高分子材料成型

注塑成型
注塑加工实例 1.热塑性塑料注射成型中的工艺特性 (1)结晶与非结晶型塑料 • 结晶型塑料 熔点明显、熔限窄，Tm前黏度大、流动性差：Tm后黏度小： Tm前后有相变 要求：突变螺杆、设有止逆环、自锁喷嘴 模具温度控制：考虑对制品性能影响 • 非结晶型塑料 无明显熔点、熔限宽，熔融无相变 要求：渐变螺杆、通用喷嘴
抗氧剂
1.抗氧剂品种：酚类 、胺类 、亚磷酸酯类(辅助氧化剂) 。 2.作用机理
• 酚类、胺类抗氧剂中含有-OH，-NH，能与自动催化氧化反应中形成的 自由基作用，最终使自由基消失，使氧化的链式反应终止。
树脂分子链主体， ， 抗氧剂结构主体 （R-树脂分子链主体，R，-抗氧剂结构主体 ） 树脂分子链主体
注塑成型
注塑机分类：
按机器的外形特征分为： 立式注射机 卧式注射机 角式注射机 按机器的传动方式分为： 液压式 机械式注射机
注塑成型
1.注射装置： (1)加料装置 (2)料筒 (3)螺杆：与挤出机螺杆有共同点 注射螺杆特点： ①注射螺杆在旋转时有轴向位移，因此螺杆的有效长度 是变化的 ②长径比和压缩比较小： 一般L/D：16-20，压缩比为2-2.5 ③螺槽深度一般偏大，以提高生产率 ④螺杆头部的结构：
注塑成型
3.液压和电器控制系统 • 保证注射机按工艺要求和动作程序准确有效地工作 • 主要由浇注系统、成型零件和结构零件等组成
注塑成型
加料（加料量的控制） 塑化（热均匀性） 保压（作用：补缩） 充模 注射与冷却 倒流 浇口冻结 制品后处理（退火处理等）
成型过程
注塑成型
注塑成型工艺条件 1.温度 (1)料筒温度 选定料筒温度考虑的因素 塑料特性：Tf(Tm)~Td 塑料来源及牌号 添加剂：填料种类、含量，增塑剂含量 注塑机类型：螺杆式：低：柱塞式比螺杆式高10-20℃ 制品壁厚及形状 温度分布：机身由低→高，螺杆机塑化好，均化段比压缩 段稍低
添加剂
喷霜：指塑料中某助剂向制品表面迁移的现象。 喷霜发生的条件： 如果添加剂在加工温度下只是部分的溶解，则剩余的物质 可以形成一个核心，围绕这个核心，析出的添加剂分子便 会聚集在一起，只使很少的添加剂在表面上喷霜。 如果添加剂在加工温度下是完全不溶或者在室温下完全可 溶，则喷霜不会发生。
添加剂
• 亚磷酸类抗氧剂能够将氧化反应过程中形成的氢过氧化物分解为不活 泼产物，使其失去活性：
添加剂
光稳定剂
光对塑料的破坏
波长为300nm 的光波所具有的能量 为397.5KJ/mol ，而大部分聚合物 发生自动氧化反应的活化能约在 41.8～167.4 KJ/mol之间，分子链中 化学键的解离能约在167.4～ 418KJ/mol之间，说明紫外光对塑 料会产生严重的破坏作用。 光稳定剂
热固性塑料的模压成型
一、热固性模塑料的成型工艺性能
1、流动性 热固性模塑料的流动性是指其在受热和受压 情况下充满整个模具型腔的能力。 流动性即可塑性，对成型加工极为重要，直 接影响热固性塑料成型过程中的物理化学行为及 制品的质量。 影响流动性的因素：
压模塑料的性能和组成（分子量、颗粒形状、小分子） 模具与成型条件（光洁度、流道形状、预热）
2、模具 模具（钢制），有多种类型，结构形式通常较 简单。模压成型用的模具常用的有三种： 1）溢式模具； 2）不溢式模具； 3）半溢式模具。
热固性塑料的模压成型
三、模压成型工艺
模具清理和嵌件安放 压缩料 计量 预压或预热 加料
闭模
排气
保压固化
脱模
制品后处理
热固性塑料制品
热固性塑料的模压成型
四、压模成型工艺条件及控制
紫外光屏蔽剂
紫外线吸收剂
紫外线淬灭剂
R-H
hν
R· +H ·
或R-H
Baidu Nhomakorabea
hν R-H ·
添加剂
增塑剂
1.增塑作用及增塑剂分类 作用：使高分子材料塑性增加，改进其柔软性、延展性和加工性。主要用于 PVC树脂和橡胶中。 按作用方式：外增塑作用、内增塑作用； 按塑化效率：主增塑剂、辅助增塑剂、增量剂。 按来源：石油系、动植物油系、煤焦油系、合成酯类、液体聚合物。 2.增塑机理：间隔作用、极性理论和氢键理论。 增塑剂的主要功能是通过在聚合物分子间起间隔作用，使不同分子链间的距 离增大，从而使分子链旋转需要的能量降低，在低于分解温度时聚合物变得 可以流动。 增塑剂极性理论认为，增塑剂不是简单的起间隔作用，而是与聚合物分子形 成键。 氢键理论认为，增塑剂和聚合物间通过氢键连接起来。
注塑成型
2.压力
(1)塑化压力(背压)：对螺杆机，螺杆顶部熔料在螺杆旋转 后退时所受到的压力 背压高： 螺杆后退慢，延长物料塑化时间，摩擦大，料温高， 物料均匀。 背压过高： 漏流、逆流增大，延长成型周期，料易降解 在保证制品性能优良的前提下，塑化压力应低(＜2MPa)
注塑成型
(2)注射压力： 注射压力增加的影响 充模加快、流动长度↑ 、制品熔接强度↑ 注射压力与料温关系 (3)保压压力： 大小和施压时间，直接影响制品性能 作用：压紧塑料、防止倒流，补缩 保压压力高：补料大、熔接好、制品密度↑、收缩小、尺 寸变化小、力学性能好
混合
混合：把高分子材料各组分相互混在一起成为均匀的体系。 混合机理： 1 .扩散 基本运动形式：分子扩散、涡流扩散、体积扩散。 2. 混合过程要素：剪切；分流、合并和置换；挤压（压缩）。 混合状态的判定 1 混合状态的直接描述法 均匀程度 分散程度：粒子破碎程度。 2 混合状态的间接判定 测定物理性能、力学性能等，如Tg、强度等。
注塑成型
(2)喷嘴温度：稍低于料筒最高温度 (3)料筒温度与注射压力的关系：低温高压，高温低压，对空 注射 (4)模具温度 模温控制方法：冷却介质(水)控温：自然散热(要求不高 时)：加热模具 无定型塑料(PC、PPO等)的模温控制：冷却固化无相变， 保证顺利脱模，降温可缩短冷却时间，提高生产效率 结晶型塑料的模温控制：冷却过程发生结晶，结晶速率与 形态和冷却速度有关
热固性塑料的模压成型
二、 模压成型的设备和模具
1、成型设备－压机 压机的作用：
通过模具对塑料传热和施加压力； 提供成型的必要条件：T，P； 开启模具和顶出制品。
压机——机械加压、液压（上压式、下压式）
压机的主要参数是公称压力、柱塞直径、压板尺寸和工 作行程。
热固性塑料的模压成型
热固性塑料的模压成型
添加剂
塑料材料的助剂:
填充剂 热稳定剂 增塑剂 润滑剂 交联剂及相关助剂 其他助剂
• 发泡剂、阻燃剂、抗静电剂、着色剂、抗氧剂
添加剂
渗析：指塑料中某助剂向相接触的其它材料中迁移的现象。 渗析发生的条件： 当一种添加剂在被掺合的聚合物里以及在邻近材料内部具 有一定溶解度的时候，便会迁移到邻近材料里去，就会有 添加剂的渗出。 渗出能使邻近材料着色或受到污染。渗出速度将取决于聚 合物中孔的大小，扩散分子的大小以及这些分子在原始聚 合物中的浓度。 为了减少渗析，用具有相同结构的大分子添加剂来代替容 易渗出的小分子添加剂是很实用的办法。
注塑成型
• • • • • (2)保压时间 20～120s 时间短：制件凹陷、气泡和收缩，内在性能差 时间延长：制件质量↑ 时间过长：内应力↑、收缩小、脱模难 浇口冻结前，保压时间长短对制品精度尺寸影响大 若模具流道、浇口尺寸、工艺条件正常，以保证得出制件 收缩率波动范围最小的时间为准 (3)冷却时间：30～120s，模外定型方法 (4)其他时间：与生产量是否连续化、自动化有关
添加剂
3.增塑剂的性质 相容性 溶解度参数、溶剂化作用。 极性高分子选极性增塑剂，非极性高分子选非极性软化剂。 加工性 对材料性能的影响 Tg和软化温度（PVC）、耐低温性、力学性能、耐老化性、电绝缘性、 耐久性、阻燃性、毒性、反应性。 4.常用增塑剂种类： 苯二甲酸酯类。DOP 磷酸酯类。TBP，TPP 己二酸、壬二酸、葵二酸等的二辛酯。
热固性塑料的模压成型
2、固（硬）化速率 用于衡量热固性塑料在压制成型时化学反应（交 联）的速度。 定义：热固性塑料在一定温度和压力下，从熔融、 流动到交联固化为制品的过程中，单位厚度的制 品所需的时间，以s/mm厚度表示，此值越小，固 化速度越快。 固化速度依赖于：
塑料的交联反应性质，成型时的具体情况：预压、预热、 成型温度和压力。
注塑成型
(2)热稳定性 热稳定性好的PE、PS等加工容易 热稳定性差的热敏性塑料PVC、POM应采用下列措施： 加入热稳定剂 选择合适的设备：螺杆机、开式喷嘴 每次料应注干净 严格控制成型温度与时间 及时处理过热分解故障
注塑成型
(3)塑料的流变性能 熔体T↑，剪切速率↑ ：ηa↓，流动性↑ ↑流动性： PC、PMMA等 ： ↑T PE、PP、POM等 PE PP POM ：提高剪切速率 (4)塑料的吸湿性 吸水性很低，如PE、PP，一般不干燥 吸水性较大，如PA， 一定要干燥 吸水性不大，但微量水的存在严重影响成型及制品性能， 如PC，一定要干燥
注塑成型
3.时间
(1)注射(充模)时间： • 螺杆(或柱塞)射出一次注 射量所需的时间 • 流速↑：料温↑、黏度↓， 提高充模压力、熔接强度 ↑
注塑成型
速度过快： 喷射产生负压，带入空气：排气难 料局部烧焦，制品表面粗糙、缺陷、内应力大
注塑成型
慢速注射： 制品质量均匀，排气好 过慢：充模不满，熔接不好、分层，强度↓
混合
3 开炼机 • 用于橡胶的塑炼和混炼、热炼、供胶，塑料的塑化和混合。 4 密炼机 • 高强度混合设备。
压制成型
热固性塑料模压成型（压缩模塑） 模压成型 橡胶的模压成型（模型硫化） 压制成型 层压成型 （不用模具）复合材料低压成型（接触成型） 增强复合材料的模压成型 复合材料的高压
热固性塑料的模压成型
高分子材料加工成型
发展概况
• 建国初期:几乎空白,只在少数大城市有十几家小型塑料制 品厂,年产几百吨的赛璐璐,酚醛胶木粉的日用塑料制品; • 上世纪50年代:平均每年以71%的高速增长,产品类别单一, 主要是酚醛和脲醛等热固性塑料制品; • 60年代:由于50年代末大批量PVC树脂投产,转为生产热塑 60 : 50 PVC , 性塑料制品为主,产量以18.6%的速度递增; , 18.6% ; • 70年代:合成树脂产量大幅提高,产品结构变化大; • 80年代:应用扩展到国民经济的各个领域; • 90年代至今:品种及应用范围大幅扩展,许多新的成型方法 和技术的应用,如CAD/CAE/CAM,使得塑料成型加工工业 步入一个新的发展时期.
热固性塑料的模压成型
工艺特点： ① 成型工艺及设备成熟，是较老的成型工艺，设 备和模具比注射成型简单。 ② 间歇成型，生产周期长，生产效率低，劳动强 度大，难以自动化。 ③ 制品质量好，不会产生内应力或分子取向。 ④ 能压制较大面积的制品，但不能压制形状复杂 及厚度较大的制品。 ⑤ 制品成型后，可趁热脱模。
注塑成型
注塑成型
(4)喷嘴： 连接料筒和模具的过渡部分 注射时，料筒内的熔料在螺杆或柱塞的推挤作用下，以高 压和快速流经喷嘴而注入模具 注射喷嘴的结构形式、喷孔大小、制造精度将直接影响熔 料的压力和温度、射程、补缩作用的优劣以及是否产生 “流涎”等
注塑成型
2.合模装置(锁模系统)： 由固定模板、移动模板、合模油缸、顶出装置、拉杆等组成
热固性压塑料在模腔内变化情况：
压塑料 → 软化、熔融 → 流动 → 充模 → 固化 → 制品 加料闭模 可熔可溶 物理变化 模压 放气 保压 化学变化
不熔不溶
注塑成型
1.概念： 亦称注塑，是使热塑性或热固性模塑料先在 加热机筒中均匀塑化，而后由螺杆或柱塞推挤到 闭合模具中成型的一种方法。 2.原料：几乎所有热塑性塑料、几种热固性塑料。 3.制品：占制品总量的20～30%，特别是工程结构材 料、主要工业配件、仪器仪表零件、壳体等，逐 渐代替传统金属和非金属制品。
混合
• 混合设备
混合设备的分类 按操作方式：间歇式、连续式； 按混合过程特征：分布式、分散式； 按混合强度：高强度、中强度、低强度。
混合
间歇混合设备
1.Z形捏合机 • 初混设备，适用于固态物料及固液物料的混合，混合时间长。 2.高速混合机 • 塑料混合设备，固态物料及固液物料的混合，混合效率高。