第五章___高分子材料成型

作为纺丝材料，要求熔体从喷丝板毛细孔流出后能形
成稳定的细流，还要求聚合物有较高的熔体强度，以 防止细流断裂。
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3. 聚合物在成形过程中的粘弹行为 (viscoelasticity)


聚合物在成形过程中通常是从固体变为液体，再从 液体变为固体，表现出弹性和粘性。 聚合物的形变是粘弹性的。变形主要有高弹变形和 粘性变形所组成。从变形性质来看包括可逆变形和 不可逆变形两种成分。 当成形温度高于Tf时，聚合物处于粘流态。 当成形温度低于Tf时，聚合物处于高弹态。 在Tg~Tf范围内，聚合物主要表现为弹性变形，但也 表现出粘性性质。
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橡胶成形方法
• 1.橡胶加工的工艺过程 • 2.橡胶成形方法
• 3.橡胶成形设备
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1.橡胶加工的工艺过程
橡胶制品的原材料 主要由生胶、各类配合 剂和增强材料组成。生 胶是制造橡胶制品的最 基本原料，包括天然橡 胶、合成橡胶和再生橡 胶。生胶的成形性能较 差，需添加各种配合剂， 并经过相应的加工成形 和硫化处理后，才能生 产出橡胶制品。

注塑
（1）生产效率高，可以实现高度机械化。自动化生产，适于大 批量生产。 （2）制品尺寸精确，精度较高。 （3）可以生产形状复杂、薄壁和带有金属嵌件的塑料制品。 （4）可生产几克到数千克的塑料。
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注塑成形的工艺过程
注塑成形工艺过程包括：成形前准备、成形过程、塑件 后处理三个主要部分，如图5-8所示。
注塑成形设备


注塑成形的主要设备是注塑机（注射机）(injection molding machine)和模具(mold)。 注射机是塑料注射成形的专用设备，有柱塞式 (plunger type)和螺杆式(reciprocating screw type) 两种类型，目前最常用的是螺杆式注射机。 塑料模具是塑料成形的重要工装，按成形的工艺方 法，可以将塑料模具分为注射模、压塑模、挤出模 和压注模等。

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本章内容 5.1 高分子材料成形的基本原理 5.2 高分子材料的成形方法及设备 5.3 高分子材料制品的结构工艺性 5.4 高分子材料成形新技术 5.5 复合材料成形 5.6工程实例—汽车轮胎的制造
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5.2 高分子材料的成形方法及设备

1.塑料成形方法 2.橡胶成形方法
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1.塑料成形的方法
塑料制品的制造过程主要包括：物料配制，塑料成形和 二次加工等工序，如图5-6所示。
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橡胶制品生产的基本过程包括：生胶的塑炼、 胶体的混炼、橡胶成形、硫化和修边，如图5-11所 示。
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（1）塑炼

塑炼的目的就是通过机械剪切和热氧化作用，使塑料具有 可塑性。 将塑炼胶和各种配合剂，用机械方法使之完全均匀分散的 过程称为混炼。
（2）高弹态（elastic）
当温度在Tg~Tf范围时，大分子链可获得足够的热运动能量，此 时聚合物的弹性模量迅速降低，变形能力显著增强，变形可逆。当 受到外力作用时，处于卷曲状态的大分子链舒展拉直，当外力去除 后又可以恢复到卷曲状态，如图5-2（b）所示。
（3）粘流态（viscous）
当温度在Tf以上时，能量增大到可以使整个分子链开始运动， 分子间的结合力大为减弱。通常又将这种状态的聚合物称为熔体， 如图5-2（c）所示。
塑料成型方法

塑料成形是将原料在一定温度和压力下塑制成具有 一定形状制品的工艺过程。 塑料的成形方法很多，主要有注塑成形、挤出成形、 压制成形、压延成形、吹塑成形等，如图5-6所示。 注塑成形技术是所有塑料成形方法中最普遍、最重 要的一种成形方法。 本章主要介绍注塑成形方法。
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可延性
可延性表示无定形或半结晶聚合物在一个方向或两个方向受到压
延或拉伸时变形的能力。利用聚合物的可延性，可以通过压延或拉伸
工艺生产薄膜、片材和纤维。
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可纺性
可纺性指聚合物通过成形过程形成连续固态纤维 的能力。可纺性主要取决于材料的流变性质、熔体粘 度、熔体强度以及熔体的热稳定性和化学稳定性等。
在不同的温度条件下，聚合物在外力作用下，表现出不同的形 变特性。根据聚合物所表现的力学性质，可以将聚合物的力学状态 划分为三种：玻璃态、高弹态和粘流态，如图5-1所示。
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（1）玻璃态（glassy）
在玻璃化温度 Tg以下的聚合物处于玻璃态，为坚硬固体。此时， 聚合物主价键和次价键所形成的内聚力，使材料具有相当大的力学 强度。在外力作用下，玻璃态聚合物具有一定变形能力，形变具有 可塑性。由于弹性模量大，形变量小，如图5-2（a）所示。

（2）混炼


（3）成形

将混炼胶制成所需形状和尺寸的过程成为成形，常用的橡 胶成形方法有：压延成形、注射成形、模压成形和挤出成 形等。 利用硫磺，使生胶变成弹性橡胶。
去除塑料件的飞边

（4）硫化(vulcanization)

（5）修边

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。模具是一个阿基米德螺旋形槽，螺线的长 度反映了不同种类或不同级别聚合物流动性 的差异。
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可挤压性
可挤压性指聚合物通过挤压作用变形时获得形状和 保持现状的能力。通常条件下，聚合物在固体状态下不能
通过挤压而成形，只有当聚合物处于粘流时才能通过挤压
获得有用的变形。材料的挤压性能与聚合物的流变性、熔 融指数和流动速率密切相关。
注塑成形的原理、特点和应用
注塑成形又称注射成形 (injection molding)。其原理如 图5-7所示。
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注塑成形是热塑性塑料的主要成形方法之一，适用 于几乎所有品种的热塑性塑料 (thermoplastics) 和部分 热固性塑料 (thermosets)。其主要特点如下：
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塑料注射成形所用的模具称为注射模。注射模 结构形式多种多样，习惯上按照模具总体结构上的 某一特征进行分类，将注射模分为单分型面、双分 型面、带活动镶块、侧向分型抽芯注射模等
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5.1 高分子材料成形的基本原理
高分子材料又称聚合物（polymers）。 与金属材料及无机非金属材料相比，高分子 材料呈现出良好的可塑性，因此，高分子材 料的成形技术和方法较多，这也是高分子材 料能够广泛应用的重要原因。
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1．聚合物的力学状态与流变行为

根据注射模具中各部件所起的作用，一般可将注射 模分为如下几个部分：




（1）成形部件 （2）浇注系统 （3）导向机构 （4）推出机构 （5）排气系统 （6）侧向分型与抽芯机构 （7）加热与冷却系统 （8）标准模架。

注射模具对塑料的适应性强、可生产各类质量和形 状复杂的零件，而且塑件的内在和外观质量较好。 但是，注射模具的结构一般比较复杂，制造周期长， 成本较高。
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（2）模压成形

模压成形是橡胶制品生产中应用最早、应用最多的生产方 法。适于制作各种橡胶制品，橡胶与金属或与织物的复合 制品。例如，橡胶垫片、密封圈、油封等制品。 注射成形的特点是硫化周期短，硫化质量均匀，制品尺寸 精确，生产效率高。注射成形能一次成形外形复杂、带有 嵌件的橡胶制品，主要用于生产密封圈、减振垫和鞋类等。
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第五章 高分子材料成型
高分子材料属于材料的一大类别，具有品种 多样，性能各具特色、适应性广等特点 。 与金属材料和无机非金属材料相比，高分子 材料成形工艺简单，材料损耗少，能耗低， 生产效率高，并且可以方便地通过切削加工、 焊接、胶接等方法进行二次加工。 本章主要介绍塑料、橡胶以及塑料基复合材 料成形的基本原理和技术。
橡胶成形方法
橡胶成形方法是橡胶制品生产 中的重要工艺过程，从生产过程来 看，橡胶制品可分为模制品和非模 制品两大类。常用的橡胶成形方法 有：压延成形、模压成形、注射成 形和挤出成形等。
橡胶模压机
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（1）压延成形

借助于压延机辊筒的作用把混炼胶压成具有一定厚度的胶片，完成 胶料贴合，以及骨架材料（纺织物）通过贴胶、擦胶制成片状半成 品的工艺过程叫压延（calendering）。图5-12为胶布压延工艺过 程。
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5.3 高分子材料制品的结构工艺性

1.塑料制品的结构工艺性

2. 橡胶制品的结构工艺性
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注塑成形的工艺过程

（1）成形前准备。主要有：原料的检查、原料的干燥、料
筒清洗。

（2）成形过程。一般有：加料、塑化、注射、保压、冷却 和脱模几个步骤。

（3）塑件的后处理。成形后的塑料制品经过适当的后处理， 可以消除内应力，改善制品性能，提高尺寸稳定性。常用
的方法是退火和调湿处理。
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注塑成形的工艺条件
在注塑工艺中，主要的工艺参数有：温度，压力 和对应的作用时间。
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注塑成形的工艺条件

（1）温度

料温和模具温度是需要控制的主要温度。塑料的加热温度 是由注塑机的料筒来控制的。
（3）橡胶注射机、平板硫化机与液压机

橡胶注射机是橡胶注射成形的主要设备，其基本结构与塑 料注射机类似。平板硫化机和液压机是模压成形的主要设 备，平板硫化机的结构有单层式和多层式 .
橡胶注射机
平板硫化机
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（4）橡胶模具

橡胶模具是制作橡胶模制品零件的工艺装备。常用的橡胶 模具主要有：填充模、注射模、挤出模、压注模等
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2. 高分子材料成形性能
可模塑性 可挤压性 可挤压性 可纺性
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可模塑性
可模塑性 (mouldability) 是指材料在温度和压 力作用下变形和在模具中成形的能力。具有可模塑性的 材料可以通过注塑、模压和挤出等成形方法制成各种形 状的模塑制品。 图5-4是测定聚合物可模塑性的实验模具
（3）注射成形

密封圈
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3. 橡胶成形设备
（1）炼胶机
ຫໍສະໝຸດ Baidu
开炼机结构和设备如图5-13所示，
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（2）密炼机

密炼机是橡胶塑炼和混炼的主要设备，如图5-14，主要部 件是一对转子和一个密炼室。
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注塑成形过程中的压力主要有：塑化压力和注射压力。 完成一次注塑成形所需的时间称为注塑成形周期，它包括： 加料、加热、充模、保压、冷却时间，以及开模、脱模、 闭模及辅助作业等时间。注射速度和冷却时间对制品的性 能有着决定性的影响。

（2）压力

（3）注塑成形周期和注射速度

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