搜索
保温杯材料的选择与加工工业设计0701王芳0107106102目录保温杯概况不同材质保温杯原理保温杯结构及造型保温杯的零部件展示大众保温杯案例分析（内胆）儿童使用保温杯案例分析（外壳）老人使用保温杯案例分析（特殊材质）具体案例分析保温杯一般是由陶瓷或不锈钢加上真空层作成的盛水的容器,顶部有盖,密封严实,真空绝热层能使装在内部的水等液体延缓散热,以达到保温的目的。返回目录保温杯是从保温瓶发展而来的，保温原理与保温瓶一样，只是人们为了方便把瓶做成杯。保温杯内胆大多由玻璃镀银，铝，铜等金属，银色的杯胆能反射热水的辐射，杯胆和杯身的真空能阻断热力的传递，从而阻止热对流。以达到保温的效果。不同材质的保温原理1.2.由富含多种人体所需元素的天然紫砂构成内胆。分为磁化紫砂保温杯和普通紫砂保温杯两种。(a)前者主要采用杯盖磁块装在杯盖磁套内，杯体磁块装在杯体磁套内，在杯盖磁套上放有杯盖封片，杯盖磁托衬托在杯盖磁套底部，在杯体内胆与杯壳体之间填充保温材料，以达到保温的效果。(b)普通紫砂保温杯由外壳、上外盖、内胆、磁铁、保温层以及水挡圈组成。它将保温层设置在内胆和外壳间的下部，其保温层采用由高分子材料制成，水挡圈是设置在内胆和外壳间的上部，它具有良好的密封性能，内胆采用紫砂材料制成。将双层优质不锈钢内部抽真空处理，容器内的真空隔热层，能有效地答到保温的效果。3.返回目录保温杯根据使用的功能要求，产生不同的结构：造型大方，时尚，有质感色彩感强，线条流畅可携带，大容量，方便外出使用，耐摔易于携带，小容量大方美观，不易携带,适合家居使用返回目录保温杯大致可以分为杯盖（上盖和按钮），外壳，内胆，底垫，橡胶圈等部分。外壳：由于保温杯对外壳的要求不高，较多采用不锈钢，塑料（PP、PC、ABS等)，木材。杯盖：上盖的选材大多与外壳材质一致。按钮：多选用ABS或PVC。内胆：根据原理的不同，内胆可使用玻璃镀金属（多镀铝，银，少镀铜），紫砂，陶瓷，骨瓷等。底垫：其作用为防滑，可选用异戊橡胶。密封胶圈：材料为硅氧树脂或者通用橡胶。内胆底垫按钮密封圈杯盖保温杯上盖：不锈钢上盖运动型杯上盖上盖和按钮合一双盖的盖子多盖杯各零部件的不同结构展示：按钮：侧面及正面图底垫：防滑设计，减少杯子倒下坏损的概率。外壳：塑料外壳木质外壳不锈钢外壳密封圈：返回目录案例分析：大众使用保温杯保温杯的主要功能是保温效果及保温时间的长短，属于盛物器皿，要求无毒，具有良好的绝缘性，非导热性。避免高温及热源处，避免骤冷骤热。造型需求：为了迎合大众的口味，保温杯大多需要时尚新颖，美观大方，易于携带。重点分析内胆的材料选择A.内胆多采用玻璃镀铝（银，铜）。其中玻璃为热的不良导体，银色的杯胆能反射热水的辐射，同时在真空构成，三层加保。真空内胆的两层玻璃间夹层需为气压低于10-1pa的真空，使气体传热可忽略不计；内壁镀有低辐射膜，使辐射传热尽可能小。其中玻璃镀金属的原理利用了银镜反应，即银粒离子与葡萄糖反应，葡萄糖中的醛基有还原性，将银离子还原成银单质，以一薄层附着在瓶胆上，形成了光亮的银镜。由于银的造价高，因此目前制镜技术正朝着真空镀铝(铝镜)或离子真空镀膜(钨镜或钛镜)方向发展。但后者要求设备复杂、技术难度大且厂家一次性投资大，而且目前镀层的面积有限(如受离子真空镀膜机容积所局限)，因此目前仍广泛采用镀银技术。玻璃的性能要求：耐温急变性能（经受温度的急剧变化），耐水性能（抗水解性能，不污染内盛物），耐压性能，适应吹制和加工性能。选用的材料：保温杯玻璃镀银采用耐热硼硅酸盐玻璃，其热膨胀系数低，耐温度急变性强，硬度高、脆性大、原料的来源丰富，生产工艺简单材料加工工艺：配合料制备→玻璃的熔制→瓶坯吹制成型→退火消除不均衡冷却造成的热应力、检验→（内瓶坯→洗瓶、割口；外瓶坯→割底）→套瓶→塞石棉→拉底→接尾→外瓶割口→封口→两层玻璃夹层为气压低于10-1pa的真空，通过抽空管进行水洗、镀银→抽真空→割尾密封→瓶胆检验→成品镀银采用化学镀：化学粗化、敏化，溶剂加硝酸银一步法。化学镀银加工工艺特性：1、均镀能力和深镀能力好，可在形状复杂的表面上产生均匀厚度的镀层；2、空隙少；3、设备简单、操作容易；4、镀层具有特殊的机械、物理、化学性能5、速度较慢、成本较高玻璃吹制机生产过程B.不锈钢内胆需要原料焊接性能好，耐腐蚀性能好，厚度公差一般要求较高，为-3%~5%，延伸率高（》53%）硬度较低（≦170%），内部晶粒等级在7.0~8.0之间，深冲性能极佳，产品一般都需经过几道次的拉伸才能完成，如果原料延伸方面达不到的话，在加工深拉制品时产品极易产生裂纹、拉穿的现象，影响成品合格率，当然也就加大了厂家的成本。(1)选材的基本要求：1、0Cr19Ni9(304)作为不锈耐热钢使用最广泛，用于食品设备、一般化工设备、原子能工业等；高延展性、耐腐蚀性、耐热性、低温强度、机械性能良好；深冲压、弯曲等常温加工性能较好，热处理后不会硬化；非磁性，使用温度：-196至800℃。2、13Cr-7.7Ni-2Cu（304Cu）添加Cu，拔丝性和抗时效裂纹性好，故可进行复杂形状的产品成形，以提高抗菌性及塑造性的钢种。暖瓶、厨房用SinkPot、团体供饭设施保温瓶、厨房洗涤槽、锅、壶、保温饭盒等。3、0Cr17Ni12Mo2(316)添加Mo，耐蚀性、耐空气腐蚀性、高温强度特别好，适合于使用在恶劣条件。加工硬化性能良好。海水设备、化学、造纸，肥料生产设备、照相、食品工业。4、1Cr18Ni9Ti(AISI321)具有较好的力学性能便于进行机械加工,冲压和焊接.在氧化性环境中具有优良的耐蚀性和良好的耐热性,但对溶液中含有Cl离子的介质特别敏感容易发生晶间腐蚀.使用最广泛适用于食品、化工、医药、原子能工业等；(2)选用材料的特点：名称0Cr19Ni9(304)13Cr-7.7Ni-2Cu（304Cu）0Cr17Ni12Mo2(316)1Cr18Ni9Ti（AISI321)耐腐蚀性良好良好优秀一般延展性良好优秀良好良好焊接性能优秀优秀优秀良好价格约20元/kg约20多元/kg约30元/kg约60元/kg（3）所选材料的比较：不锈钢内胆真空技术分为有尾和无尾真空技术两大类。（4）内胆技术要求：技术1：“有尾真空”-（管式真空）属传统的工艺技术，采用的是“压封技术”，缺憾是这种技术措施在微观上是不能完全保证密闭的。“无尾真空”是目前国内外最先进的工艺技术之一，即器皿在真空的环境条件下，由计算机控制完成抽气、封焊、冷却的工艺过程。它采用的是“熔封技术”，可以保证长期不放气不漏气。整体抽气—“无尾真空”的设备属大型设备，自动化程度高，产品质量水平高，故造价也昂贵。而且管理和使用技术复杂，不易掌握，单件产品电耗高于“有尾真空”数倍，然而，由于技术水平高等特点，必定成为不锈钢真空器皿生产技术的发展方向和消费追求产品的技术条件。内胆与外壳的镶接采用的是焊接。钎焊是采用比母材熔点低的填充材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，借钎料熔化填满母材间的间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法。钎焊的加工工艺分类很多，按热源分为：烙铁钎焊、波峰钎焊、火焰钎焊、浸沾钎焊、感应钎焊、炉中钎焊和真空钎焊。其中，保温杯所使用的钎焊为火焰钎焊。用可燃气体与氧气或压缩空气混合燃烧的火焰作为热源进行焊接。火焰钎焊设备简单、操作方便，根据工件形状可用多火焰同时加热焊接。同时，保温杯的钎焊属于硬钎焊。应用特点：接头表面光洁，气密性好，形状和尺寸稳定，焊件的组织和性能变化不大，钎料熔化而焊件不熔，可连接相同的或不相同的金属及部分非金属。技术2：304采用H0Cr21Ni10焊接，焊后固溶处理；316采用H0Cr19Ni12Mo2焊接，焊后1050~1100摄氏度固溶处理；AISI321采用H0Cr21Ni10焊接，焊后固溶处理。加工工艺特性：（1）钎焊加热温度较低，接头光滑平整，组织和机械性能变化小，变形小，工件尺寸精确。（2）可焊异种金属，也可焊异种材料，且对工件厚度差无严格限制。（3）有些钎焊方法可同时焊多焊件、多接头，生产率很高。（4）钎焊设备简单，生产投资费用少。（5）接头强度低，耐热性差，且焊前清整要求严格，钎料价格较贵。材料的加工工艺及特性：返回目录儿童保温杯1.由于儿童行动不小心，易受损，材料选择上宜耐摔的类型；2.儿童的负重力小，可选用质量较轻的塑料产品；3.为使用方便可附加中栓，小口盖等零构件；4.产品颜色鲜艳，造型小巧可爱。综上所述，可选塑料作为儿童保温杯的原材。儿童保温杯内胆结构与大众使用保温杯内胆结构大致相同。重点分析外壳塑料的选材。（1）材料的选择：A.PC的选用PC是一种无定型、无臭、无毒、高度透明的无色或微黄色热塑性工程塑料，具有优良的物理机械性能，尺寸稳定；具有良好的耐热性和耐低温性；拉伸强度、弯曲强度、刚性和绝缘性也突出；重量轻、抗冲性好，耐一定的高温和腐蚀溶液洗涤，作为可回收利用。B.PP的选用无毒、无味，度小,强度刚度,硬度耐热性均优于低压聚乙烯,常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具，但是成型收缩率大，冲击性差。C.ABS的选用ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS，SAN，BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。它一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂。种类PCABSPP透明度好一般好刚度、强度好、较高好、高较好、较高韧性较好好低温下差价格约26000元/t约10000元/t约9000元/t（2）选用材料物理性能的比较：（3）材料的加工工艺及加工特性的比较：PC的加工工艺：可采用注塑、挤出、吹塑、热压和旋转模塑成型，也可采用辊压和冷压法惊醒冷加工成型。PP的加工工艺：PP可用挤出、吹塑、注塑、模压、真空成型等方法，但主要是注塑法为主。ABS的加工工艺：可以通过注塑、吹塑、挤出、发泡及热成型等工艺加工。PP板ABS板PC板中空制品的性能特点与用途：这类的塑料制品具有重量轻，强度高，密封性好，不易破损，耐水防潮，防腐蚀，阻隔性好等特点，既美观又卫生，方便携带和运输。生产工艺的顺序如下：主、辅原料按配方要求计量→掺混在一起搅拌均匀→挤出混炼造粒（或直接用粉料）→挤出机或注塑机塑化原料→塑化熔料成型型坯冷却定型→预热型坯→吹账成型→修边→制品吹胀成型→修边→制品｛→吹塑成型特点注塑成型特点1.原料塑化质量好2.模具结构简单，制造费用低3.可成型带有嵌件容器和带把手容器及各种不规则形状容器4.能成型不同原料多层复合制品5.叫容易调换不同颜色的制品，颜色在原料中分散较均匀1.制品没有飞边，外形尺寸精确，稳定性好，生产中没有回料和废料2.制品厚度可预先在成型型坯时调控3.可适应多种塑料成型，但更适合硬质的注射成型4.制品没有拼合缝，颈部和螺纹尺寸精度高，适合成型广口和形状简单的小型容器保温杯外壳属于中空制品综合保温杯的性能要求，可选择注塑工艺进行加工，三种材料注塑工艺的比较：PCPPABS干燥处理PC材料具有吸湿性，加工前的干燥很重要。建议干燥条件为120℃~130℃，8~12个小时。加工前的湿度必须小于0.02%如若储存适当则不需要干燥处理。建议干燥条件为80~90℃下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。熔化温度260~340℃220~275℃，注意不要超过275℃210~280℃；建议温度：245℃。模具温度40~80℃40~80℃，建议使用50℃25~70℃（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）注射压力尽可能地使用高注射压力可大到1800bar500~1000bar注射速度对于较小的浇口使用低速注射，对其它类型的浇口使用高速注射中高速度三种材料加工的工艺特性PC流动性差，所以注塑比较困难，多用于吹塑，有良好的热稳定性和再加工能力，优异的熔体强度使拉伸不易断裂。PP在熔融温度下有较好的流动性，成型性能好，PP