产品造型设计材料与工艺-第八讲

产品造型设计材料与工艺第八讲第三章工程塑料及加工技术第一节常用工程塑料及其性质第二节工程塑料的成型技术与工艺第三节塑料成型中的常见问题及其解决第四节塑料表面处理与装饰技术第二节工程塑料的成型技术与工艺一、塑料的成形工艺性二、固态成型工艺及设备三、液态成型工艺及设备1、流动性塑料在一定的温度与压力下填充模腔的能力称为流动性。影响流动性的因素主要有温度、压力、模具及塑料品种。1)温度的影响料温高则流动性增大，但不同的塑料品种，其影响程度差异甚大。2)压力的影响“剪切变稀”现象剪切敏感塑料有：ＰＯＭ、ＰＥ、ＰＰ、ABS、ＰＭＭＡ等塑料，这些塑料在成型加工时，宜使用“低温高压”的技术。3)模具的影响浇注系统形式、尺寸、布置，冷却系统设计，流速阻力等因素都直接影响到熔体在模腔内的实际流动性。一、塑料的成形工艺性4)塑料品种的影响就热固性塑料而言，如粒度细匀、湿度大，含水分及挥发物多，预热及成型条件适当等均有利于改善流动性；反之则流动性变差。流动性能的表征１)热塑性塑料熔融指数(MFI)Ｐ、Ｔt＝１０minHDPE5000SMFI≈0.9g/10minHDPE6100mMFI≈0.14g/10minA、流动性好，如PS、PA、PP、PE等；B、流动性中等，如改性PS、ABS、PMMA、POM等；C、流动性差，PC、PSF、F塑料等。2)热固性塑料拉西格流动性拉西格模具截面逐渐减小的棱柱体流道压圆锭考察塑料在棱柱体流道中的流动长度第一级、拉西格流动值100~130mm，压制无嵌件、形状简单的一般厚度塑件；第二级、拉西格流动值131~150mm，压制中等复杂程度的塑件；第三级、拉西格流动值151~180mm，压制结构复杂、深型腔、多嵌件的薄壁塑件，或用于传递（压注）成型。2、收缩性影响塑料制件尺寸精度和质量塑料制品自模腔中取出冷却至室温后，其尺寸发生缩小的这种性能称之为收缩性。1)成型收缩形式线尺寸收缩方向性收缩后收缩后处理收缩2)影响收缩的因素塑料品种的影响塑料制品特性的影响模具的影响成型条件的影响k塑料=3~10k钢3)收缩率k的计算K－－－平均收缩率；Lm－－－模腔在室温下单向尺寸；L1－－－塑料制品在室温下单向尺寸。%10011LLLkmK－－－平均收缩率；Lm－－－模腔在室温下单向尺寸；L1－－－塑料制品在室温下单向尺寸。%10011LLLkm3结晶性结晶——指聚合物大分子既是近程有序，又是远程有序地排列现象。塑料结晶型塑料非结晶型塑料（无定型塑料）1)结晶熔解需要热量，比非结晶型塑料达到成型温度需要更多的热量；冷凝时，结晶型塑料放出热量多，需要较长的冷却时间。2)不像金属具有单一熔点，而是一个熔程；3)结晶型塑料硬化密度与熔融时密度差别很大，成型收缩大，易发生缩孔、气孔。4)由于分子的定向作用和收缩的方向性，结晶型塑料制品易变形、翘曲。5)冷却速度对结晶型塑料的结晶度影响很大；6)结晶度大的塑料制品的密度、强度、硬度高，刚度、耐磨性好，耐化学性和电性能好；结晶度小的塑料制品柔软性、透明性好，伸长率和冲击韧度较大。结晶型塑料成型特性：4吸湿性与粘水性塑料吸湿性大致可分为两类：一类是具有吸湿和粘附水分倾向的塑料；另一类是既不吸湿也不易粘附水分的塑料。5热敏性和水敏性热敏性塑料是指对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截面过小，剪切作用大时，料温增高易发生变色、降聚、分解的倾向，具有这种特性的塑料称之为热敏性塑料。如ＰＶＣ、ＰＯＭ等。有的塑料（如聚碳酸脂PC）即使含有少量水分，在高温、高压下也会发生分解或使塑件产生气泡、银纹等缺陷，称此性能称为水敏性。6毒性、刺激性和腐蚀性ＰＯＭ、ＰＶＣ等在加工时会分解一些有毒气体，应作好防毒、防腐蚀的准备二、固态成型工艺及设备即塑料原料在固态（粉状）下，通过冷加工（压塑成型）或热加工（挤压、注塑、吹塑）制成成品1压塑成型2注塑成型3挤出成型（挤塑成型）4传递成型5真空成型6反应注射成型1、压塑成型1压塑成型工艺过程压塑成型工艺将经过预制的热固性塑料原料or热塑性塑料，直接加入敞开的模具加料室，然后合模，并对模具加热加压，塑料在热和压力的作用下呈现熔融流动状态并充满型腔，然后由于分子发生交联反应逐渐硬化成型。脱模取出制件，然后清理模具并对制件进行后期处理。模压成型过程：加料、合模、排气、交联固化、制品脱模、清理模具等。压塑成型主要工艺参数:成型温度、成型压力和成型时间一．模压压力使模塑料完全充满型腔所施加的必要压力。Pm的作用：①充模，压实物料；②克服由气体逸散，小分子物质挥发及物料热膨胀造成的负压；③闭模，制件获得模具型腔赋予的形状及尺寸。实际生产中采用的模压压力比计算压力高20～30％。二．模压温度Tm模压时规定的模具温度。1.作用：使物料熔融流动充满型腔；提供固化所需热量。2.调节和控制Tm的原则：保证充模固化定型并尽可能缩短模塑周期。3.影响Tm因素①一般模压温度越高，模塑周期越短；②对于厚壁制品，应适当降低模压温度，以防表面过热，而内部得不到应有的固化；③与物料是否预热有关，预热料内外温度均匀，塑料流动性好，模压温度可比不预热的高；④其它因素还有如材料的形态、成型物料的固化特征等，应确保各部位物料的温度均匀，一般温差控制在±5℃内塑料种类模压温度℃模压压力MPa苯酚甲醛塑料145~1807~42三聚氰胺甲醛塑料140~18014~56脲甲醛塑料135~15514~56聚酯塑料85~1500.35~3.5聚邻苯二甲酸二丙醇酯塑料120~1603.5~14环氧塑料145~2000.7~14有机硅塑料150~1907~56呋喃塑料135~1500.69~3.45压塑设备与模具无浇注系统，有一段加料室动画注射成型过程图２、注射成型２.１注射成型工艺过程柱塞式注射成型螺杆式注射成型注射成型工艺条件１、温度料筒温度加料段压缩段均化段喷嘴温度Ｔ喷嘴＜Ｔ料筒（防止流涎）模具温度低模温，ＰＳ、ＰＥ、ＰＰ、ＡＢＳ、ＰＶＣ等；高模温，ＰＣ、ＰＳＦ、ＰＯＭ等２、压力注射压力：克服熔体从料筒到模具型腔时的阻力；４０ＭＰa≤Ｐ≤１３０ＭＰa；与塑料品种、注塑机类型、模具结构、精度、模具温度、制件壁厚等有关；保压压力：施加压力对模具型腔继续进行压实的压力。一般是与注射压力一致；塑化压力（背压）：指螺杆在预塑物料时，汇集在前端的熔体对螺杆所产生的压力，增大背压有利于排气、压实物料、塑化物料。３、时间——成型周期模具动作时间注射时间保压时间冷却时间一般是在０.5～２min；有的可以到１０min以上２、注射成型２.２注塑机与模具２.２.１注塑机塑化－注射系统合模－锁模系统操作控制系统其它：模温调节系统、安全系统等作用卧式立式角式成型零部件浇注系统导向机构脱模机构分型抽芯机构调温系统排气系统连接部分２.２注塑机与模具２.２.２注塑模具结构动作过程１)注射模浇注系统设计浇注系统——指模具中连接喷嘴和型腔的进料通道。浇注系统通常分为普通浇注系统和无流道浇注系统两大类。普通浇注系统一般由四部分组成即主流道、分流道、浇口及冷料井。无流道浇注系统分为热流道和绝热流道。作用：料流的通道、传递压力、适时冻结。a)主流道设计b)冷料井设计c)分流道设计d)浇口设计２)成型零部件设计成型零部件是构成模具型腔的零件。它包括凹模、凸模（型芯）、各种成型杆和成型环，是塑料模具的主要组成部分。a)凹模凹模用以形成塑料制品的外表面，按其结构不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式和拼合式等形式。b)凸模和成型杆凸模的结构形式可分为整体式和组合式。３)导向机构合模导向作用４)抽芯机构成型侧向凹凸形状的孔或凸台。侧向分型抽芯机构类型很多，通常按动力来源分为手动、液压（气压）和机动三类。5）顶出机构结构组成：推板、推杆固定板、推杆、拉料杆等。常见的顶出机构有：简单顶出机构或一次顶出机构，二次脱模机构，双脱模机构，顺序脱模机构，螺纹塑料制品脱模装置。注射加工生产录像3挤出成型挤出成型又叫挤塑、挤压、挤出模塑.是借助螺杆和柱塞的挤压作用,使塑化均匀的塑料强行通过模口而成为具有恒定截面和连续制品的成型方法.1特点:①连续化,效率高,质量稳定②应用范围广③设备简单,投资少,见效快④生产环境卫生,劳动强度低⑤适于大批量生产14-2.exe动画2.适用的树脂材料绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料，如PVC、PS、ABS、PC、PE、PP、PA、丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂及密胺树脂等3.应用塑料薄膜、网材、带包覆层的产品、截面一定、长度连续的管材、板材、片材、棒材、打包带、单丝和异型材等等，还可用于粉末造粒、染色、树脂掺和等。4.几种典型制品的生产线挤出管材和异型材的生产、挤出片材、棒材生产、电缆包覆、挤出吹塑薄膜、挤出中空吹塑典型管材的生产线动画挤出线缆包覆成型挤出吹塑薄膜成型动画挤出中空吹塑成型动作过程注射－吹塑动画挤出成型工艺参数压力料筒中熔体压力可以达到55MPa,而口模压力一般是小于20MPa温度根据不同的塑料而异,塑化温度一般是在180℃~250℃挤出速率单位时间内挤出机口模挤出的塑料质量(Kg/h)或长度(m/min),与口模阻力、螺杆与料筒的结构、螺杆转速、加热系统和塑料特性有关螺杆的结构4传递成型传递成型：将塑料原料经过预处理，闭模后将原料加入加料室加热软化（若是下加料室传递成型应先加料，闭模后加热），在柱塞的挤压下通过模具的浇注系统将熔融塑料挤入型腔，塑料在型腔中继续受热、受压而固化成型，然后开模取出制件，并清理型腔、加料室和浇注系统。优点成型周期短；塑件飞边小，易于清理；能成型薄壁多嵌件的复杂塑料制品；塑件的精度和质量比压塑件高。缺点余料造成塑料原料的浪费；模具结构较压塑模结构复杂，制造成本高；成型设备同压塑成型，但压力要大。5真空成型真空成型：又叫吸塑成型，将热塑性塑料板材、片材固定在模具上，用辐射加热器加热到软化温度，用真空泵（或空压机）抽取板材与模具之间的空气，借助大气压力使坯材吸附在模具表面，冷却后再用压缩空气脱模，成型所需塑件的加工方法。特点生产设备简单，效率高，模具结构简单，能加工大尺寸的薄壁塑件，生产成本低。动作过程动作过程真空成形生产各种塑料包装盒、餐具盒、罩类塑件、冰箱内胆等；材料主要是PE、PP、PVC、ABS、PC等。6反应注射成型反应注射成型：把两种发生反应的塑料原料分别加热软化后，由计量系统进入高压混合器混合发生塑化反应，再注射到模具型腔中，它们在型腔中继续发生化学反应，并伴有膨胀、固化的加工工艺。动画适宜生产EP等热固性塑料，也可以生产PA、ABS、PET等热塑性塑料；产品：轿车仪表盘、方向盘、飞机和汽车的座椅、椅垫、家具、鞋底、仿大理石浴缸、浴盆等。三、液态成型工艺及设备高分子液态材料数可流动溶体，可在低压、常温下通过各种方法浇铸成型特点：成型过程施压小，制品内应力小，对模具和机械设备的强度要求较低，因而一次性投资少；对产品尺寸限制小，可生产大、中、小各类精度不高的产品；但批量生产周期长，批量精度和尺寸准确性难以保证(由于该方法属手工作坊式，近年来应用广泛)。特别适合新产品的试制。目前高分子材料液态成型方法主要有1静态浇铸2离心浇铸3嵌入浇铸4滚塑旋转成型5搪塑成型6蘸浸涂敷成型7流延铸塑拉片成型三、液态成型工艺及设备此类中最简单的一种方法，由借鉴金属浇铸而来。成型工艺：1．静态浇铸最常用的材料有：聚酰胺、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）和聚氨酯等。（1）模具材料常用材料：铸铁、钢、铝铜合金、硅橡胶、塑料、玻璃、石膏、水泥块等。选用时根据制品的批量大小而定，如环氧树脂制品在小批量时可用石膏模，大批量时用钢模。1．静态浇铸（2）模具结构：外形简单制品的模具只用阴模，配合机械加工方法保证尺寸精度。应用：高光洁玻璃板式模具，用平板玻璃（硅酸盐玻璃）制成（用聚氯乙烯塑料或铝条封边），用于浇铸甲基丙烯酸甲酯板材用环氧塑料浇铸汽车、飞机上的大型承压零件硅胶类柔软性模具经不起大型制品的重压，可用模框、模座、骨架、基体等支