塑料成型加工原理

塑料在挤出机中的状态及流动
熔体输送—均化段 熔体输送 均化段 正流、逆流、漏流、 正流、逆流、漏流、横流
塑料熔体在螺槽中混合流动示意图
熔体在螺槽内的流速分布图
拖曳流动) 流体 流体沿着螺槽向机头方 （1）正流 拖曳流动 ：流体沿着螺槽向机头方 ）正流(拖曳流动 的流动； 向的流动；是螺杆旋转时螺纹斜棱的推力作用 造成。 造成。
注射成型（注塑成型） 主要热塑性塑料 注射成型（注塑成型）—主要热塑性塑料
利用注射螺杆或注射柱塞的推力， 利用注射螺杆或注射柱塞的推力，将已塑化好 的熔融物料注入到闭合好的模具内， 的熔融物料注入到闭合好的模具内，经过一段 时间的硬化定型，最终得到制品。 时间的硬化定型，最终得到制品 注射成型包括： 注射成型包括：
有机高分子材料
应用最广：遍及人们生活的各个领域 应用最广：遍及人们生活的各个领域 产量最大： 年全球料塑产量达2亿吨 产量最大：2005年全球料塑产量达 亿吨 年全球料塑产量达 多种或上千种 品种最多： 品种最多：300多种或上千种 多种或
塑料的应用-遍及人们生活的各个领域 遍及人们生活的各个领域
几种塑料制品的挤出成型
（1）片材和平膜成型 ）片材和平膜成型 用挤出成型方法可以生产大于10～15µm至8毫米的 用挤出成型方法可以生产大于 ～ 至 毫米的 平膜、片材和板材。一般按产品的厚度分， 毫米以 平膜、片材和板材。一般按产品的厚度分，1毫米以 上称板材 板材， 片材， 上称板材，0.25～１毫米称片材，薄膜的厚度通常 ～ 毫米称片材 为几到几十 µm(Micron)。 。
塑料的应用-遍及人们生活的各个领域 遍及人们生活的各个领域
塑料的应用-遍及人们生活的各个领域 遍及人们生活的各个领域
塑Hale Waihona Puke Baidu 门窗
汽车刮雨器 的马达系统
赛璐珞与塑料的历史
第一个合成塑料（ 年工业化） 第一个合成塑料（1872年工业化） 年工业化
赛璐珞 celluloid (Xylonite) 象牙； 假象牙；电影胶片 发明人： 发明人：Parkesine, John Hyatt 即硝化纤维或纤维素硝酸酯+樟脑 即硝化纤维或纤维素硝酸酯 樟脑 特点： 特点：坚硬 合适的韧性 在潜入物体周围有“后收缩” 在潜入物体周围有“后收缩” 赛璐珞制造的乒 缺点：易燃、不耐化学腐蚀 缺点：易燃、 乓球和眼镜架
塑料在挤出机中的状态及流动
熔体输送—均化段 熔体输送 均化段 （ 2） 逆流 （ 压力流动 ） 方向与正流相反 ； 是由机头 ） 逆流（ 压力流动） 方向与正流相反； 压力高）到加料口（压力低） 压力梯度所引起 （压力高）到加料口（压力低）的压力梯度所引起 逆向流动。 的逆向流动。 和逆流一样，也是由压力梯度引起的。 （3）漏流 和逆流一样，也是由压力梯度引起的。是 ） 产 生在螺杆突棱与机筒间隙中的一种压力逆流。 生在螺杆突棱与机筒间隙中的一种压力逆流。 逆流 漏流的流速比正流和逆流小得多。 漏流的流速比正流和逆流小得多。 和逆流小得多 沿垂直于螺纹线方向的流动（环流） （4）横流 沿垂直于螺纹线方向的流动（环流）。横 ） 流对物料的混合、热交换和塑化起着重要作用， 流对物料的混合、热交换和塑化起着重要作用，但 对流体总的流动量基本无影响。 对流体总的流动量基本无影响。
塑料的种类
从加工的角度-按材料受热时的行为 从加工的角度 按材料受热时的行为
加热
热塑性塑料： 热塑性塑料：硬
冷却
软化以至熔融流动
PE、 PP 、PS、 PA 、PC、POM、 PBT、 PPS 、 、 、 、 、
加热 塑化或软化 化学交联 固化 热固性塑料： 热固性塑料：
酚醛塑料、不饱和聚酯、 酚醛塑料、不饱和聚酯、环氧树脂等
塑料的种类
品种最多： 多种或上千种 品种最多：300多种或上千种 多种或
从应用的角度-按材料的性能特点和应用范围 从应用的角度 按材料的性能特点和应用范围 通用塑料：量大、面广、加工性能好、 通用塑料：量大、面广、加工性能好、成本低 聚乙烯(PE)、聚丙烯 聚乙烯 、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯 、聚氯乙烯(PVC)、 、 聚苯乙烯(PS)、酚醛 —五大通用塑料 聚苯乙烯 、 五大通用塑料 工程塑料：性能优越（高强、耐磨、耐热、耐腐蚀 工程塑料：性能优越（高强、耐磨、耐热、 ）、可代替金属等作为工程材料 产量不大、 可代替金属等作为工程材料、 等）、可代替金属等作为工程材料、产量不大、成本 较高 。 聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、热塑性聚酯、ABS、聚苯 聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、热塑性聚酯、 、 聚苯硫醚、氟塑料、聚砜、 醚、聚苯硫醚、氟塑料、聚砜、聚酰亚胺
塑料的成型方法及其原理
挤出成型 注射成型 模压成型 铸塑成型 模压烧结成型 传递模塑 压延成型 中空吹塑成型 热成型 拉幅薄膜成型 冷成型
制品的用途
一次 成型
原料种类 （性质）
制品形状
二次 成型
成型方式
挤出成型
亦称挤塑或口模成型
物料从挤出机中通过加热、混合、加压， 物料从挤出机中通过加热、混合、加压，以流动 状态连续通过口模成型。 状态连续通过口模成型。 产品：管材、薄膜、板材、片材、棒材、异型材、 产品：管材、薄膜、板材、片材、棒材、异型材、 电线电缆包覆物、单丝、撕裂膜、打包带、 电线电缆包覆物、单丝、撕裂膜、打包带、网 设备： 设备： 单螺杆挤出机 挤出机 双螺杆挤出机
Redrawn by Nikhil Gupta and Yichuan Xu from Billmeyer
模压成型—主要是热固模塑 模压成型 主要是热固模塑
（Ｂ）传递模塑 （Ｂ）传递模塑
成型 二次成型的粘弹性原理
双螺杆挤出机
是在一个“ ” 是在一个“∞”字形机筒 内，由两根互相啮合的螺 杆组成。 杆组成。螺杆可以是整体 或组装， 或组装，同向旋转或异向 旋转， 旋转，平行或锥形的
双螺杆挤出机和单螺杆 挤出机工作原理比较
物料在单螺杆挤出机中的输送是依靠物料与机 筒的摩擦力 而双螺杆挤出机则为“正向输送” 而双螺杆挤出机则为“正向输送”，有强制将 物料向前输送的作用，另外， 物料向前输送的作用，另外，双螺杆挤出机在 两根螺杆的啮合处还对物料产生剪切作用
几种塑料制品的挤出成型
（2）管材成型 ）
外径固定
内径固定
几种塑料制品的挤出成型
（3）型材挤出 ）
型材通常指棒材和异型材。棒材一般是指实心圆棒， 型材通常指棒材和异型材。棒材一般是指实心圆棒， 也可以是指正方形、矩形、三角形、菱形等； 也可以是指正方形、矩形、三角形、菱形等；异型材 是指除管材、 材外， 是指除管材、板(片)材外， 纵向断面相同， 纵向断面相同，横向断面 不对称的， 不对称的，由挤出法连续 成型的塑料制品。 成型的塑料制品。尤其是 中空异型材制品
螺杆的结构形式与其三个主要工作区
І 加料段：起预热、压实、输送物料的作用，螺槽深度不变 加料段：起预热、压实、输送物料的作用， II 压缩段：螺槽深度逐渐变小；起熔融物料、去阶气体等 压缩段：螺槽深度逐渐变小；起熔融物料、 III 均化段（计量段）：螺槽深度通常为常数；起进一步塑化 化段（计量段）：螺槽深度通常为常数； ）：螺槽深度通常为常数 均匀物料、并将其定量定压的送入机头口模的作用。 均匀物料、并将其定量定压的送入机头口模的作用。
高分子材料成型原理
东华大学 材料科学与工程学院 “高分子材料成型原理”教学团队 高分子材料成型原理” 2008年5月 年 月
“高分子材料成型原理”之 高分子材料成型原理” 高分子材料成型原理
第七章 塑料成型加工原理
何谓塑料
可塑
可以借助成型工具， 可以借助成型工具，在一定的温度和压力下塑 制成各种形状和尺寸的制品。 制成各种形状和尺寸的制品。
热塑性塑料注塑 结构发泡注塑 反应注塑成型(RIM) 反应注塑成型 流动注塑成型 流动注塑成型(LIM) 双层及双色注塑成型 旋转注塑成型等
注射成型的基本程序
An Injection Moulding Machine
合模 注射 螺杆预塑化
保压 制品顶出
制品冷却、
注射成型工艺参数
温度： 温度：料筒温度 塑料的塑化与流动 喷嘴温度 模具温度—塑料的流动与冷却 模具温度 塑料的流动与冷却 压力：注射压力、保压压力 压力：注射压力、 注射周期：注射时间、保压时间、 注射周期：注射时间、保压时间、冷却时间 注射速度
塑料的组成与配制
塑料的组成
树脂： 树脂：聚合物 增塑剂 热稳定剂：热稳定剂、光稳定剂、 热稳定剂：热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂 填充剂（填料）： ）：无机粉末 填充剂（填料）：无机粉末 增强剂：玻璃纤维、碳纤维、 增强剂：玻璃纤维、碳纤维、硼纤维 助剂 着色剂 润滑剂 抗静电剂 阻燃剂
……
塑料的组成与配制
塑料在挤出机中的状态及流动
固体输送—加料段 固体输送 加料段 熔化过程—压缩段 熔化过程 压缩段
① 熔膜的形成 ② 熔池的形成 •随着螺杆的转动，筒壁上的熔膜 随着螺杆的转动， 随着螺杆的转动 被强制刮下来 •刮下的聚合物熔体移动到螺杆根部 刮下的聚合物熔体移动到螺杆根部 •然后再次被根部扫起来形成旋转运动 然后再次被根部扫起来形成旋转运动 •在螺纹推进面前方形成一熔池 在螺纹推进面前方形成一熔池 ③ 熔池的扩大 ④全部熔融 迁移面
表示螺杆结构特征的基本参数
基本参数：直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、 基本参数：直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺 旋角、 螺杆与机筒的间隙、 旋角、 螺杆与机筒的间隙、螺头结构等
直径D：用来表示挤出机的大小规格 直径 ：用来表示挤出机的大小规格, 常见的螺杆直径为 45～ 150毫米 螺杆直径增大，加工能力提高 毫米, ～ 毫米 螺杆直径增大，
表示螺杆结构特征的基本参数
长径比(L/D): 螺杆工作部分有效长度与直径之比， 螺杆工作部分有效长度与直径之比， 长径比 通常为 18～25。 ～ 。 L/D大，能改善物料温度分布，有利于塑料的混合和塑 大 能改善物料温度分布， 化;能减少 漏流和逆流，提高挤出机的生产能力; 能减少 漏流和逆流，提高挤出机的生产能力 L/D过大，塑料受热时间增长而降解; 螺杆自重增加， 过大，塑料受热时间增长而降解 螺杆自重增加， 过大 曲下垂，造成螺杆与机筒的间隙不均匀;给螺 自由端挠 曲下垂，造成螺杆与机筒的间隙不均匀 给螺 杆和机筒的加工制造带来困难; 杆和机筒的加工制造带来困难 L/D过小，易引起物料的混炼、塑化不良。 过小，易引起物料的混炼、塑化不良。 过小 压缩比： 压缩比：螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一个 螺 槽容积之比
热塑性塑料的配制
粉状树脂 混合机或捏合机 螺杆挤出机 切粒机 切粒 混合 挤出 包装 助剂
热固性塑料的配制
粉状配料： 粉状配料： 单体 缩聚 达到一定粘度 即一定分子量 的树脂
+助剂 助剂
干燥
粉碎
过筛 包装
塑料的组成与配制
热固性塑料的配制
团块状料的配制 单体 缩聚 树脂 溶剂 一定粘度 纤维增强剂 团状料 + 的胶液 层压板、 层压板、棒材的制备 配制树脂胶液 含固化剂） （含固化剂） 浸渍增强剂 纸张、织物） （纸张、织物） 烘干 压制固化 烘干 包装
单螺杆挤出机
传动装置 加料装置 机筒 螺杆 机头与口模
单螺杆挤出机结构示意图
1-机座 2-电动机 3-传动装置 4-料斗 5-料斗冷却区 6-机筒 机座 电动机 传动装置 料斗 料斗冷却区 机筒 7-料筒加热器 8-热点偶控温点 9-螺杆 10- 过滤网及多孔板 料筒加热器 热点偶控温点 螺杆 11-机头加热器 12-机头 13-挤出物 机头加热器 机头 挤出物
(a) 慢速注射 (b) 高速注射
模压成型—主要是热固模塑 模压成型 主要是热固模塑
（Ａ）压缩模塑 （Ａ）压缩模塑
•加料 加料 •闭模 闭模 •排气 排气 •固化 固化 •脱模 脱模 •模具吹洗 模具吹洗 •后处理 后处理
Heat and Cooling Heat and Cooling Compound to be molded Hydraulic Pressure Platen Mold Plunger Guide Pins Mold Cavity Platen Hydraulic Plunger