聚合物成型加工基礎(chǔ)案例分析設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 聚合物成型加工基礎(chǔ) 案例分析設(shè)計(jì)報(bào)告 案例：牙刷組長(zhǎng)：楊明錫1143001099組員：胡益民1142042037、鄧杰1143001033、邱華曄1143001019、楊帥1143001090、張賽1143001082、孫得發(fā)1143001049、李戰(zhàn)1143001073、李剛1143001065、劉志璽1143001106、李正坤1143001096、李小東1143001132目 錄摘要3外包裝3內(nèi)包裝6牙刷柄10牙刷毛16產(chǎn)品的組裝20整體經(jīng)濟(jì)性分析20組員分工21結(jié)語21摘要牙刷是用于清潔牙齒的一種刷子。一般刷牙時(shí)都會(huì)在牙刷上加上牙膏清潔牙齒。日常生活中離不開牙刷的使用，那么一把完整的

2、牙刷包括它的內(nèi)外包裝究竟是如何從原材料樹脂加工成型到成品的呢？我們小組經(jīng)過分工調(diào)查、匯總整理、創(chuàng)新與討論，從各個(gè)部件的原料、助劑和成型加工方法，經(jīng)濟(jì)型分析以及對(duì)新材料和新加工工藝的介紹等幾個(gè)方面對(duì)牙刷這一主要有聚合物成型得到的制品進(jìn)行案例分析。1、 外包裝（塑料包裝袋）1.原材料與助劑原材料規(guī)格：CPP（流延聚丙烯）/OPP（定向、拉伸性聚丙烯）型號(hào)：E-09型式：貼片帶片厚：1-12mm長(zhǎng)度：0.03-1m重量：0.001-0.05Kg/件助劑抗氧劑：可延緩或抑制聚合物氧化過程的進(jìn)行，從而阻止聚合物的老化并延長(zhǎng)其使用壽命，又被稱為“防老劑”。熱穩(wěn)定劑：可有效地阻止、減少甚至基本停止材料的熱氧

3、降解。增塑劑：削弱聚合物分子之間的次價(jià)健，增加聚合物分子鏈的移動(dòng)性，降低聚合物分子鏈的結(jié)晶性，即增加聚合物的塑性，聚合物的硬度、模量、軟化溫度和脆化溫度下降，而伸長(zhǎng)率、曲撓性和柔韌性提高。阻燃劑：又稱難燃劑，耐火劑或防火劑：賦予易燃聚合物難燃性的功能性助劑。其他助劑2. 加工工藝 平模擠出成型 加熱，使輸送入螺槽的PP樹脂顆粒流動(dòng)熔融； 擠出機(jī)將塑料熔體由一狹縫模頭擠出，擠出的片狀物直接流延到表面鍍鉻的冷卻輥上； 進(jìn)入水浴冷卻，或由驟冷輥冷卻，或可進(jìn)入三輥壓光機(jī)進(jìn) 行壓光； 卷曲輥收卷塑料薄膜，分切成品，再由三邊封制袋機(jī)制成包裝袋； 經(jīng)過專用印刷機(jī)染色印刷后包裝出廠。 3. 主要設(shè)備帶有T型機(jī)

4、頭的螺桿擠出機(jī)、全自動(dòng)電腦凹版九色印刷機(jī)、全自動(dòng)電腦三邊封制袋機(jī)、熱切機(jī)等。 螺桿擠出機(jī) 九色全自動(dòng)印刷機(jī)4. 制品使用環(huán)境及制品要求常溫常壓、受力比較小。透明度高、光澤感強(qiáng)、色澤純正、可印染。5. 經(jīng)濟(jì)分析一般普通牙刷的包裝袋重約5g，復(fù)合材料CPP/OPP價(jià)格約為19500元/噸。外包裝價(jià)格：19500*5/1000000=0.0975元/件6. 材料的選擇對(duì)比與創(chuàng)新CPP:與LLDPE、LDPE、HDPE、PET、PVG等其他薄膜相比，成本更低，產(chǎn)量更高；比PE薄膜挺度更高；水氣和異味阻隔性優(yōu)良；多功能，可作為復(fù)合材料基膜；可進(jìn)行金屬化處理；作為食品和商品包裝及外包裝，具有優(yōu)良的演示性，

5、可使產(chǎn)品在包裝下仍清晰可見。OPP:具有透明度高、較脆等特征，由OPP單片對(duì)折后側(cè)面封邊并在開口舌頭處粘有自粘封條，使用時(shí)裝入產(chǎn)品撕去封條表面的保護(hù)皮后將舌頭對(duì)折后粘牢即可，使用方便、美觀大方，廣泛使用于服裝、食品、印刷,文具,化妝品,紙張等行業(yè)。還可根據(jù)客戶需要印刷各種圖案。優(yōu)點(diǎn)：1、密封性好。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，新型OPP膜的密封性是其傳統(tǒng)膜的一倍以上，從而使其產(chǎn)品的保濕、保鮮性更強(qiáng)，保存時(shí)間更長(zhǎng)；2、防偽性強(qiáng)。新膜使用的合成技術(shù)和特殊的印刷技術(shù)具有很高的科技含量，目前只有德國和日本兩國掌握此項(xiàng)技術(shù)，仿冒制作幾無可能，為商品防偽提供了有力保證;3、新型的OPP膜所使用的原料為可降解材料，故在環(huán)境

6、保護(hù)方面完全符合國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。二、內(nèi)包裝（泡殼和紙卡）1.原材料與助劑原材料規(guī)格：硬質(zhì)PVC聚氯乙烯牌號(hào)：S-700（齊魯石化公司）、SE-700（滄化）助劑沖擊改性劑：改善高分子材料的低溫脆化，賦予其更高的韌性。穩(wěn)定劑等助劑：可以減慢反應(yīng)，保持化學(xué)平衡，降低表面張力,防止光、熱分解或氧化分解等作用。2. 加工工藝 成型條件： 熔融溫度 185205 模具溫度 2050 注射壓力 可大到1500pa 保壓壓力 可大到1000pa 注射速度 為了避免材料降解，一般用適當(dāng)?shù)厮俣?澆口 所有的常規(guī)的澆口都可以使用。PVC薄片制備: 在PVC樹脂中加入沖擊改性劑和穩(wěn)定劑 等添加劑。然后經(jīng)過加熱混合、冷

7、切混合后得到干混料，在通過擠出機(jī)塑煉、擠出劑供料給四輥壓延機(jī)壓延、冷卻、卷取、切割得到規(guī)定厚度的PVC透明片材。 泡殼的制備：1） 模具制作及加工：根據(jù)要求和樣品規(guī)格，首先制作好吸 塑模具，一般條件下，都是利用石膏制作吸塑包轉(zhuǎn)模具，但也有用木雕及金屬雕刻的產(chǎn)品作模具，石膏模具制作好后，先讓其自然干燥或烘干，然后根據(jù)產(chǎn)品表面凸凹具體情況，用12mm的鉆花在不影響產(chǎn)品包轉(zhuǎn)模樣上的低凹處鉆許多小孔，以便在吸塑生產(chǎn)時(shí)，易把空氣抽出，模具鉆好孔后，還要將模具硬化處理，加硬處理方法是用濃明礬飽和液浸泡后晾干。2) 模具處理干燥后，將模具裝入真空室上層鐵板上，然后根據(jù)模具大小，將PVC透明片材裁剪成使用規(guī)則

8、尺寸，然后將次片材放入打加熱木框中，使其完全固定好后，再將木及塑料片材置恒溫槽上進(jìn)行軟化處理。3) 然后將軟后的塑料片連同木，置于真空室中，開動(dòng)吸氣開關(guān)，將真空室內(nèi)空氣吸抽干凈，待塑料片冷卻后記得到與模具相同的凹形包裝泡殼。4)吸塑包裝整理 將生產(chǎn)出來的產(chǎn)品進(jìn)行修邊整理即為成品產(chǎn)品。組合：泡殼一般略小或等于紙片，通過給紙片上吸塑油，借助封口機(jī)，將泡殼與紙片粘合形成封閉容器。塑料片材 加熱片材固定 切割 去料邊 脫模原體成型 成品 PVC泡殼工藝流程圖3. 主要設(shè)備 吸塑打版機(jī)、全自動(dòng)高速吸塑成型機(jī)、吸塑封口機(jī)等。 吸塑機(jī) 封口機(jī) 4.制品使用環(huán)境及制品要求 常溫常壓、與牙刷直接接觸。高強(qiáng)度、耐

9、沖擊性、具有韌性、透明性好、化學(xué)穩(wěn)定性、抗 氧、耐氣候性以及優(yōu)良的幾何穩(wěn)定性。使用過程中不能釋放有毒的小分子，衛(wèi)生性較好。5. 經(jīng)濟(jì)分析一般牙刷內(nèi)包裝重量約5g，國內(nèi)PVC工業(yè)價(jià)格大約在8000 9000元每噸。內(nèi)包裝價(jià)格：（8000-9000）*5/1000000=0.04-0.045元/件。6. 材料的選擇對(duì)比與創(chuàng)新現(xiàn)在牙刷內(nèi)包裝主要發(fā)展方向環(huán)保型和保健型，主要的新型材料有易于回收的PET。相當(dāng)而言PVC透明片隔氧、強(qiáng)度高但非環(huán)保型材料。PET材料可以降解并且可以回收利用。目前牙刷的包裝材料主要采用PVC、紙類等，PVC透明片有防雨、防塵、隔氧、展示強(qiáng)等特點(diǎn)，但不環(huán)保。而環(huán)境友好塑料包裝材

10、料（或綠色塑料包裝材料），隨著環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)IS14000系列的實(shí)施成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)，其中易回收再利用的塑料包裝材料如PET、PEN，易環(huán)境降解塑料（EDP）中的生物降解塑料，更成為熱點(diǎn)中的熱點(diǎn)。牙刷行業(yè)正在嘗試用這些材料代替PP、PVC材料。除了材料的發(fā)展以外，我們對(duì)牙刷內(nèi)包裝的外形設(shè)計(jì)要求也更高了，外形創(chuàng)新，可以通過文字設(shè)計(jì)、圖形設(shè)計(jì)、色彩設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)讓色彩更加艷麗，讓生活充滿陽光，不再要哪些條條款款，流線型的設(shè)計(jì)會(huì)更加無拘無束。3、 牙刷柄 1.原材料與助劑 主體部分（硬膠） 原材料 規(guī)格：抗菌ABS納米復(fù)合材料 牌號(hào)：ABS795KB（上海高橋石化） 助劑 納米抗菌劑（無機(jī)納米二氧

11、化鈦）：具有抑菌、殺菌和防霉等功能。 偶聯(lián)劑（KH - 550（南京曙光化工廠）：在塑料配混中，改善合成樹脂與無機(jī)填充劑或增強(qiáng)材料的界面性能。 白油（北京助劑二廠）:用于提高極性材料與非極性材料之間的相容性，改善材料性能. 丙酮(分析純（天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心）):溶劑。 分散劑（CH - 10S（上海三正高分子材料廠）：可均一分散那些難于溶解于液體的無機(jī)，有機(jī)顏料的固體顆粒，同時(shí)也能防止固體顆粒的沉降和凝聚，形成安定懸浮液所需的藥劑。 紋飾部分（軟膠） 原材料 規(guī)格：TPE(熱塑性彈性體) 牌號(hào)：M12050（三博高分子合金） 助劑 填充油：通常為白油等直鏈烷烴油，作用是調(diào)節(jié)硬度及流動(dòng)

12、性。 相容劑：用于提高極性材料與非極性材料之間的相容性，改善材料性能，亦可在二次注塑（包膠）等場(chǎng)合改善TPE與極性工程塑料基材之間的相容性。 其它功能改性劑：賦予TPE其它特殊性能，如聚苯醚(PPO)可提高苯乙烯嵌段共聚物中苯乙烯鏈段的玻璃化溫度，從而改善TPE共混物的耐熱性等。 填料：通常為滑石粉、碳酸鈣等礦物填料，主要作用是成本控制，此外對(duì)材料的力學(xué)強(qiáng)度、硬度等性能也有一定的影響。 功能性助劑：如阻燃劑、潤(rùn)滑劑、抗靜電劑、抗菌劑等，用于賦予共混彈性體特定的性能。 抗氧化劑/抗紫外老化劑：用于在熱加工過程以及使用過程中減緩材料的降解/老化等過程。 2.加工工藝 雙色注塑成型：成型時(shí)，半成品型

13、腔注入的材料為ABS，成品型腔注入的材料為TPE。成型完畢后開模，動(dòng)模向后運(yùn)動(dòng)至達(dá)到開模行程后停止，成品區(qū)的注塑機(jī)推出機(jī)構(gòu)開始推動(dòng)推板向前運(yùn)動(dòng)，頂針將成品推出。推出動(dòng)作結(jié)束后，注塑機(jī)推出機(jī)構(gòu)回撤，推板、頂針、復(fù)位桿在壓縮彈簧作用下復(fù)位，然后注塑機(jī)的中間轉(zhuǎn)軸向前推進(jìn)，推出旋轉(zhuǎn)動(dòng)模，旋轉(zhuǎn)180º后縮回停止，再合模。這樣半成品(牙刷柄主體部分)就隨旋轉(zhuǎn)動(dòng)模換到成型型腔，而半成品型腔已被空出，再繼續(xù)下一個(gè)生產(chǎn)循環(huán)。 雙色注塑成型流程圖 3.主要設(shè)備 轉(zhuǎn)軸式精密雙色注塑機(jī)（富強(qiáng)鑫寧波公司FB-200T）。 雙色注塑成型機(jī) 4.制品使用環(huán)境及制品要求 常溫常壓、直接接觸皮膚和口腔、在水中長(zhǎng)期存放

14、等。 主體部分無毒、高強(qiáng)度、高硬度、耐沖擊、耐溶劑（水）、抗菌性好。 紋飾部分無毒、彈性好、耐磨性優(yōu)良。 5.經(jīng)濟(jì)分析 主體部分：ABS 7000元/噸，牙刷柄主要部分重約8g 紋飾部分：TPE 20000元/噸，紋飾部分重約5g 牙刷柄：7000*8/1000000+20000*5/1000000=0.156 元/件 6.材料選擇與創(chuàng)新 (丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物( ABS )是一種 性能優(yōu)良、用途廣泛的工程塑料。它具有耐熱性好、 表面硬度高、尺寸穩(wěn)定、耐化學(xué)藥品性及電性能良 好、易于成型和機(jī)械加工等良好的綜合性能, 且可 對(duì)其制品進(jìn)行二次加工。 隨著納米科技的發(fā)展, 納米材料已被廣泛

15、地用作聚 合物的改性材料以提高其綜合性能。在ABS基體中引 入無機(jī)納米抗菌粉體, 制備出抗菌ABS納米復(fù)合材 料?？咕鶤BS是ABS樹脂與特定抗菌劑復(fù)合而成的新 型材料，具有抑菌、殺菌和防霉等功能。用抗菌材 料生產(chǎn)的制品具有衛(wèi) 生自潔功能，與常規(guī)的化學(xué) 和物理消毒方法相比，具有時(shí)效長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)方便等特 點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于家電產(chǎn)品、日用品、潔具等方 面。 TPE材料是通過動(dòng)態(tài)硫化技術(shù)使得橡膠完全硫 化并以微米級(jí)尺寸分散于塑料基體中，兼有熱塑性 塑料的優(yōu)良加工性能和硫化橡膠的良好彈性等性 能，且易染色。該材料嵌入制件主體中，體現(xiàn)出良 好的視覺感和觸覺感，且結(jié)合良好，不會(huì)剝落。 材料的創(chuàng)新點(diǎn)：

16、無機(jī)納米二氧化鈦除了最基本的材質(zhì)外。我們是否可以在牙刷毛牙刷柄中或是外層涂上一層抑菌的材料了。無機(jī)納米二氧化鈦，剛好符合了這個(gè)特性。納米二氧化鈦具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、無毒性、超親水性、非遷移性，完全可以與食品接觸。無機(jī)納米的，無毒無害，完全符合環(huán)保、安全健康的理念。因此，無機(jī)納米氧化鈦可以使用在牙刷上，解決由牙刷滋生和傳染的細(xì)菌危害。更高效地捍衛(wèi)了我們的健康，從外部因素解決了細(xì)菌滋生。（采用納米復(fù)合改性后能夠使制品較大程度地提高了力學(xué)、抗色變和保光性能）刷柄結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新點(diǎn)：直柄牙刷用起來要容易；彎曲手柄能深入口腔較難刷到的地方；彈性手柄能避免因牙刷壓在牙齦上的力度過大而另牙齦受損；防滑

17、手柄，避免刷牙時(shí)牙刷刷掉。我們認(rèn)為，可以在牙刷柄尾部復(fù)合一個(gè)吸盤，吸盤是價(jià)格便宜的已經(jīng)成熟的市場(chǎng)產(chǎn)品，只需在柄尾稍作修改，添加一個(gè)復(fù)合構(gòu)件，就可以制成一個(gè)刷前刷后可方便沾黏在墻壁上的牙刷。這樣做既方便又不會(huì)增加成本。4、 牙刷毛 1.原材料與助劑 原材料 規(guī)格：尼龍66 牌號(hào)：黑龍江省尼龍廠I、II型；杜邦公司Zytel系列。 助劑 聚合催化劑：使小分子聚合成大分子可以在溫和的條件下進(jìn)行，生成的新型聚合物更軟，堅(jiān)固，而且在100時(shí)也不會(huì)變得太軟。 封端劑：使用有被保護(hù)的官能基如縮醛基的烷氧基甲硅烷基化合物作為封端劑來封端陰離子聚合物,生產(chǎn)官能化的聚合物。被保護(hù)的官能基在各種條件下都是穩(wěn)定的,然

18、后很容易轉(zhuǎn)化成適用生產(chǎn)粘合劑、密封劑和涂料的反應(yīng)性更高的末端官能基。 熱穩(wěn)定劑：可有效地阻止、減少甚至基本停止材料的熱氧降解。 其他助劑。2.加工工藝 成型條件： 模溫：一般用高模溫生產(chǎn),適產(chǎn)品外觀尺寸及脫模要求調(diào)整模具加熱溫度。 熔溫：最佳成型熔點(diǎn)為288-293。 注射終點(diǎn)：建議8-12mm。 切換位置：模具充填至95%時(shí)切換保壓。 射膠時(shí)間：應(yīng)控制3s以內(nèi)。 成型流程圖: 尼龍66纖維經(jīng)牙刷植毛機(jī)可以直接和牙刷頭復(fù)合得到產(chǎn)品。 3.主要設(shè)備 高速牙刷植毛機(jī) 4.制品使用環(huán)境及制品要求 常溫常壓，直接與口腔接觸，長(zhǎng)期在水環(huán)境下使用。 牙刷毛需具備柔軟性、韌性、耐熱水性、耐酸耐堿性、較小程度

19、的吸濕性，無毒等。牙刷毛要細(xì)而軟，不僅可以進(jìn)入牙間隙，又不致?lián)p傷牙齦和牙齒。毛束之間要有適當(dāng)?shù)木嚯x，容易清洗；彈性好、吸水性差，可防止細(xì)菌積存，刷毛硬度應(yīng)適中，且有彈性，這樣的刷毛柔韌易彎曲，刷毛末端應(yīng)磨圓、光滑，這樣才不會(huì)刺激牙齦組織，也不會(huì)損傷牙齒硬組織。牙刷毛面要平整，牙刷所到之處受力一致。 5.經(jīng)濟(jì)分析 尼龍66纖維毛約28500元/噸，牙刷毛重約2g。 牙刷毛價(jià)格：28500*2/1000000=0.057元 6.材料選擇與創(chuàng)新 PP塑料，化學(xué)名稱：聚丙烯 。PP在熔融溫度下有較好的流動(dòng)性，成型性能好，PP在加工上有兩個(gè)特點(diǎn)：其一：PP熔體的粘度隨剪切速度的提高而有明顯的下降（受溫度

20、影響較?。?；其二：分子取向程度高而呈現(xiàn)較大的收縮率。PP的缺點(diǎn)：尺寸精度低、剛性不足、耐候性差，它具有后收縮現(xiàn)象，脫模后，易老化、變脆、易變形。 PBT，化學(xué)名稱：聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯。具有高耐熱性、韌性、耐疲勞性，自潤(rùn)滑、低摩擦系數(shù)，耐候性、吸水率低，僅為0.1%，在潮濕環(huán)境中仍保持各種物性（包括電性能），電絕緣性，但體積電阻、介電損耗大。耐熱水、堿類、酸類、油類、但易受鹵化烴侵蝕，耐水解性差，低溫下可迅速結(jié)晶，成型性良好。缺點(diǎn)是缺口沖擊強(qiáng)度低 ，成型收縮率大 。 為了符合制品要求，我們選定尼龍為制備牙刷毛的材料。尼龍（PA），化學(xué)名稱：聚酰胺。其命名由合成單體具體的碳原子數(shù)而定，如：尼龍-6、66、1010、610等。它的結(jié)晶度高、熔點(diǎn)明顯；表面硬度大、耐磨耗、摩擦系數(shù)小、有自潤(rùn)滑性和消音性。低溫性能良好，有一定的耐熱性（可以在100度以下使用）。無毒、無臭、不霉?fàn)€，有自熄性、耐候性好，但染色性差。5、 產(chǎn)品的組裝牙刷毛 牙 刷 高速植毛機(jī) 牙刷柄 原體成型與紙板粘結(jié) 產(chǎn) 品添加外包裝 6、 整體經(jīng)濟(jì)性分析 外包裝價(jià)格：0.0975元/件 內(nèi)包裝價(jià)格：0.045元/件。 牙刷柄：0.156元/件 牙刷毛價(jià)格：0.057元/件 牙刷總成本：0.