材料加工新技術(shù)-高分子材料成型加工課程大作業(yè)

1、材料加工新技術(shù)-高分子材料成型加工課程大作業(yè)學(xué)生 姓名：學(xué)生 學(xué)號：專業(yè) 方向：研究生導(dǎo)師：完成時間：2015 年 12 月 2 日前言高分子材料只有通過加工成型獲得所需的形狀、結(jié)構(gòu)與性能，才能成為具有實用價值的材料與產(chǎn)品。高分子材料加工成型是一個外場作用下的形變過程，其技術(shù)與裝備在很大程度上決定了最終材料與產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與性能。高分子材料加工成型過程節(jié)能降耗、廢舊制品循環(huán)利用、 可再生資源替代是發(fā)展趨勢，研宄與探索高分子材料加工成型新方法、 技術(shù)及裝備對推動高分子材料產(chǎn)業(yè)及相關(guān)制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義，同時可豐富和發(fā)展我國高分子產(chǎn)品先進(jìn)制造理論及其應(yīng)用。從以下三個方面說明:材料隨著生產(chǎn)和科技的發(fā)

2、展，以及人們對知識的追求，對高分子材料的性能提出了各種各樣新的要求。所以現(xiàn)在高分子制品正朝著高性能、高精度、高效率、低成本的方向發(fā)展，隨之而來的是對注塑成型方法和工藝設(shè)備提出“精密、高效、節(jié)能”的迫切要求。精密上： 擠出成型和注射成型是兩種最主要的塑料加工成型方法。其中擠出成型主要用于連續(xù)加工具有相同截面形狀和尺寸的塑料制品，生產(chǎn)率高，投資少見效快。但與注射成型相比，其加工制品精度低的缺陷大大限制了擠出成型的應(yīng)用范圍。擠出制品的精密化是擠出成型未來發(fā)展的重要方向，精密擠出一方面可以拓寬擠出制品的應(yīng)用領(lǐng)域， 更重要的是精密擠出大大減少了樹脂的浪費，降低了生產(chǎn)成本。3但是目前精密加工所能達(dá)到的加工

3、精度距加工的極限還有相當(dāng)?shù)木嚯x。 國外有人聲稱已開發(fā)了以原子級去除單位的加工方法，但目前還未在實際生產(chǎn)中得到應(yīng)用。為了促進(jìn)精密加工技術(shù)的發(fā)展，可以在下面幾個方面來研究精密加工：(1)基于新原理的加工方法努力開發(fā)加工單位極小的精密加工方法，必須在加工機(jī)理的本身就使其誤差分散在1nm 以下的水平。目前加工單位比較小的加工方法主要有彈性破壞加工、化學(xué)加工、離子束加工、電子束加工、等離子體加工等。(2)開發(fā)精密的機(jī)械機(jī)構(gòu)不論是加工裝置還是測量裝置，都需要精密的機(jī)械機(jī)構(gòu)，包括導(dǎo)軌、進(jìn)給機(jī)構(gòu)及軸承等，超精密空氣靜壓導(dǎo)軌是目前最好的導(dǎo)軌，其直線度可達(dá)(0.1-0.2)um/250mm,通過補(bǔ)償技術(shù)還可以進(jìn)一

4、步提高直線度，但是它沒有液體靜壓導(dǎo)軌的剛性大。同時， 由于空氣靜壓導(dǎo)軌的氣膜厚度只有 10um 左右，所以在使用過程中，要注意防塵。另外，在導(dǎo)軌的設(shè)計中，還可以用多根導(dǎo)軌并聯(lián)來均化氣膜的誤差.(3)開發(fā)高精度的測試系統(tǒng)在目前的超精密加工領(lǐng)域中，對加工精度的測量主要有兩種方法；激光檢測和光柵檢測.(4)開發(fā)適用于精密加工并能獲得高精度、 高表面質(zhì)量的新型材料例如最近開發(fā)超微粉燒結(jié)金屬、非結(jié)晶金屬、超微粉陶瓷、非結(jié)晶半導(dǎo)體陶瓷、復(fù)合高分子材料等。只要在上述的一個方面取得發(fā)展或突破，必將導(dǎo)致精密加工技術(shù)的高速發(fā)展。高效與節(jié)能上：改善加工工藝，縮短成型加工流程。例如塑料激光燒結(jié)成型技術(shù)【 1】 ：激光

5、燒結(jié)成型技術(shù)是使用CAD輔助技術(shù)對塑料進(jìn)行加工處理?？梢杂行У墓?jié)約生產(chǎn)模具方面的成本結(jié)算。比注塑技術(shù)更加環(huán)保節(jié)能, 對于零部件的生產(chǎn)方面有更加出色的表現(xiàn),是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ乃芰铣尚图夹g(shù)。例如動態(tài)擠出成型：聚合物動態(tài)擠出方法是通過螺桿的軸向振動最早將振動引入到聚合物塑化擠出全過程的動態(tài)成型方法。振動力場的已入使物料熱機(jī)械歷程縮短30%。 加工溫度降低20以上，加工能耗降低30%以上. 還有動態(tài)注射成型： 動態(tài)注射成型是脈動壓力誘導(dǎo)注射成型的方法，振動力場被引入到塑化、注射沖模及持壓全程，使沖模壓力可減小到20%以上，加工溫度降低20以上。設(shè)備隨著高分子制品的發(fā)展，對加工設(shè)備提出了更多要求，成型

6、加工設(shè)備趨于微型化，巨型化和節(jié)能化發(fā)展。微型化 【 2】 ： 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)品不斷向微型化方向發(fā)展，產(chǎn)生了新世紀(jì)產(chǎn)業(yè)需求的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS技術(shù)。）微機(jī)電一直是這幾年備受矚目的研究方向，在光通訊、3C、生化等產(chǎn)業(yè)的快速進(jìn)步中已可看出，產(chǎn)品體積持續(xù)小型化、輕量化、功能更多樣化，加上IC 的制程納米化技術(shù)的純熟，微細(xì)化零組件的生產(chǎn)制程將有急迫性的需求。對微制造技術(shù)的運(yùn)用預(yù)期年增長速度是20%。微注塑產(chǎn)品的應(yīng)用 （ 1） 在微驅(qū)動器、微傳感器、微機(jī)器人及微型衛(wèi)星等微器件（ 2）微機(jī)械制件：電動齒輪控制器、多纖維柱塞、微墊圈、輥子、微熱交換器、微齒輪和齒輪機(jī)架、注模相互連接設(shè)備、電子零件、表

7、芯、微機(jī)電組件、微模片泵、液體分離器等等。微小化可以為我們帶來很多的利益如：提高制品的附加值；提高原料的利用率；提高制品的精度；縮短周期、提高生產(chǎn)率；易實現(xiàn)大批量低成本生產(chǎn)；擴(kuò)展塑料制品應(yīng)用領(lǐng)域等。（3）微型光學(xué)制件如光學(xué)透鏡、光學(xué)纖維元件等、DVD塑料基層、導(dǎo)光板。（ 4）微執(zhí)行器如微開關(guān)等。（ 5） 醫(yī)療用微導(dǎo)管、微濃度測量儀、生物芯片、微混合器、小型藥用過濾器、人造器官等。微小化帶來的利益：（1）提高制品的附加值；（2）提高原料的利用率；（3）提高制品的精度；（4）縮短周期、提高生產(chǎn)率；（5）易實現(xiàn)大批量低成本生產(chǎn)；（6）擴(kuò)展塑料制品應(yīng)用領(lǐng)域。巨型化：隨著社會工業(yè)的不斷發(fā)展，各行業(yè)對高分

8、子材料的要求越來越高，尺寸也趨于兩極化，即微型化和巨型化，如全塑汽車，大型透明塑料制品都需要高分子成型設(shè)備的巨型化發(fā)展，同時， 設(shè)備的巨型化帶來的不僅僅是用途上的便捷，更能使原料的利用率大大提高。節(jié)能化： 隨著全球能源問題越來越嚴(yán)重和能源花費越來越高，高分子成型設(shè)備節(jié)能問題迫在眉睫。注塑機(jī)在高分子成型設(shè)備中占很大比例，所以高端注塑機(jī)必定具有高端的節(jié)能技術(shù)，高端的節(jié)能技 TOC o 1-5 h z 術(shù)是高端的注射成型不可缺少的技術(shù)。對節(jié)能技術(shù)的分析研究，有助于注塑機(jī)的科技進(jìn)步及高端注塑機(jī)的開發(fā)。注塑機(jī)能耗的本質(zhì)，就是動力系統(tǒng)輸出的能量，加工一個同樣的制品，輸出的能量少即節(jié)能。 注塑機(jī)的成型能耗性

9、能主要反映在制品成型所需的注射能耗、塑化能耗及鎖模能耗上，一臺注塑機(jī)能夠在低注射塑化及低鎖模能耗成型出制品，顯然這臺注塑機(jī)節(jié)能。注塑機(jī)的能耗性能具體主要反映在動力驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式及能量轉(zhuǎn)換效率，以及驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式上。注塑機(jī)的節(jié)能技術(shù)，實際上主要包涵三個方面：一是節(jié)能注射成型技術(shù)；二是節(jié)能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；三是節(jié)能的動力驅(qū)動系統(tǒng)。機(jī)構(gòu)、電氣控制及動力驅(qū)動系統(tǒng)是為注射成型技術(shù)服務(wù)的，節(jié)能技術(shù)圍繞著注射成型展開，隨著注射成型技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)步，同時又促進(jìn)注射成型的科技進(jìn)步。主要節(jié)能技術(shù)：（1）創(chuàng)新節(jié)能注射成型技術(shù)帶動節(jié)能注塑機(jī)的創(chuàng)新：開發(fā)低壓高速注射成型節(jié)能技術(shù)；微發(fā)泡節(jié)能注射成型技術(shù)；群腔熱流道節(jié)能

10、注射成型；振動成型節(jié)能技術(shù)；介質(zhì)輔助節(jié)能技術(shù)；（2）節(jié)能執(zhí)行機(jī)構(gòu)：肘桿合模機(jī)構(gòu)節(jié)能；卡式節(jié)能合模機(jī)構(gòu)；節(jié)能無拉桿合模機(jī)構(gòu)；節(jié)材節(jié)能兩模板合模機(jī)構(gòu)；模板強(qiáng)度的計算機(jī)輔助設(shè)計；螺桿的節(jié)能；塑化傳動機(jī)構(gòu)的節(jié)能；節(jié)能運(yùn)動結(jié)構(gòu)；工藝高分子材料是通過制造成各種制品來實現(xiàn)其使用價值的，因此從應(yīng)用角度來講，對高分子材料賦予形狀為主要目的成型加工技術(shù)有著重要的意義。下面是高分子材料成型加工技術(shù)的主要發(fā)展趨勢聚合物動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)：聚合物反應(yīng)加工技術(shù)是以現(xiàn)雙螺桿擠出機(jī)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。國外的Berstart 公司已開發(fā)出作為連續(xù)反應(yīng)和混煉的十螺桿擠出機(jī)，可以解決其它擠出機(jī)作為反應(yīng)器所存在的問題。國內(nèi)反應(yīng)成型加工技

11、術(shù)的研究開發(fā)還處于起步階段，但我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展強(qiáng)烈要求聚合物反應(yīng)成型加工技術(shù)要有大的發(fā)展。指交換法聚碳酸酯連續(xù)化生產(chǎn)和尼龍生產(chǎn)中的比較關(guān)鍵的技術(shù)是縮聚反應(yīng)器的反應(yīng)擠出設(shè)備，我國每年還有數(shù)以千萬噸計的改性聚合物及其合金材料的生產(chǎn)。目前國內(nèi)外使用的反應(yīng)加工設(shè)備從原理上看都是傳統(tǒng)混合、混煉設(shè)備的改造產(chǎn)品，都存在傳熱、傳質(zhì)過程、混煉過程、化學(xué)反應(yīng)過程難以控制、反應(yīng)產(chǎn)物分子量及其分布不可控等問題。另外設(shè)備投資費用大、能耗高、噪音大、密封困難等也都是傳統(tǒng)反應(yīng)加工設(shè)備的缺陷。聚合物動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備與傳統(tǒng)技術(shù)無論是在反應(yīng)加工原理還是設(shè)備的結(jié)構(gòu)上都完全不同，該技術(shù)是將電磁場引起的機(jī)械振動場引入聚合物反應(yīng)擠出

12、全過程，達(dá)到控制化學(xué)反應(yīng)過程、反應(yīng)生成物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)制品的物理化學(xué)性能的目的。該技術(shù)首先從理論上突破了控制聚合物單體或預(yù)聚物混合混煉過程及停留時間分布不可控制的難點，解決了振動力場作用下聚合物反應(yīng)加工過程中的質(zhì)量、動量及能量傳遞及平衡問題，同時從技術(shù)上解決了設(shè)備結(jié)構(gòu)集成化問題。新設(shè)備具有體積重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、適應(yīng)性好、可靠性高等優(yōu)點，這些優(yōu)點是傳統(tǒng)技術(shù)與設(shè)備無法比擬或是根本沒有的。熱塑性彈性體動態(tài)全硫化制備技術(shù)這種技術(shù)在控制硫化反應(yīng)加工方面具有顯著優(yōu)勢，能夠通過振動立場原理完成混煉擠出的加工全過程， 實現(xiàn)橡膠在混煉過程中的動態(tài)全硫化。這類技術(shù)的出現(xiàn)解決了共混物在共混加

13、工過程中的反轉(zhuǎn)問題。要提高我國的熱塑性動態(tài)硫化橡膠技術(shù)水平，就要積極研究并開發(fā)出屬于我國自己的熱塑性彈性體動態(tài)硫化技術(shù)和設(shè)備。信息存儲光盤盤基直接合成反應(yīng)成型技術(shù)：這門技術(shù)的優(yōu)點就在于其能耗小和儲運(yùn)過程不易收到污染以及成型前的處理簡單等，并將光盤級PC樹脂生產(chǎn)和中間儲運(yùn)以及光盤盤基成型三個過程進(jìn)行了統(tǒng)一， 把節(jié)能降耗和綠色環(huán)保以及控制產(chǎn)品質(zhì)量作目標(biāo)，研究開發(fā)出了結(jié)合已成型動態(tài)反應(yīng)技術(shù)的新型連續(xù)化精密光盤注射成型設(shè)備。聚合物無機(jī)物復(fù)合材料物理場強(qiáng)化制備新技術(shù): 此技術(shù)在強(qiáng)振動剪切力場作用下對無機(jī)粒子表面特性及其功能設(shè)計（粒子設(shè)計） ， 在設(shè)計好的連續(xù)加工環(huán)境和不加或少加其它化學(xué)改性劑的情況下，

14、利用聚合物使無機(jī)粒子進(jìn)行原位表面改性、原位包覆、強(qiáng)制分散，實現(xiàn)連續(xù)化制備聚合物無機(jī)物復(fù)合材料。微孔發(fā)泡注塑技術(shù): 微孔發(fā)泡塑料注塑的原理和步驟與微孔發(fā)泡塑料擠出的相似。與不發(fā)泡的注塑相比，微孔塑料注塑的注射壓力可降低4 8% ，鎖模力降低高達(dá)80%，一般為30%10，并可以省去保壓階段，這可明顯延長模具的使用壽命；由于在模具內(nèi)氣泡的生成和長大是一個吸熱過程，所以成型周期要短，可提高生產(chǎn)率。與不發(fā)泡注塑制品相比，微孔注塑制品具有高的尺寸精度和低的翹曲，可以有效地避免由于充模不足引起的凹陷。因此， 微孔發(fā)泡注塑可大大拓寬微孔塑料的應(yīng)用領(lǐng)域，可用于汽車、航空、包裝以及其他表觀性能要求高的領(lǐng)域。然而，

15、 不管是在設(shè)備的改進(jìn)還是在工藝參數(shù)的優(yōu)化上，微孔發(fā)泡注塑都還有很多技術(shù)難題需要解決。氣體輔助注塑:Hobsons 早在 1928年就獲得了氣體輔助注塑（ GAIM）的專利，之后Ferromatik 、 Battenfeld 、 Krauss Maffei 、Cinpress 、 Maximator、 GAIN 技術(shù)等公司對G A IM 技術(shù)進(jìn)行了不斷的開發(fā)和完善。G A IM 技術(shù)比普通注塑多一個氣體注入階段，由氣體推動塑料熔體充滿模具型腔。圖11 示出了 GAIM 的成型過程。GAIM 具有節(jié)省原料、 減小合模力、縮短冷卻時間、防止制品縮痕、減少制品內(nèi)應(yīng)力、減少或消除制品翹曲、提高制品表面性

16、能、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本等優(yōu)點。由于這些優(yōu)越性，GAIM 在 20世紀(jì) 90年代作為一項成功的技術(shù)開始進(jìn)入實用階段以來，得到了迅速的推廣應(yīng)用，已應(yīng)用于多種類型制件的成型，短短幾年，國際上用于GAIM的模具配套率已達(dá)10%。結(jié)語綜上所述，要想促進(jìn)產(chǎn)業(yè)界和科學(xué)研究的有機(jī)結(jié)合，加快我國高分子材料成型加工高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐和成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的進(jìn)程， 就必須要突破國外的技術(shù)封鎖防線，充分發(fā)揮主觀能動性掌握有著我國自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)質(zhì)的跨越。參考文獻(xiàn)華南理工大學(xué): 產(chǎn)學(xué)研合作推動高分子材料新型成型裝備產(chǎn)業(yè)化J中國高?？萍寂c產(chǎn)業(yè)化,2009(1):26-27.楊衛(wèi)民.微注射成型技術(shù)國

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