第10章塑料成型技術(shù)

1、第十章第十章 塑料成型技術(shù)塑料成型技術(shù)一、塑料的組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、塑料的組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)l塑料是以人工合成樹(shù)脂為主要成分，添加一定數(shù)量的穩(wěn)定劑、填充劑、增塑劑、潤(rùn)滑劑、著色劑、固化劑等助劑的高分子混合物l低分子化合物單體經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng)轉(zhuǎn)變成大分子物質(zhì)，其原子以共價(jià)鍵的方式形成大分子結(jié)構(gòu)，相對(duì)分子質(zhì)量一般不低于104l聚合物所含單元的數(shù)量N，稱為聚合度，N越大，聚合物的相對(duì)分之質(zhì)量越高l聚合物大分子均為長(zhǎng)鏈狀結(jié)構(gòu)，容易彎曲。其鏈狀結(jié)構(gòu)有線性、支鏈型和體型三種類型，如圖示10-1 10-1 塑料的組成、分類及主要的成型方法塑料的組成、分類及主要的成型方法大分子鏈結(jié)構(gòu)的類型大分子鏈結(jié)構(gòu)的類型 按制造方法

2、分：聚合樹(shù)脂塑料和縮聚樹(shù)脂塑料兩類按成形性能分：熱塑性塑料和熱固性塑料兩類按用途分：通用塑料、工程塑料和特殊用途塑料等二、塑料的分類二、塑料的分類10-1 10-1 塑料的組成、分類及主要的成型方法塑料的組成、分類及主要的成型方法常用塑料名稱及英文代號(hào)常用塑料名稱及英文代號(hào)隨溫度升高，聚合物將呈現(xiàn)玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)三種狀態(tài)聚合物的物理狀態(tài)與溫度的關(guān)系聚合物的物理狀態(tài)與溫度的關(guān)系 1線性非結(jié)晶聚合物；2線形聚合物；3金屬三、塑料的可加工性及主要成型方法三、塑料的可加工性及主要成型方法10-1 10-1 塑料的組成、分類及主要的成型方法塑料的組成、分類及主要的成型方法l 玻璃態(tài)是聚合物的使用狀

3、態(tài)，g稱為玻璃化溫度,為衡量制品使用范圍的標(biāo)致之一，g越高，制品對(duì)環(huán)境溫度適應(yīng)性越強(qiáng)lf為粘流溫度，是聚合物從高彈態(tài)轉(zhuǎn)為粘流態(tài)的溫度lm 為熔點(diǎn)，是聚合物的熔融溫度ld 為熱分解溫度，是聚合物高溫下開(kāi)始分解的溫度10-1 10-1 塑料的組成、分類及主要的成型方法塑料的組成、分類及主要的成型方法 f f( m m)和 d d可用來(lái)衡量塑料的注射成型性能， f f( m m)低時(shí)，有利于熔融，生產(chǎn)時(shí)耗能少； f f( m m)溫度區(qū)間大時(shí)，塑料熔體的熱穩(wěn)定性好，可在較寬溫度范圍內(nèi)變形和流動(dòng) 塑料的成型方法有很多，其中主要有：注射（塑）成型、擠出成型、壓縮成型、壓鑄成型、吹塑成型等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前注

4、射制品約占所有塑料制品總產(chǎn)量的30%，占工程塑料制品的80%，故注射成型是一種最主要的成型方法牛頓流動(dòng)規(guī)律：溫度一定時(shí)，低分子液體流動(dòng)時(shí)的切應(yīng)力與切應(yīng)變速率成正比，即：式中：h為剪切粘度（Pas）。符合上式的流體稱為牛頓流體，比例系數(shù)h稱為牛頓粘度，它是流體本身固有的性質(zhì)，其數(shù)值表征了流體抵抗外力引起流動(dòng)形變的能力一、塑料的流變性一、塑料的流變性10-2 10-2 塑料成型理論基礎(chǔ)塑料成型理論基礎(chǔ)dtddtd層流流速分布模型層流流速分布模型10-2 10-2 塑料成型理論基礎(chǔ)塑料成型理論基礎(chǔ) 塑料成形中，大多數(shù)塑料熔體都是非牛頓流體，它們中大部分近似服從指數(shù)流動(dòng)規(guī)律：式中：K稠度系數(shù)，n非牛頓

5、系數(shù)10-2 10-2 塑料成型理論基礎(chǔ)塑料成型理論基礎(chǔ)指數(shù)流動(dòng)規(guī)律也可表示為：稱為聚合物熔體的表觀粘度。它表征的是非牛頓流體在外力作用下的抗切應(yīng)變的能力粘度是描述塑料熔體流變行為最重要的參數(shù)對(duì)于牛頓流體，其粘度h為一個(gè)不變常量對(duì)于非牛頓流體，其表觀粘度受多種因素影響nndtdKK)(a1nK 在聚合物流變學(xué)理論中，凡是服從指數(shù)流動(dòng)規(guī)律的非牛頓流體統(tǒng)稱為粘性流體。根據(jù)n的取值范圍可將粘性流體分為三類：l n1時(shí)，稱為膨脹性液體l n=1時(shí)，且只有切應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)一定值后才能流動(dòng)的，稱為Bingham體10-2 10-2 塑料成型理論基礎(chǔ)塑料成型理論基礎(chǔ)不同類型流體的流動(dòng)曲線不同類型流體的流動(dòng)曲

6、線 不同類型流體的流變曲線不同類型流體的流變曲線10-2 10-2 塑料成型理論基礎(chǔ)塑料成型理論基礎(chǔ)1 1）聚合物結(jié)構(gòu)和其他組分的影響）聚合物結(jié)構(gòu)和其他組分的影響聚合物相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔體的粘度和非牛頓性越大。相對(duì)分子質(zhì)量分布較寬的聚合物，其粘度對(duì)剪切速率的敏感性較大，非牛頓性也較強(qiáng)2 2）溫度的影響）溫度的影響在粘流態(tài)，熱塑性塑料熔體的粘度隨溫度升高而呈指數(shù)規(guī)律降低，但不同熔體粘度對(duì)溫度的敏感程度不同3 3）壓力的影響）壓力的影響隨外部壓力增大，熔體受壓縮體積減少，分子間作用力增加致使粘度也隨之增大。由于塑料熔體的壓縮率不同，不同熔體的粘度對(duì)壓力的敏感性也不同4 4）剪切速率的影響）剪切速

7、率的影響塑料熔體的表觀粘度隨著剪切速率或切應(yīng)力的增大而減少，不同種類的塑料對(duì)剪切速率的敏感性不同表觀粘度影響因素分析：表觀粘度影響因素分析：1.1.聚合物的結(jié)晶：聚合物的結(jié)晶：在一定的外界條件下，聚合物分子在空間作規(guī)則性的排列稱為結(jié)晶二、塑料成形過(guò)程的物理和化學(xué)變化二、塑料成形過(guò)程的物理和化學(xué)變化10-2 10-2 塑料成型理論基礎(chǔ)塑料成型理論基礎(chǔ)聚合物結(jié)晶態(tài)與低分子物質(zhì)結(jié)晶有很大區(qū)別，主要表現(xiàn)為晶體不整齊、結(jié)晶不完全、結(jié)晶速度慢、沒(méi)有明晰的熔點(diǎn)等。其形態(tài)常為球晶，用結(jié)晶度來(lái)表示其程度。一般聚合物的結(jié)晶度為1060結(jié)晶度的提高可增加聚合物密度、抗拉強(qiáng)度、剛度和熱變形溫度，但降低了聚合物沖擊韌性

8、。由于結(jié)晶時(shí)形成球晶，致使制品的透明度降低。另外結(jié)晶度提高會(huì)在制品內(nèi)產(chǎn)生較高的附加應(yīng)力而引起制品翹曲在塑性加工中影響結(jié)晶度的因素有：溫度及冷卻速度、熔融溫度與熔融時(shí)間和應(yīng)力2.2.聚合物取向：聚合物取向：聚合物的大分子及其鏈段或結(jié)晶聚合物的微晶粒子在應(yīng)力作用下形成的有序排列叫做取向。10-2 10-2 塑料成型理論基礎(chǔ)塑料成型理論基礎(chǔ)塑料在成形過(guò)程中會(huì)發(fā)生不同類型的取向。一種是流動(dòng)取向，另一種是拉伸取向取向會(huì)使制品產(chǎn)生明顯的各向異性。其不利之處為增加了制品翹曲的可能性有利之處為制品受力方向與取向方向一致可改善制品質(zhì)量。同時(shí)使結(jié)晶提前，使制品密度和強(qiáng)度都相應(yīng)提高另外，取向程度的提高會(huì)使線收縮率增

9、加，線膨脹系數(shù)也隨之變化取向的影響因素有：取向的影響因素有：塑料熔體的加工溫度，提高加工溫度有利于產(chǎn)生解除取向效應(yīng)聚合物分子松弛時(shí)間，結(jié)晶型塑料松弛時(shí)間短容易使取向凍結(jié)，其取向成熟高于無(wú)定形塑料模具溫度低時(shí)熔體冷卻速度加快，冷凍取向效應(yīng)提高塑料比熱大，熱導(dǎo)率低會(huì)降低熔體冷卻速度，有利于取向的解除注射壓力可提高熔體的切應(yīng)力和剪切速率，有助于分子取向大澆口冷卻慢，澆口封閉晚，取向作用加強(qiáng)快速充模使制品表面層分子取向增高，中心部位取向減弱10-2 10-2 塑料成型理論基礎(chǔ)塑料成型理論基礎(chǔ)3.3.聚合物的降解：聚合物的降解：聚合物相對(duì)分子質(zhì)量降低的現(xiàn)象稱為聚合物的降解。通常聚合物分子是在受到熱和應(yīng)力

10、或者微量水分、酸、堿等雜質(zhì)及空氣中氧的作用而使大分子結(jié)構(gòu)改變，產(chǎn)生降解降解是有害的，按輕重不同會(huì)使聚合物變色、出現(xiàn)氣泡和流紋、甚至焦化變黑10-2 10-2 塑料成型理論基礎(chǔ)塑料成型理論基礎(chǔ) 圖是注射成型過(guò)程示意圖。成型時(shí)，先將粉狀或粒狀物料從料斗送入高溫機(jī)筒內(nèi)加熱熔融塑化使之成為粘流態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動(dòng)下以很大的流速通過(guò)噴嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具中。熔體在壓力作用下充滿型腔并被壓實(shí)，經(jīng)過(guò)一段保壓后柱塞或螺桿回程。此時(shí)，熔體可能從型腔向澆注系統(tǒng)倒流。冷卻定型后開(kāi)啟模具，制品便可從模腔中脫出。 一、注塑成型過(guò)程一、注塑成型過(guò)程10-3 10-3 注射成型及其模具注射成型及其模具

11、注塑成型過(guò)程注塑成型過(guò)程a)加熱熔融塑化 b)充模、壓實(shí)、保壓、倒流 c)冷卻定型、脫模1料斗 2機(jī)筒 3噴嘴 4分流錐 5柱塞 塑料在注射機(jī)筒內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔，最終冷卻定形的過(guò)程稱為澆注過(guò)程。該過(guò)程可分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流和冷卻五個(gè)階段。如圖示為一個(gè)注射周期內(nèi)壓力隨時(shí)間變化曲線。10-3 10-3 注射成型及其模具注射成型及其模具注射成形中的壓力時(shí)間曲線注射成形中的壓力時(shí)間曲線1注射壓力曲線；2噴嘴末端的壓力曲線；3型腔始端的壓力曲線；4型腔末端的壓力曲線l OA段為塑料熔體在注射壓力p1作用下，從料筒計(jì)量室流入型腔始端的時(shí)間l AB段熔體充滿

12、型腔，此時(shí)注射壓力達(dá)到最大值l BC段是熔體的壓實(shí)階段,注射壓力用于壓實(shí)熔體l CD段為保壓階段l E時(shí)刻熔體在澆口處凝固,封斷流動(dòng)l EF段為冷卻定形階段 決定注塑件成形質(zhì)量的關(guān)鍵參決定注塑件成形質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)有數(shù)有: :溫度(熔體和模具溫度)、壓力、時(shí)間(充模時(shí)間） 和速度。1.1.典型注射模具結(jié)構(gòu)：典型注射模具結(jié)構(gòu)：圖顯示了一套臥式多腔單分型面注射模具結(jié)構(gòu)。該模具可分為定模（零件5、1114）和動(dòng)模（零件14、1519）兩大部分。按其主要功能，注射模由成型零部件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、頂出脫模機(jī)構(gòu)、側(cè)向分型與側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)、排氣結(jié)構(gòu)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和支承零部件八大部分組成二、典型注射模具二、典

13、型注射模具 10-3 10-3 注射成型及其模具注射成型及其模具 與沖壓模具比較，澆注系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、側(cè)向分型與側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)等三部分為注射成型模具所特有。臥式多腔單分型面注射模臥式多腔單分型面注射模a)合模成形，b)開(kāi)模頂出1拉料桿 2頂桿 3導(dǎo)柱 4凸模 5凹模 6冷卻水管 7澆口8分流道 9主流道 10冷料穴 11定位環(huán) 12主流道襯套 13定模座14定模板 15動(dòng)模板（凸模固定板） 16支撐板 17動(dòng)模座18頂桿固定板 19頂桿底板10-3 10-3 注射成型及其模具注射成型及其模具 2.2.注射模具分類注射模具分類 10-3 10-3 注射成型及其模具注射成型及其模具1）單分型面注

14、射模具：簡(jiǎn)單而又常用的一類。型腔的一部分（型芯）在動(dòng)模上，另一部分（凹模）在定模上。主流道設(shè)在定模一側(cè)，分流道設(shè)在分型面上。開(kāi)模后由于動(dòng)模上拉料桿的拉料作用以及制品因收縮包緊在型芯上，制品連同凝料留在動(dòng)模一側(cè)，動(dòng)模上設(shè)有推出機(jī)構(gòu)，用于推出制品和流道內(nèi)的凝料2）雙分型面注射模具（圖）：雙分型面注塑模以兩個(gè)不同的分型面分別取出流道凝料和塑料制品。與兩板式的單分型面注塑模具相比，雙分型面注塑模具在動(dòng)模板與定模板之間增加了一塊可以移動(dòng)的中間板（又名澆口板），故又稱三板式模具立式雙分型面注塑模立式雙分型面注塑模1支架 2凸模 3支撐板 4動(dòng)模板 5推件板 6導(dǎo)柱 7限位釘 8彈簧 9定距拉板 10主流道

15、襯套 11定模座 12中間板 13導(dǎo)柱 14頂桿 15頂桿固定板 16頂桿底板10-3 10-3 注射成型及其模具注射成型及其模具3）帶活動(dòng)鑲件的注射模具：對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的塑料制品，由于無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的分型從模具中取出制品，因此可在模具中設(shè)置活動(dòng)鑲件和活動(dòng)側(cè)向型芯，脫模時(shí)必須將它們連同制品一起移出模外，然后用手工或簡(jiǎn)單工具將它們與制品分開(kāi)，因此，這類模具的生產(chǎn)效率不高，常用于小批量的試生產(chǎn) 10-3 10-3 注射成型及其模具注射成型及其模具帶活動(dòng)鑲件的注射模具帶活動(dòng)鑲件的注射模具1頂桿底板 2頂桿固定板 3頂桿 4彈簧 5支架 6支撐板 7動(dòng)模板4）帶抽芯的注射模具：當(dāng)塑料制品上有側(cè)孔或側(cè)凹時(shí)，

16、在模具內(nèi)可設(shè)置由斜導(dǎo)柱或斜滑塊等組成的側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)，它能使側(cè)型芯作橫向移動(dòng) 10-3 10-3 注射成型及其模具注射成型及其模具帶側(cè)向分型抽芯的注射模具帶側(cè)向分型抽芯的注射模具5）自動(dòng)卸螺紋注射模具：對(duì)帶有內(nèi)（外）螺紋的塑料制品，可在模具中設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)的螺紋型芯（型環(huán)），利用機(jī)械的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)將螺紋制品脫出 10-3 10-3 注射成型及其模具注射成型及其模具自動(dòng)卸螺紋的注射模具自動(dòng)卸螺紋的注射模具1定模型板 2襯套 3動(dòng)模板 4定距螺紋 5支撐板 6支架7螺紋型芯 8注射機(jī)合模螺桿6）推出機(jī)構(gòu)設(shè)在定模：由于注射機(jī)推出液壓缸在動(dòng)模一側(cè)，因此塑料制品開(kāi)模后常留在動(dòng)模側(cè)。對(duì)有些要求制品留在定

17、模的注射模具，應(yīng)在定模一側(cè)設(shè)置推出機(jī)構(gòu)，以便將制品從定模內(nèi)推出。 10-3 10-3 注射成型及其模具注射成型及其模具推出機(jī)構(gòu)設(shè)在定模的注射模具推出機(jī)構(gòu)設(shè)在定模的注射模具1支架 2支撐板 3成型鑲件 4螺釘 5動(dòng)模板 6螺釘7推件板 8拉桿 9定模板 10定模座板 11凸模 12導(dǎo)柱7）無(wú)流道凝料注射模具：通過(guò)采用對(duì)流道加熱和絕熱的方法來(lái)保證從注射機(jī)噴嘴到澆口處之間的塑料保持熔融狀態(tài)。稱為熱流道注射模具10-3 10-3 注射成型及其模具注射成型及其模具無(wú)流道凝料注射模具無(wú)流道凝料注射模具1動(dòng)模座 2墊板 3推板 4固定板 5頂桿 6支撐板 8動(dòng)模板 9凸模 10導(dǎo)柱 11定模板 12凹模 1

18、3墊板 14噴嘴 15熱流道板 16加熱器孔 17定模座板 18絕熱層 19主流道襯套 20定位環(huán) 21二級(jí)噴嘴一、塑料的可焊性一、塑料的可焊性10-4 10-4 塑料的焊接塑料的焊接對(duì)熱塑性塑料：在一定溫度下軟化直至粘滯流動(dòng)，冷卻后又重新硬化。這個(gè)過(guò)程可重復(fù)多次而且大分子性質(zhì)不變，所以可對(duì)它進(jìn)行焊接加工對(duì)熱固性塑料：在成形過(guò)程中已發(fā)生不可逆交聯(lián)反應(yīng)，因此不能進(jìn)行焊接加工二、塑料的焊接成形方法二、塑料的焊接成形方法1）塑料的熱氣焊：用熱氣體對(duì)制品表面及焊條加熱，再通過(guò)手工或機(jī)械方式施加壓力將兩件制品連在一起的方法熱氣擺動(dòng)焊熱氣擺動(dòng)焊2）塑料的超聲焊接：塑料的焊接面在超聲波能量的作用下做高頻機(jī)械振動(dòng)而發(fā)熱熔化，同時(shí)施加壓力把制品焊接在一起。 這種方法適用于大多數(shù)熱塑性塑料，主要用于焊接模塑件、薄模、板、