高分子材料成形工艺

第1节 塑料成形工艺 节
四、塑料成形工艺
1.塑料成形方法 1.塑料成形方法
注射成形（ Forming） (1)注射成形（Inject Forming） 又称注塑成形 ， 其原理是将颗粒状态或粉状塑料从注射机的料斗送 进加热的料筒中， 进加热的料筒中 ， 经过加热熔融塑化成为粘流态熔体 在注射机柱塞或螺杆的高压推动下， ， 在注射机柱塞或螺杆的高压推动下 ， 以很大的流速 通过喷嘴注入模具型腔， 通过喷嘴注入模具型腔 ， 经一定时间的保压冷却定型 后可保持模具型腔所赋予的形状， 后可保持模具型腔所赋予的形状 ， 然后开模分型获得 成形塑件。这样就完成了一次注射工作循环， 成形塑件。这样就完成了一次注射工作循环，如图8-6 所示。注射成形是在专门的注射机上进行， 所示。注射成形是在专门的注射机上进行，图8-7所示 为螺杆式注射机结构示意图。 为螺杆式注射机结构示意图。
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压塑成形（ Forming） (2) 压塑成形 （ Compress Forming ） 又称压 缩成形、模压成形、压制成形等， 缩成形、模压成形、压制成形等，基本原理是将粉 状、粒状或片状塑料放在金属模具中加热软化熔融 在压力下充满模具成型， ，在压力下充满模具成型，塑料中的高分子产生交 联反应而固化转变成为具有一定形状和尺寸的塑料 制件。其成形过程如图 所示。 制件。其成形过程如图8-8所示。 挤出成形（ Forming） (3) 挤出成形（Extruded Forming） 又称挤 塑成形， 塑成形，它是使加热或未经加热的塑料借助螺杆的 旋转推进力通过模孔连续地挤出， 旋转推进力通过模孔连续地挤出，经冷却凝固而成 为具有恒定截面的连续成形制品的方法。 为具有恒定截面的连续成形制品的方法 。 图 8-9 为 管材挤出成形原理示意图。 管材挤出成形原理示意图。 压延成形(Mangle (4)压延成形(Mangle Forming) 使加热塑化 的物料通过一系列相向旋转的辊筒之间， 的物料通过一系列相向旋转的辊筒之间，受挤压和 延展作用成为平面状连续材料的成形方法。 延展作用成为平面状连续材料的成形方法。
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2．塑料加工
塑料加工是塑料成形后的再加工， 塑料加工是塑料成形后的再加工 ， 亦称二次 加工， 加工 ， 是将成形后的塑件通过适当的工艺方法制 成制品。 成制品。 即采用钻、 (1) 机械加工 即采用钻 、 磨 、 铣 、 车削等 机械加工方法的二次加工操作。 机械加工方法的二次加工操作。 (2) 连接加工 即采用热熔粘接( 焊接) 、 粘 即采用热熔粘接 ( 焊接 ) 机械连接等方法， 接 、 机械连接等方法 ， 使塑料型材或零件固定在 一起的二次加工操作可以将小而简单的构件组合 成大而复杂的构件。 成大而复杂的构件。 (3) 表面处理 即对塑料制品表层进行修整 和装饰， 以改变塑料零件的表面性质， 和装饰 ， 以改变塑料零件的表面性质 ， 提高其抗 老化、 耐腐蚀能力的二次加工方法， 也可起着色 老化 、 耐腐蚀能力的二次加工方法 ， 装饰作用。 装饰作用。
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六、塑料件的结构工艺性
在零件结构设计时应注意以下问题： 在零件结构设计时应注意以下问题： 1.形状 塑件的内外表面形状应在满足使用要求的情况 下尽可能易于成形，避免侧孔与侧凹， 下尽可能易于成形，避免侧孔与侧凹，防止使用侧抽芯或 瓣合模而使模具结构复杂，制造成本提高， 瓣合模而使模具结构复杂，制造成本提高，增加塑件的修 整量。 整量。 14所示为防止采用侧抽芯或瓣合分型模具的设 如图8-14所示为防止采用侧抽芯或瓣合分型模具的设 计。 塑件的壁厚应适当和均匀。 15所示为壁 2.壁厚 塑件的壁厚应适当和均匀。图 8－15所示为壁 厚设计的示意图。 为常用工程塑料壁厚参考值。 厚设计的示意图。表8－2为常用工程塑料壁厚参考值。 3.脱模斜度 为了便于脱模和抽芯，防止塑件表面在脱 为了便于脱模和抽芯， 模时划伤，塑件与脱模方向平行的内、外表面应具有合理 模时划伤，塑件与脱模方向平行的内、 的脱模斜度， 16所示 所示。 的脱模斜度，如图8-16所示。 4.加强筋 加强筋的主要作用是加强塑件的强度和刚度 17所示 所示。 避免塑件变形翘曲， ，避免塑件变形翘曲，如图8-17所示。筋的方向尽可能与 料流方向一致，布局应合理，以减小变形和开裂（ 料流方向一致，布局应合理，以减小变形和开裂（图8-18 ）。
五、高聚物的类型
1. 按合成反应分有加聚聚合物和缩聚聚合物，所以 按合成反应分有加聚聚合物和缩聚聚合物， 高分子化合物常称为聚合物或高聚物。 高分子化合物常称为聚合物或高聚物。 2. 按高聚物的热性能及成型工艺特点分为热固性和 热塑性两大类。 热塑性两大类。 按用途分有塑料、橡胶、合成纤维、胶粘剂、 3. 按用途分有塑料 、 橡胶 、 合成纤维 、 胶粘剂 、 涂 料等。 料等。
Lm − Ls × 100 % Ls
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三、塑料的分类
1.按塑料中的分子结构及热性能分类 1.按塑料中的分子结构及热性能分类
也称热熔性塑料， (1)热塑性塑料 也称热熔性塑料，常用的 有聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、有机玻璃、 有聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、有机玻璃、尼龙 等塑料。 等塑料。 (2)热固性塑料 常用的热固性塑料有酚醛 塑料、 氨基塑料、 环氧树脂塑料、 呋喃树脂、 塑料 、 氨基塑料 、 环氧树脂塑料 、 呋喃树脂 、 有机硅塑料、 聚邻苯二甲酸二烯丙酯、 有机硅塑料 、 聚邻苯二甲酸二烯丙酯 、 硅酮塑 料等。 料等。
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一、塑料的组成
1.树脂 塑料中的树脂主要是合成树脂，是塑 塑料中的树脂主要是合成树脂， 料的主要成分，起胶粘剂作用， 料的主要成分，起胶粘剂作用，其特性不仅决定塑 料的类型(热固性或热塑性) 还决定塑料的性能。 料的类型(热固性或热塑性)，还决定塑料的性能。 又称填料， 2.填充剂 又称填料，其作用是调整塑料的物 理化学性能，提高材料强度， 理化学性能，提高材料强度，扩大使用范围以及减 少合成树脂的用量，降低塑料成本。 少合成树脂的用量，降低塑料成本。 3.增塑剂 增塑剂是增加树脂塑性和柔韧性的 添加剂，也可以降低塑料的软化温度， 添加剂，也可以降低塑料的软化温度，使其便于加 工成型。 工成型。
四、聚合物的成形性能
聚合物的流动性（Fluidity） 1.聚合物的流动性（Fluidity） 即聚合物熔体受力 变形和流动的性能。 变形和流动的性能。 聚合物的收缩性（ Contractility） 2. 聚合物的收缩性 （ Contractility ） 即聚合物在 凝固和冷却过程中，体积和尺寸缩小的现象。 凝固和冷却过程中，体积和尺寸缩小的现象。 3.熔体弹性 在聚合物熔体粘性流动过程中伴随有可 逆的弹性变形，称为熔体弹性。 逆的弹性变形，称为熔体弹性。
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二、塑料的性能
1. 物理性能
(1)密度小 (2)热学性能 (3)耐热性 (4)绝缘性
2. 化学性能
塑料的化学性能主要是指塑料的耐蚀性。 塑料的化学性能主要是指塑料的耐蚀性。
3. 力学性能
(1)强度、刚度和韧性 强度、 为聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃) 图8-5为聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)在不同温 度下的应力--应变曲线。 --应变曲线 度下的应力--应变曲线。 (2)蠕变与应力松弛 (3)减摩性
2. 高聚物的物理状态
高聚物在不同温度下呈现出不同的物理状态， 高聚物在不同温度下呈现出不同的物理状态，因 而具有不同的性能。 而具有不同的性能 。 线型非晶态高聚物在不同温度 呈现出三种物理状态：玻璃态（ State） 下 ，呈现出三种物理状态 ：玻璃态（ Glass State） 、 高 弹 态 （ High Elasticity State ） 和 粘 流 态 （ Viscous Flow State），其变形—温度曲线如图 8-4 State） 其变形 温度曲线如图 温度曲线如 所示。 所示。
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五、典型模具结构
塑料注射成形所用模具称为注射模。 1．注射模具 塑料注射成形所用模具称为注射模。 10为一典型的单分型面注射模 为一典型的单分型面注射模。 图8-10为一典型的单分型面注射模。 压塑模又称压制模， 2 ． 压塑模 压塑模又称压制模 ， 适用于热固性塑 料和流动性较差的热塑性塑料制件的成形。 料和流动性较差的热塑性塑料制件的成形。 典型的压塑模结构如图 11所示 所示。 典型的压塑模结构如图8-11所示。 3．挤出模 12所示为管材挤出成形机头示意图 所示为管材挤出成形机头示意图。 图8-12所示为管材挤出成形机头示意图。 4．压注模 13所示为固定式压注模结构示意图 所示为固定式压注模结构示意图。 图8-13所示为固定式压注模结构示意图。
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4．塑料的成形工艺性能
塑件自模具中取出冷却到室温后， (1) 收缩性 塑件自模具中取出冷却到室温后 ， 发生 尺寸收缩的特性称收缩性。 尺寸收缩的特性称收缩性。 成形后塑件的收缩称为成形 收缩，其大小可用收缩率来表示，即有： 收缩，其大小可用收缩率来表示，即有：
sj =
式中 Sj--计算收缩率； --计算收缩率 计算收缩率； --塑件在室温时的单向尺寸 塑件在室温时的单向尺寸； Ls--塑件在室温时的单向尺寸； --模具在室温时的单向尺寸 模具在室温时的单向尺寸； Lm--模具在室温时的单向尺寸； (2)流动性 塑料在一定的温度和压力下填充模具型腔 的能力称为流动性。 的能力称为流动性。 热敏性是指某些热稳定性差的塑料， (3)热敏性 热敏性是指某些热稳定性差的塑料，在料 温高和受热时间长的情况下就会产生降解、分解、 温高和受热时间长的情况下就会产生降解、分解、 变色 的特性，具有这种特性的塑料叫做热敏性塑料。 的特性，具有这种特性的塑料叫做热敏性塑料。 塑料吸收水分的性质称为吸水性。 (4)吸水性 塑料吸收水分的性质称为吸水性。 硬化特性是热固性塑料特有的性能， (5)硬化特性 硬化特性是热固性塑料特有的性能，专 指热固性塑料的交联反应。 指热固性塑料的交联反应。
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根据塑料性能及用途、 2. 根据塑料性能及用途、分类
通用塑料是一种非结构材料， (1) 通用塑料 通用塑料是一种非结构材料 ， 是指 那些产量大、用途广、价格低、性能一般的常用塑料。 那些产量大、用途广、价格低、性能一般的常用塑料。 (2) 工程塑料 指在工程技术中用作结构材料的塑 这类塑料一般具有较高的机械强度， 料，这类塑料一般具有较高的机械强度，还具有很好的 耐磨性、耐腐蚀性、自润滑性及尺寸稳定性等。 耐磨性、耐腐蚀性、自润滑性及尺寸稳定性等。 (3) 增强塑料 在塑料中加入玻璃纤维等填料作为 增强材料，以进一步改善塑料的力学性能和电性能， 增强材料，以进一步改善塑料的力学性能和电性能，这 种新型的复合材料通常称为增强塑料。 种新型的复合材料通常称为增强塑料。 随着高分子材料的发展， (4) 特殊塑料 随着高分子材料的发展 ， 许多塑料 通过各种措施加以改性和增强， 通过各种措施加以改性和增强，得到具有某些特殊性能 的特种塑料，这类塑料有高的耐热性、 的特种塑料，这类塑料有高的耐热性、高的电绝缘性及 高耐腐蚀性，如氟塑料、聚酰亚胺塑料、有机硅树脂、 高耐腐蚀性，如氟塑料、聚酰亚胺塑料、有机硅树脂、 环氧树脂等， 环氧树脂等，还包括为某些专门用途而改性制得的导磁 塑料、导热塑料、导电塑料、 塑料、导热塑料、导电塑料、医用塑料等。
第三章 高分子材料成形工艺
第三章 高分子材料成形工艺
一、高分子材料的结构
高分子的链状结构主要有线型、 高分子的链状结构主要有线型、支链型和体型等三种类型 所示。 ，如图8-1所示。
1．线型分子链 各链节以共价键连接成细长线 型长链分子， 像一根长线， 但通常不是直线， 型长链分子 ， 像一根长线 ， 但通常不是直线 ， 而是 卷曲状或线团状。 卷曲状或线团状。 2．支链型分子链 在主链上以共价键连接着相 当数量的长短不一的支链， 其形状有树枝形、 当数量的长短不一的支链 ， 其形状有树枝形 、 梳形 线团支链形。 、线团支链形。 体型(网型或交联型) 3．体型(网型或交联型)分子链 它是在线型或 支链型分子链之间， 支链型分子链之间 ， 沿横向通过链节以共价键连接 起来，产生交联而呈三维网状结构。 起来，产生交联而呈三维网状结构。
二、高分子链内旋转构象及其柔顺性
由于大多数高分子的主链都存在着许多单键 ，单键是由σ电子组成，其电子云轴性对称分布 单键是由σ电子组成， 因此高分子在运动时C 单键可以绕轴旋转， ， 因此高分子在运动时 C-C 单键可以绕轴旋转 ， 称为内旋转。 称为内旋转 。 图 8-2 为碳链高分子链的内旋转示 意图。 意图。
高聚物的聚集态（ 三、高聚物的聚集态（ Assemble State ）和物理状态
1. 高聚物的聚集态
高聚物中大分子的排列和堆砌方式称为高聚物的 聚集态。 聚集态 。 高聚物大分子链的聚集状态主要有三种结 所示。 构，如图8-3所示。 为聚乙烯的结晶度与力学性能间关系。 表8-1为聚乙烯的结晶度与力学性能间关系。