压力与充气速率、 吹胀比和冷却时间等。对拉伸吹塑成型的影响因素 还有拉伸比。
1、型坯温度
型坯温度对形状稳定性的 影响表现为两个方面：
一是熔体粘度对温度的依赖 性。 二是离模膨胀效应。
聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物、PET、PC等。
凡熔体流动速率在0.04～2g/10min范围内都是较优的 吹塑材料
特点：
优良的耐环境应力开裂性、气密性，能阻止氧 气、二氧化碳、氮气和水蒸气向容器外透散；耐 冲击性，能保护存器内装物品；还有耐药品性、 抗静电件、韧性和耐挤压性等。
§10.1.3 成型条件的影响
成型温度
二次成型的温度以聚合物能产生形变且伸长率 最大的温度为宜。一般无定形热塑性塑料最宜 成型温度比其Tg略高。
形变
二次成型产生的形变具有回复性，实际获得的 有效形变(即残余形变)与成型条件有关。
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§10.2 中空吹塑
原理：借助流体压力使闭合在模具中的热熔 塑料型坯吹胀形成空心制品的工艺。 常用塑料：
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（4）回吸成型
回吸成型有真空回吸成型、气胀真空回吸成型和 推气真空回吸成型等。 真空回吸成型的最初几步，如片材的夹持、加热 和真空吸进等都与真空成型相似。当热的片材已 被吸进模内而达到预定深度时，则将模具从上部 向已弯曲的片材中伸进，直至模具边沿完全将片 材封死在抽空区上为止。而后，打开抽空区底部 的气门并从模具顶部进行抽空。这样，片材就被 回吸而与模面贴合，然后冷却，脱模和修整后即 成为制品。
④保持充气压力使制品在型腔中冷却定型后开模脱出制 品。
分类：
挤出吹塑在实际应用中有单层直接挤坯吹塑、多层共挤
出吹塑、挤出-储料-压坯-吹塑和挤坯拉伸吹塑等不同的 方法。挤坯拉伸吹塑成型过程比注坯拉伸吹塑复杂，故
生产上较少采用。
1、单层直接挤坯吹塑
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2、多层共挤出吹塑
是利用两台以上的挤出 机将不同塑料在不同挤 出机内熔融后，在同一 个机头内复合、挤出， 然后吹塑制造多层中空 制品的技术。 技术关键是控制各层塑 料间相互熔合和粘结质 量。
在一定的相对分子质量范围内，温度和相对分子 质量对非晶型和部分结晶型聚合物物理状态转变 的关系如图所示。
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§10.1.2 聚合物的粘弹性形变
根据经典的粘弹性理论，聚合物在加工过程中的
总形变(r)是由普弹形变(rE)、推迟高弹形变(rH)和 粘性形变(rv)三部分组成的。
大分子链段
高弹形变与粘 弹形变
型坯移至吹塑模内进行吹塑成型，冷却后开模脱出制
品。
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§10.2.1 挤出吹塑
工艺过程
挤出吹塑 成
①管坯直接由挤出机挤出，并垂挂在安装于机头正下方 的预先分开的型腔中； ②当下垂的型坯达到规定长度后立即合模，并靠模具的 切口将管坯切断； ③从模具分型面上的小孔送入压缩空气，使型坯吹胀紧
贴模壁而成型；
道吹入压缩空气，型坯立即被吹胀而脱离芯模并紧
贴到吹塑模的型腔壁上，并在空气压力下进行冷却
定型，然后开模取出吹塑制品。
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2.注坯-拉伸-吹塑
在成型过程中型坯被横向吹胀前受到轴向拉伸，所得制 品具有大分子双轴取向结构。
拉伸比：不包括瓶口部分的制品长度与相应型坯长度之比； 吹胀比：制品主体直径与型坯相应部位直径之比。
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§10.3 拉幅薄膜成型 拉幅薄膜成型是将挤出成型所得的厚度为1～3mm 的厚片或管坯重新加热到材料的高弹态下进行大幅 度拉伸而成薄膜。 拉幅成型使聚合物长链在高弹态下受到外力作用沿 拉伸作用力的方向伸长和取向，取向后聚合物的物 理机械性能发生了变化，产生了各向异性现象，强 度增加。所以拉幅薄膜就是大分子具有取向结构的 一种薄膜材料。 常用塑料：
（3）柱塞助压成型
分柱塞助压真空成型和柱塞助压气压成型两种。
真空法先用夹持框将片材紧夹在阴模上，并用加热器将 片材加热至足够的温度，在抽真空之前，用柱塞将热软 的片材压入模具型腔，然后借真空抽吸把片材拉离柱 塞，并贴附于模具型腔内壁。 气压法的过程与真空法相似，只是当柱塞将片材压入模 具型腔后，随即通入压缩空气将片材吹制成型。
分类
①挤出型坯：
注吹模型.swf
注射吹塑成型工艺过程.swf
先挤出管状型坯，由上而下进入开启的两辨模具之
间，当型坯达到顶定的长度后，闭合模具，切断型
坯，封闭型坯的上端及底部，同时向管坯中心或插入
型坯壁的针头通入压缩空气，吹胀型坯使其紧贴模
腔，经冷却后来自百度文库模脱出制品。
②注射型坯：
注射机向模具内注射形成有底的型坯，然后开模将此
普弹形变 键长、键角、晶体中平衡粒子的位移
普弹形变恢复 高弹形变恢复 永久粘弹形变 大分子链
二次成型温度在Tg以上，粘流温度Tf以下，受 热软化，并受外力(σ)作用而产生形变，此时 聚合物的普弹形变很小，通常可以忽略，又因
其粘性很大，粘(塑)性形变几乎可以忽略，因 此在二次加工过程中聚合物的形变省去了普弹
二次成型技术与一次成型技术区别：
成型对象不同； 成型温度不同：
一次成型是通过材料的流动或塑性形变而成型，成型 过程中伴随着聚合物的状态或相态转变； 二次成型是在低于聚合物流动温度或熔融温度的“半熔 融”类橡胶态下进行的，一般是通过粘弹形变来实现材 料型材或坯件的再成型。
§10.1 二次成型原理 §10.1.1 聚合物的物理状态
目前用于生产拉幅薄膜的聚合物主要有聚酯 (PET）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS)、聚 氯乙烯（PVC）聚乙烯（PE）、聚酰胺 （PA）、聚偏氯乙烯及其共聚物等。
单轴拉伸：拉伸作用仅在薄膜的一个方向上进 行，此时材料的大分子沿单轴取向；容易按平 行于拉伸方向撕裂 双轴拉伸：拉伸在薄膜平面的两个方向(通常 相互垂直)进行，此时材料的大分子沿双轴取 向。
（1）物料中混入粘结性 组分 （2）增加粘结层
3、挤出-储料-压坯-吹塑
成型大型中空制品，挤出速 度不大，由于重力作用和停 留时间不同、温度分布不 均，使所得制品壁厚不均， 有内应力。为此发展了带储 料缸的机头。 先将挤出机塑化的熔体蓄积 在一个料缸内，在缸内的熔 体达到预定量后，用加压柱 塞以很高的速率使其经环隙 口模压出，成为一定长度的 管状物再经吹胀、冷却的制 品。
第十章 二次成型
高分子材料与工程教研室 刘仿军
本章主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
二次成型原理 中空吹塑成型 拉幅薄膜成型 热成型 合成纤维的拉伸 合成纤维网络丝和空气变形丝
的加工
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综述 二次成型定义
是相对于一次成型而言 是指在一定条件下将高分子材料一次成型所得的 型材通过再次成型加工，以获得制品最终型样的 技术。
这种方法主要形成碗状或拱顶状构型物件，制品 特点是表面十分光洁。
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（2）覆盖成型
多用于制造厚壁和深度大的制品。 其成型过程基本上和真空成型相同，所不同的是 所用模具只有阳（凸）模。 特点：
①与模面贴合的一面表面质量较高，在结构上也比较鲜 明和细致。 ②壁厚的最大部位在模具的顶部，而最薄的部位则在模 具侧面与底面的交界区。 ③制品侧面上常会出现牵伸和冷却的条纹。
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10.4.1 热成型的基本方法 1、差压成型
用夹持框将片材夹紧在模具上，并用加热器进行 加热，当片材加热至足够的温度时，移开加热器 并采用适当措施使片材两面具有不同的气压。 产生差压有两种方法：
（1）从模具底部抽空，称为真空成型。 （2）从片材顶部通入压缩空气，称为加压成型。
差压成型的模具通常都是单个阴（凹）模，也 有不用模具的。 不用模具时，片材就夹持在抽空柜(真空成型 时用)或具有通气孔的平板上(加压成型时用)， 成型时，抽空或加压只进行到一定程度即可停 止。
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4、吹塑模具温度
首先应根据成型用塑料的种类来确定，聚合物的 玻璃化温度Tg或热变形温度Tf高者，允许采用较高 的模温；相反应尽可能降低吹塑模的温度。 模温不能控制过低
模温过低，型坯过早冷却，导致型坯吹胀时的形变困 难，制品的轮廓和花纹会变得很不清晰。
模温过高时，吹胀物在模内冷却时间过长，生产 周期增加，若冷却程度不够，制品脱模时会出现 变形严重、收缩率增大和表面缺乏光泽等现象。 模具温度还应保持均匀分布，以保证制品的均匀 冷却。
柱塞压入片材的速度在条件允许的情况下，越快 越好。而当片材一经真空抽吸或压缩空气吹压， 柱塞立即抽回。成型的片材经冷却、脱模和修整 后，即成为制品。
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气胀柱塞助压真空成型：
采用阴模得到厚度分布均匀制品的最好方法，它 特别适合于大型深度拉伸制品的制作，如冰箱的 内箱等。
在柱塞下降之前，从 模底送进压缩空气使 热软的片材先吹塑成 上凸适度的泡状物， 然后柱塞压下，再真 空抽吸或空气压缩使 片材紧贴模具腔而成 型。前者称气胀柱塞 助压真空成型，后者 称为气胀柱塞助压气 压成型。