塑料工藝.docx

一、 塑料工業(yè)發(fā)展史及現(xiàn)狀 19世紀，美國盛行臺球。那時的臺球是用象牙做的，但當(dāng)時非洲的大象不斷減少，美國差不多完全得不到象牙來制作臺球，臺球制造廠的老板。于是宣布：誰能發(fā)明一種代替象牙做臺球的材料，誰就能得到1萬美元的獎金。 1868年，美國一位叫約翰海阿特的人，決定發(fā)明出一種代替象牙制作臺球的材料，許多努力都失敗后，一次偶然發(fā)現(xiàn)硝化纖維在酒精中溶解后（火棉膠），將其涂在物體上，干燥后能形成透明而結(jié)實的膜。他就想把這種膜凝結(jié)起來做成球，經(jīng)歷一次次失敗后，終于在1869年發(fā)現(xiàn)，在火棉膠中加進樟腦時，硝化纖維成了一種柔韌、硬而不脆的材料。在熱壓下制成各種形狀，當(dāng)然可以用來做臺球。他將它命名為“賽璐珞”。 據(jù)此，他已成了一個大發(fā)明家，1872年，他在美國紐瓦克建立了一個生產(chǎn)賽璐珞的工廠，除用來生產(chǎn)臺球外，還用來做馬車和汽車的風(fēng)擋及電影膠片，從此開創(chuàng)了塑料工業(yè)的先河。 1877年，英國也開始用賽璐珞生產(chǎn)假象牙和臺球等塑料制品。后來海阿特又用賽璐珞制造箱子、鈕扣、直尺、乒乓球和眼鏡架等。 賽璐璐雖是最早的人造塑料，而不是合成塑料，由于“賽璐珞”中含硝酸根，極易著火引起火災(zāi)。第一種合成塑料是將酚醛樹脂加熱模壓制得，是在20世紀初，由美籍比利時化學(xué)家貝克蘭制成。 1905年,美國化學(xué)家貝克蘭有一次將苯酚和甲醛放在燒瓶里,以酸做催化劑,然后進行加熱反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)里面生成了一種粘稠的東西，這東西就是現(xiàn)在的酚醛樹脂，它不滲水，受熱不變形，有一定的機械強度，易于加工，而且有很好的絕緣性，這對于剛興起的電器工業(yè)來說，是非常及時的材料。 人們在酚醛樹脂里加進鋸木屑、石棉或陶土等混合后，在高溫下用模子壓出成品。廣泛用來生產(chǎn)電燈開關(guān)、燈頭、燈座、電話機等電器用品，因此稱為“電木”。現(xiàn)在電木仍是普遍使用一種塑料。但其衍生的建材粘合劑含甲醛，造成污染。 1931年，美國羅姆-哈斯公司以本體法生產(chǎn)聚甲基丙烯酸甲酯，制造出有機玻璃。 1926年，美國W.L.西蒙把尚未找到用途的聚氯乙烯粉料在加熱下溶于高沸點溶劑中，在冷卻后，意外地得到柔軟、易于加工、且富于彈性的增塑聚氯乙烯。這一偶然發(fā)現(xiàn)打開了聚氯乙烯得以工業(yè)生產(chǎn)的大門。1868 硝酸纖維素(賽璐珞celluloid) 1909 酚醛樹脂（電木） 1931 聚丙烯酸甲酯 1933 聚乙烯 PE 1936 聚氯乙烯PVC 1936 聚甲基丙烯酸甲酯(有機玻璃) 1936 聚乙烯醇縮醛 1938 聚酰胺 1940 聚酯、有機硅樹脂、氟樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯 1955 聚丙烯 1956 聚苯乙烯 1970 聚甲醛、聚碳酸酯、ABS樹酯 二、塑料基礎(chǔ)知識2.1、塑料的基本性能(1) 塑料質(zhì)輕，比強度高(比強度是指強度與密度的比值) 。一般塑料密度在0.9-2.3g/cm3之間，聚乙烯、聚丙烯的密度最小，約為0.9 g/cm3，最重的聚四氟乙烯的密度不超過2.3g/cm3。平均密度約為鋁的1/2、鋼的1/5。(2) 多數(shù)塑料制品有透明性，并富有光澤，能著鮮艷色彩，且著色堅固，不易變色。 (3) 優(yōu)異的電絕緣性。大多數(shù)塑料在低頻低壓下具有良好的電絕緣性能，有的即使在高頻高壓下也可以作電器絕緣材料或電容介質(zhì)材料。(4) 塑料的導(dǎo)熱率極小，只有金屬的1/6001/200，泡沫塑料的導(dǎo)熱率與靜態(tài)空氣相當(dāng)，被廣泛用作絕熱保溫材料或建筑節(jié)能、冷藏等絕熱裝置材料。(5) 耐磨、自潤滑性能好。大多數(shù)塑料具有優(yōu)良的減磨、耐磨和自潤滑特性，可以在無潤滑條件下有效工作。(6) 塑料有耐化學(xué)藥品性，多數(shù)塑料對一般濃度的酸、堿、鹽等化學(xué)藥品具有良好的耐腐蝕性能，其中最突出的是聚四氟乙烯。(7) 塑料成型加工方便，能大批量生產(chǎn)。塑料通過加熱、加壓可塑制成各種形狀的制品，易進行切削、焊接、表面處理等二次加工，精加工成本低，用塑料制品代替金屬制品，可以節(jié)約大量金屬材料。缺點：（1）塑料不耐高溫，低溫容易發(fā)脆。 （2）燃燒時放出有毒氣體。 （3）塑料制品易變形。 （4）塑料有“老化”現(xiàn)象。 （5）降解困難，對環(huán)境不友好。 2. 2 塑料的分類 1.按熱性能分：熱塑性塑料和熱固性塑料。A.熱塑性塑料 在特定溫度范圍內(nèi)受熱軟化(或熔化)，冷卻后硬化，能反復(fù)加熱軟化和反復(fù)冷卻硬化，且在軟化狀態(tài)通過流動能反復(fù)模塑成型。塑性較好，但耐熱性差。主要有：ABS、聚酰胺（尼龍）、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲醛。B.熱固性塑料 初加熱時軟化，可塑造成形，但固化后（如加入固化劑，用紫外線輻射）再加熱將不再軟化,也不溶于溶劑。即不再具有可塑性。它有較高的耐熱性，不易變形，剛度大，硬度高。 主要有；環(huán)氧塑料、酚醛塑料、氨基樹脂、不飽和聚酯。2.按用途分：工程塑料、通用塑料、增強塑料和特種塑料。(1)工程塑料 主要特點：絕緣性好、彈性高、能承受較大的力，不易變形、不易老化等。即力學(xué)性能好和使用溫度高的塑料。主要用于各種家用電器、手動工具、機械、交通類產(chǎn)品中的塑料件。 主要有：聚酰胺（尼龍）、聚甲醛、聚碳酸酯和ABS等。其強度較高、剛性較大，韌性也較好，但價格較高。常用于制造機械零件和工程構(gòu)件等。（2）通用塑料 即力學(xué)性能和使用溫度較低的塑料，產(chǎn)量大，用途多，價格低廉。主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚苯乙烯、ABS，其產(chǎn)量約占塑料總產(chǎn)量的四分之三以上。用作日常生活品、包裝材料。（3）增強塑料是一種高分子復(fù)合材料，它以合成樹脂為基礎(chǔ)與增強材料如玻璃纖維、碳纖維、石棉纖維等結(jié)合而成的一種增強材料。特點：質(zhì)地非常輕盈（為鋼的1/4，鋁的1/2）、堅硬，耐腐蝕等。成形方法：手糊、模壓、纏繞成形法。應(yīng)用：制作交通工具的車門與窗框，儀表盤、內(nèi)部裝飾板、醫(yī)療設(shè)備的外殼、電機機殼等。(4)特種塑料 又稱功能塑料，是指具有特殊功能，能在較高溫度（100 200 以上）下工作的塑料，能滿足特殊使用要求，如醫(yī)用塑料、導(dǎo)電塑料等。主要有：聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、有機硅樹脂、環(huán)氧樹脂等。2、3高分子聚合物的力學(xué)狀態(tài) 由于溫度和聚合物形變的關(guān)系能比較全面的反映高分子運動的狀態(tài)，因此通過形變溫度曲線和特征溫度的討論，可了解熱性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。 在線型聚合物中，由于鏈段熱運動程度不同，一般可出現(xiàn)三種不同的力學(xué)狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)1)玻璃態(tài) 玻璃態(tài)相當(dāng)于小分子物質(zhì)的固態(tài)。在玻璃態(tài)時由于溫度較低，大分子鏈和鏈段都不能產(chǎn)生運動。在外力的作用下，只能使大分子中的原子作輕微的振動，從而產(chǎn)生較小的可逆形變， 2)高彈態(tài) 隨著溫度繼續(xù)增加，到達玻璃化溫度時，聚合物進入高彈態(tài)。分子鏈段獲得足夠的能量而發(fā)生運動產(chǎn)生較大的形變高彈形變，這種形變具有可逆性，在常溫下處于高彈態(tài)的聚合物，可作為彈性材料使用。3) 粘流態(tài) 當(dāng)溫度繼續(xù)增加達到軟化溫度時，聚合物進入粘流態(tài)，整個大分子鏈開始運動，產(chǎn)生相對滑移，形成很大的形變，這種形變具有不可逆性，如下圖所示。聚合物的粘流態(tài)不同于玻璃態(tài)和高彈態(tài)，它不是一種使用狀態(tài)，而是工藝狀態(tài)。 聚合物在各狀態(tài)的力學(xué)行為特征和分子機理如下表所示。聚合物力學(xué)三態(tài)的分子機理和力學(xué)行為特征 三、塑料的成形加工工藝 塑料成型是將樹脂和各種添加劑的混合物作為原料，制成具有一定形狀的制品的工藝過程。塑料制品性能的優(yōu)劣，既與塑料品種和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有關(guān)，也與成型方法和具體的工藝條件等因素有關(guān)。 根據(jù)聚合物所處不同力學(xué)狀態(tài)，塑料成型加工的方法可分為三大類： 處于玻璃態(tài)的塑料，可以采用車、銑、鉆、刨等機械加工方法和電鍍、噴涂等表面處理方法； 當(dāng)塑料處于高彈態(tài)時，可以采用熱沖壓、彎曲，真空成型等熱變形加工方法； 把塑料加熱到粘流態(tài)，可以進行注射成型、擠出成型，吹塑成型等粘性流動加工。 1. 注塑成型（注射成型）原理：利用注射機中的螺桿或柱塞的直線運動，將料筒內(nèi)已加熱塑化的粘流態(tài)塑料以一定的壓力和速度注入到合模的模腔內(nèi)，冷卻硬化后即成所需的制品。工藝過程：定量加料加熱熔融塑化 施壓注射充模冷卻啟模取件。 技術(shù)特點： （1）是所有熱塑性塑料和部分流動性好的熱固性塑料的主要成型方法之一。 （2）能一次成型出外形復(fù)雜、尺寸精確和帶嵌件的制品。 （3）成型周期短、生產(chǎn)效率高，一般制件只需3060秒可成型。 （4）制品的一致性好，表面質(zhì)量好。2. 擠出成型 （擠塑成型）1）適用加工對象：熱塑性塑料和流動性好的熱固性塑料。2）成型原理：使加熱熔融的塑料在推力作用下連續(xù)通過擠出模的?？谆蚩谀＃鋮s定型硬化后而得到各種斷面形狀的制品。 3）擠出成型的制品有：薄膜、管、板、棒、單絲、中空容器、電線被覆層等。3. 壓制成型壓制成型主要用于熱固性塑料制品的生產(chǎn)，有模壓法和層壓法兩種。（1）模壓成型（壓塑成型）成型原理：是將定量的塑料原料置于金屬模具內(nèi)，閉合模具，加熱加壓，使原料塑化流動并充滿型膛，同時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而固化成型。 成型特點：a. 特別適合成形流動性很差的物料及大面積的薄壁制品。b. 幾乎所有熱固性塑料都適宜壓塑成形。 (2)層壓成型 將浸漬過樹脂的片狀材料疊合至所需厚度后放入層壓機中，在一定的溫度和壓力下使之粘合固化成層狀制品，如下圖所示。分為連續(xù)式層壓成型和間歇式層壓成型。 層壓成型制品質(zhì)地密實，表面平整光潔，生產(chǎn)效率高。多用于生產(chǎn)增強塑料板材、管材、棒材和膠合板等層壓材料。4. 吹塑成型 首先用擠出、注射等方法制出管狀型坯，然后將壓縮空氣通入處于熱塑狀態(tài)的型坯內(nèi)腔中，使其膨脹成為所需形狀的塑料制品。 分薄膜吹塑和中空吹塑成型。用于制造塑料薄膜、中空塑料制品(如：瓶子、包裝桶、油箱、玩具等)。(1)薄膜吹塑 薄膜吹塑成型是將熔融塑料從擠出機機頭口模的環(huán)行間隙中呈圓筒形薄管擠出，同時從機頭中心孔向薄管內(nèi)腔吹入壓縮空氣，將薄管吹脹成直徑更大的管狀薄膜(俗稱泡管)，冷卻后卷取。 薄膜吹塑成型主要用于生產(chǎn)塑料薄膜。(2)中空吹塑 中空吹塑成型是將從擠出機擠出的、處于軟化狀態(tài)的管狀熱塑性坯料放入成型模內(nèi)，然后通入壓縮空氣，利用空氣的壓力使坯料沿模腔變形 工藝： a.擠出吹塑：用擠出機擠出管狀型坯，趁熱將其夾在模具模腔內(nèi)并封底，向管坯內(nèi)腔通入壓縮空氣吹脹成型。 特點：制品形狀適應(yīng)性廣，特別適合于制造大型制件，制件底部強度不高，有邊角料。 b.注射吹塑：分冷型坯吹塑和熱型坯吹塑。前者是將注射制成的試管狀有底型坯冷卻后移入吹塑模內(nèi)，將型坯再加熱并通入壓縮空氣吹脹成型。后者則是將注射制成的試管狀有底型坯趁熱移入吹塑模內(nèi)進行吹脹成型。 特點：注射吹塑制件外觀好，重量穩(wěn)定，尺寸精確，無邊角料。 c.拉伸吹塑：將擠出或注射制成的型坯加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，進行縱向拉伸，同時或稍后用壓縮空氣吹脹進行橫向拉伸。主要用于生產(chǎn)飲料用PET瓶及聚丙烯、聚氯乙烯中空制品。 5.壓延成型 是利用一對或數(shù)對作相對旋轉(zhuǎn)的加熱輥筒，將熱塑性塑料塑化并展壓成一定厚度和寬度的薄型材料。 壓延成型產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)能力大，多用于生產(chǎn)塑料薄膜、薄板、人造革、壁紙、地板革等塑料制品。 6、 滾塑成型 把粉狀或糊狀塑料置于模具中，加熱并沿兩垂直軸旋轉(zhuǎn)模具，使模內(nèi)物料熔融并均勻散布到模腔表面，經(jīng)冷卻脫模而得制品。 滾塑成型所用模具及設(shè)備成本低，可同時生產(chǎn)多個制件，但生產(chǎn)效率較低。多用于生產(chǎn)各種形狀的中空塑料制件，如大型容器、汽車零部件、玩具等。7.鑄塑成型 鑄塑成型又稱澆鑄成型。將加有固化劑和其他助劑的液態(tài)樹脂混合物料倒入成型模具中，在常溫或加熱條件下使其逐漸固化而成為具有一定形狀的制品。鑄塑成型工藝簡單，成本低，可以生產(chǎn)大型制件，適用于流動性大而又有收縮性的塑料，如有機玻璃、尼龍、聚氨酯等熱塑性塑料和酚醛樹脂、不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂等熱固性塑料成型采用。8.纏繞成型 是增強塑料的成型方法之一。成型方法：將浸漬過樹脂的連續(xù)纖維按一定方式纏繞到一定形狀的芯模上至一定厚度制成坯件，在適當(dāng)?shù)睦p繞張力下，按一定規(guī)律經(jīng)固化脫模獲得制品的一種方法。成型產(chǎn)品：適用于制作圓筒形、球形、管形等大型旋轉(zhuǎn)體制品9.手糊成型該法是增強塑料成型方法之一，以手工作業(yè)為主，其工藝流程如下：工藝流程： 首先在涂有脫模劑的模具上均勻地刷一層樹脂，再將按要求剪裁成