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1、第七章第七章 高分子材料的成型加工技术高分子材料的成型加工技术1.1.高分子材料：以高聚物为主并加入多种添加剂高分子材料：以高聚物为主并加入多种添加剂形成的材料形成的材料n n按用途按用途 ：塑料、橡胶、合成纤维：塑料、橡胶、合成纤维n n按热行为：热塑性、热固性按热行为：热塑性、热固性2.2.高分子材料生产过程高分子材料生产过程 原材料加工准备原材料加工准备 化学反应化学反应 单体单体 聚合聚合 聚合物聚合物 配制配制 高分子材料高分子材料注射、模压、吹塑、压延注射、模压、吹塑、压延 高分子材料制品高分子材料制品一、塑料一、塑料以高聚物为主并加入多种添加剂，能在一定的温以高聚物为主并加入多种
2、添加剂，能在一定的温度和压力下成形加工的各种材料的总称度和压力下成形加工的各种材料的总称（1 1）分类）分类按热行为：热塑性、热固性按热行为：热塑性、热固性按产量用途：通用塑料、工程塑料、功能塑料按产量用途：通用塑料、工程塑料、功能塑料（2 2）常用塑料）常用塑料n n聚乙烯（聚乙烯（PEPE）n n聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVCPVC）n n聚丙烯（聚丙烯（PPPP）n n聚苯乙烯（聚苯乙烯（PSPS）n n聚甲基丙烯酸甲酯（聚甲基丙烯酸甲酯（PMMAPMMA）n n氟塑料氟塑料n n聚酰胺（聚酰胺（PAPA）尼龙尼龙n n聚碳酸酯（聚碳酸酯（PCPC）n nABSABSn n聚酯树脂聚酯树脂
3、不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂 （UPUP）饱和聚酯树脂饱和聚酯树脂 ：PETPET、PBTPBTn n酚醛树脂（PF）n n环氧树脂（EP）2.工程塑料的成型基础成型性能：成型物料对各种成型工艺和模具结构的适应能力（1）塑料熔体的流变行为n n流变 流动与变形n n粘度 流变性的主要表现 粘度及其变化是塑料成型中最主要的参数n n影响粘度的因素影响粘度的因素 a.a.聚合物分子量聚合物分子量 分子量越大，粘度越大分子量越大，粘度越大 不同成型方法对粘度要求不同不同成型方法对粘度要求不同 可通过添加低分子物质（如增塑剂）降低分子量可通过添加低分子物质（如增塑剂）降低分子量b.b.温度温度 温度越
4、高，粘度越低温度越高，粘度越低 但温度太高但温度太高 降聚、分解或变色降聚、分解或变色 c.c.压力压力 压力越大，粘度越大压力越大，粘度越大 压力压力-温度等效性：温度等效性：增压等效降温增压等效降温 d.d.剪切速率剪切速率 剪切速率越大，粘度越低剪切速率越大，粘度越低 （2 2）收缩性）收缩性n n成因：热胀冷缩、弹性回复、凝固收缩成因：热胀冷缩、弹性回复、凝固收缩n n计算计算:k k计算收缩率；计算收缩率；a a型腔在常温下的实际尺寸；型腔在常温下的实际尺寸；b b塑件在常温下的实际尺寸。塑件在常温下的实际尺寸。n n影响因素：影响因素：材料、形状、成型压力、材料、形状、成型压力、成
5、型温度等成型温度等（3 3）吸湿性）吸湿性3.3.成型方法成型方法（1 1）注射成型）注射成型a.a.原理：物料在注射机加热料筒中塑化由螺杆或注塞原理：物料在注射机加热料筒中塑化由螺杆或注塞注入闭合模具模腔中冷却成型注入闭合模具模腔中冷却成型b.b.生产过程生产过程 清理准备模具清理准备模具 合模合模 注射注射 冷却冷却 开模开模 顶出制品顶出制品c.c.注射成型三要素、三原则注射成型三要素、三原则三要素：塑料物料、注射机、模具三要素：塑料物料、注射机、模具三原则：成型温度：料筒温度、喷嘴温度、模具温度三原则：成型温度：料筒温度、喷嘴温度、模具温度n n成型热塑性塑料时，模具远低于料温，物料在
6、模腔成型热塑性塑料时，模具远低于料温，物料在模腔内冷却硬化内冷却硬化n n成型热固性塑料时，模温高于料温，物料在模腔内成型热固性塑料时，模温高于料温，物料在模腔内迅速发生固化反应而硬化迅速发生固化反应而硬化 压力：取决于塑料的品种、模具的结构、压力：取决于塑料的品种、模具的结构、注射温度等注射温度等周期：充模时间、保压时间、冷却时间周期：充模时间、保压时间、冷却时间(d)(d)特点及应用特点及应用n n自动化程度高、生产效率高；自动化程度高、生产效率高；n n应用广应用广 热塑性（几乎所有）、热固性（流动性较大）热塑性（几乎所有）、热固性（流动性较大）小型精密件、大型部件小型精密件、大型部件n
7、 n能一次成型外观复杂、尺寸精确、带有金属或非能一次成型外观复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件、甚至可以充以气体形成空心结构的塑金属嵌件、甚至可以充以气体形成空心结构的塑料制品料制品（2 2）挤出成型（挤塑）挤出成型（挤塑）a.a.原理：借助螺杆的挤压作用使受热熔融的物原理：借助螺杆的挤压作用使受热熔融的物料在压力推动下通过口模而成为连续型材料在压力推动下通过口模而成为连续型材b.b.挤出过程挤出过程n n熔融：外部加热和内部摩擦热作用下，逐熔融：外部加热和内部摩擦热作用下，逐渐熔化成熔体渐熔化成熔体n n成型：通过口模时在压力下成为与口模相成型：通过口模时在压力下成为与口模相似的连续体似的
8、连续体n n定型：在外部冷却下连续体被凝固定型定型：在外部冷却下连续体被凝固定型c.c.特点及应用特点及应用n n生产效率高，可自动化连续生产；生产效率高，可自动化连续生产；n n几乎可用于所用热塑性塑料；几乎可用于所用热塑性塑料；n n主要生产截面形状不同的型材主要生产截面形状不同的型材（3 3）压延成型）压延成型a.a.原理原理 加热塑化的热塑性塑料，通过三个以加热塑化的热塑性塑料，通过三个以上转动辊筒间隙使之成为连续片材的一种成上转动辊筒间隙使之成为连续片材的一种成型方法型方法b.b.生产过程生产过程 以以PVCPVC压延薄膜为例压延薄膜为例配料配料 混合混合 塑化（熔融混合均匀）塑化（
9、熔融混合均匀）供料供料 压延压延 引离引离 （扩幅）（扩幅）轧花轧花 冷却冷却c.c.特点及应用特点及应用适于软化温度较低的热塑性材料非晶态聚合物，适于软化温度较低的热塑性材料非晶态聚合物，如如PVCPVC、ABSABS等等（4 4）中空吹塑成型）中空吹塑成型a.a.原理：将熔融的塑料管坯置于模具内，利用原理：将熔融的塑料管坯置于模具内，利用压缩空气吹胀，冷却制得具有一定形状的压缩空气吹胀，冷却制得具有一定形状的中空制品中空制品b.b.生产过程生产过程 挤出吹塑、注射吹塑、拉伸吹塑挤出吹塑、注射吹塑、拉伸吹塑c.c.特点及应用特点及应用中空制品具有较好的韧性和抗挤压性中空制品具有较好的韧性和抗
10、挤压性主要用于主要用于PEPE、PVCPVC、PPPP、PSPS、PETPET、PCPC等制等制成中空制品成中空制品（5 5）模压成型（压缩模塑）模压成型（压缩模塑）a.a.原理原理 成型物料在闭合模腔内借助于加热、加成型物料在闭合模腔内借助于加热、加压使其固化（凝固和交联）而成型压使其固化（凝固和交联）而成型b.b.生产过程生产过程 成型前准备（预压、预热）成型前准备（预压、预热）模压过程模压过程 （装料、加压及加热、脱模）（装料、加压及加热、脱模）后处理后处理c.c.特点及应用特点及应用成型周期长、生产效率较低成型周期长、生产效率较低 热塑性塑料、热固性塑料均可使用，热固性热塑性塑料、热固
11、性塑料均可使用，热固性塑料特别适用塑料特别适用（6 6）发泡成型）发泡成型a.a.原理原理 通过机械、化学或物理方法使塑料内通过机械、化学或物理方法使塑料内部形成大量微孔，并固化形成固定微孔结部形成大量微孔，并固化形成固定微孔结构的泡沫塑料塑料的成型方法构的泡沫塑料塑料的成型方法b.b.发泡方法发泡方法n n机械发泡机械发泡 机械搅拌机械搅拌n n物理发泡法物理发泡法 物理方法物理方法 在加压下先使惰性气体溶解于熔融树脂或糊状复合在加压下先使惰性气体溶解于熔融树脂或糊状复合成型料中，再减压使被溶解的气体膨胀逸出而发泡成型料中，再减压使被溶解的气体膨胀逸出而发泡 先将挥发性的液体均匀地混合于树脂
12、中，然后加热先将挥发性的液体均匀地混合于树脂中，然后加热使其在树脂中汽化发泡使其在树脂中汽化发泡n n化学发泡法化学发泡法 混合物料中的某些组分发生化学反应混合物料中的某些组分发生化学反应 化学发泡剂法化学发泡剂法 利用生成树脂的聚合反应中的副产物的发泡法利用生成树脂的聚合反应中的副产物的发泡法（3 3）特点及应用）特点及应用几乎所用塑料均可通过发泡成型方法制得泡几乎所用塑料均可通过发泡成型方法制得泡沫塑料，但目前常用的是沫塑料，但目前常用的是PSPS、聚氨酯、聚氨酯、PEPE、PVCPVC（7 7）热成型）热成型a.a.原理原理 将片材或板材加热软化，再在外力将片材或板材加热软化，再在外力（
13、气体、液体压力或机械压力）作用下使（气体、液体压力或机械压力）作用下使之紧贴模具表面，最后冷却脱模，得到形之紧贴模具表面，最后冷却脱模，得到形状与模具型腔相同的制品的成型方法状与模具型腔相同的制品的成型方法b.b.方法方法 真空成型（吸塑成型）真空成型（吸塑成型）（3 3）特点与应用）特点与应用n n原料是已成型的片材或板材，属二次加工原料是已成型的片材或板材，属二次加工n n适应性强，设备投资少，模具制造简便适应性强，设备投资少，模具制造简便n n要求板、片材在加工提哦案件下有较好的延展要求板、片材在加工提哦案件下有较好的延展性性n n主要适宜于热塑性塑料，如主要适宜于热塑性塑料，如ABSA
14、BS、PMMAPMMA、PVCPVC、PPPP、PAPA、PCPC、PETPET等等（8 8）浇注成型）浇注成型n n在室温或稍高温度下是液体的树脂，在加入固在室温或稍高温度下是液体的树脂，在加入固化剂或催化剂与其它添加剂后，可在液态下浇化剂或催化剂与其它添加剂后，可在液态下浇入模腔，通过化学反应硬化成形入模腔，通过化学反应硬化成形n n可用这种方法生产体积很大的零件可用这种方法生产体积很大的零件二、橡胶的成型加工技术二、橡胶的成型加工技术1.1.橡胶橡胶 在宽阔温度范围内表现良好高弹性行在宽阔温度范围内表现良好高弹性行为的高分子材料总称为的高分子材料总称高聚物（主）、硫化剂（硫磺等）、补强剂
15、高聚物（主）、硫化剂（硫磺等）、补强剂（炭黑）、防老剂等（炭黑）、防老剂等n n天然橡胶、合成橡胶天然橡胶、合成橡胶n n热塑弹体、硫化橡胶热塑弹体、硫化橡胶（1 1）天然橡胶）天然橡胶 （2 2）合成橡胶）合成橡胶n n丁苯橡胶丁苯橡胶n n顺丁橡胶顺丁橡胶n n乙丙橡胶乙丙橡胶n n丁睛橡胶丁睛橡胶n n氯丁橡胶氯丁橡胶n n氟橡胶氟橡胶n n硅橡胶硅橡胶n nSBSSBS热塑弹体热塑弹体2.2.橡胶成型加工橡胶成型加工1)1)干胶制品干胶制品塑炼、混炼、成形、硫化塑炼、混炼、成形、硫化（1 1）塑炼）塑炼 强迫生胶反复通过两个转速不强迫生胶反复通过两个转速不同的辊筒之间的间隙，使之在强剪
16、切作用同的辊筒之间的间隙，使之在强剪切作用下相对分子量降低，相对分子质量分布变下相对分子量降低，相对分子质量分布变宽，提高流动性宽，提高流动性（2 2）混炼）混炼 使已塑炼的胶（包括混用合成使已塑炼的胶（包括混用合成胶）与添加剂（配合剂）混合均匀胶）与添加剂（配合剂）混合均匀n n添加剂 硫化剂：硫磺、过氧化物 硫化促进剂 使硫化剂活化 增强剂（活性填充剂）炭黑 防老化剂 润滑剂（3）成型与硫化 塑炼胶通过压延机、挤出机等制成一定截面半成品，再将半成品按制品形状组合起来n n模压法 将预压好或经称重的型坯直接放入模腔、合模，将模具放进硫化机平板间，加热加压，使制品硫化直至定型n n传递模压法
17、模具上除主模腔外，还有一个与之连通的第二空腔 模具操作开始前，模腔闭合，胶料先被加进第二空腔，然后通过对接触胶料的柱塞加压，将料转移到主模腔，硫化成形n n注射法注射法将预加热成塑性状态的胶料经压模的浇注系统将预加热成塑性状态的胶料经压模的浇注系统注入模具型腔中定型硫化注入模具型腔中定型硫化n n挤出成型挤出成型2)2)胶乳制品胶乳制品胶乳胶乳 添加剂添加剂 硫化胶乳硫化胶乳 浸渍、压出或注模浸渍、压出或注模 等等 半成品半成品 硫化硫化 成品成品3 3）热塑性弹性体（）热塑性弹性体（TPETPE）n n无需硫化即具有高强度和高弹性无需硫化即具有高强度和高弹性n n可采用热塑性塑料的加工工艺和
18、设备成型可采用热塑性塑料的加工工艺和设备成型三、化学纤维成型加工三、化学纤维成型加工1.1.纺丝方法纺丝方法（1 1）熔融纺丝）熔融纺丝n n凡能加热熔融或转变为粘流态而不发生显著分凡能加热熔融或转变为粘流态而不发生显著分解的成纤聚合物，如聚酰胺、聚丙烯等均可用解的成纤聚合物，如聚酰胺、聚丙烯等均可用n n熔体从喷丝孔中压出而形成细流，空气冷却熔体从喷丝孔中压出而形成细流，空气冷却（2 2）溶液纺丝）溶液纺丝聚合物制成溶液，经过喷丝板或帽聚合物制成溶液，经过喷丝板或帽挤出挤出成纺丝液成纺丝液细流，然后该细流经凝固浴以形成丝条细流，然后该细流经凝固浴以形成丝条n n湿法纺丝：凝固浴为水、溶剂或溶
19、液等介质湿法纺丝：凝固浴为水、溶剂或溶液等介质n n干法纺丝：凝固浴为热空气干法纺丝：凝固浴为热空气2.2.纺丝后加工纺丝后加工n n初生纤维初生纤维 分子排列不规整，纤维结晶度低，分子排列不规整，纤维结晶度低，取向度低，物理性能差，不能直接使用取向度低，物理性能差，不能直接使用n n短纤维：集束短纤维：集束 拉伸拉伸 热定形热定形 卷曲卷曲 切断切断 干燥干燥 打包等打包等n n长丝：初捻长丝：初捻 拉伸、加捻拉伸、加捻 后加捻后加捻 热定形热定形 终丝等终丝等小 结1.薄膜可以用挤出或压延的方法制得，但大多数薄膜是用空气吹塑的方法，将熔体管状挤出物吹胀，并经分切而成；2.热固性塑料可以用模
20、压方法加工，即对模腔内的预聚物加热加压。注塑可适用于大多数热塑性和某些热固性塑料，可成型结构复杂的单件制品。热塑性塑料通常采用快速自动的注塑工艺加工，即粒状聚合物在机筒内加热软化或塑炼，然后由往复式活塞或螺杆注入冷的闭合模中，模制品在模具开起时被脱出，然后重复。3.聚合物泡沫材料可用乳胶的机械起泡制得，也可利用气体发泡剂制备。对聚氨酯来讲，若用后一种方法，则可现场进行生产，或在加工时加入发泡剂；4.空心制品（如塑料瓶）是在双接拼模具内用空气将加热软化的塑料管或型坯吹胀后冷却制得的；5.像敞口容器或壳体那样的塑料制品，可用塑料板的热成型工艺制造6.管材和各种型材可用挤出的方法连续生产，即强制加热
21、软化的聚合物经口模连续挤出，然后将挤出物连续冷却得到产品；7.7.橡胶成型加工是用生胶（天然橡胶、合成橡橡胶成型加工是用生胶（天然橡胶、合成橡胶、再生胶等）和各种配合剂、防老化剂、胶、再生胶等）和各种配合剂、防老化剂、填充剂等）用炼胶机混炼而成混炼胶，再根填充剂等）用炼胶机混炼而成混炼胶，再根据需要加入能保持制品形状和提高强度的各据需要加入能保持制品形状和提高强度的各种骨架材料（如天然纤维、化学纤维、钢丝种骨架材料（如天然纤维、化学纤维、钢丝等），放入所需形状的模具中，在专用或通等），放入所需形状的模具中，在专用或通用设备上经加热加压（硫化处理后）获得所用设备上经加热加压（硫化处理后）获得所需形状和性能的橡胶制品；需形状和性能的橡胶制品；8.8.合成纤维但是通过迫使聚合物合成纤维但是通过迫使聚合物熔体熔体或溶液通或溶液通过喷丝板中的小孔而制得的。过喷丝板中的小孔而制得的。此外，要牢固掌握此外，要牢固掌握塑料熔体的流变行为。思 考 题 简述塑料的注射成型、挤出成型、压延成型、中空吹塑成型、模压成型、发泡成型热成型的成型原理及主要应用。