非金属材料及其成型

第十章非金属材料及其成型10。1工程塑料及成型10。2橡胶及成型10。3胶粘剂及粘接成型工艺10。4工业陶瓷及成型10。5复合材料及其成型10·1工程塑料及成型10·1·1塑料的组成及特点组成：合成树脂、添加剂（填料、增强材料、增塑剂、固化剂、润滑剂、稳定剂、着色剂、阻然剂）20～50%特点：密度小、耐腐蚀、电绝缘性、耐磨和减磨性好、成型性好缺点是：强度硬度低、耐热性差、易老化、易蠕变10·1·2常用工程塑料1、热塑性塑料聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚酰氨（PA）、聚甲醛（POM）、聚碳酸酯（PC）、ABS塑料、聚四氟乙烯（F-4）2、热固性塑料酚醛塑料（PF）、氨基塑料（UF）、环氧塑料（EP）部分塑料的性能性能指标密度g·cm—3拉伸强度Mpa伸长率%冲击韧度kJ·m-2体积电阻率线胀系数10-5℃低压PE0.94~0.9610~1615~10010~30≥101611~13PP0.90~0.9130~39≥2002.2~2.5≥101610~12硬质PVC1.35~1.4535~562~4022~108≥10165~18.5PS1.04~1.0935~847.0~7.50.5~1.010186~8ABS1.05355~7053101610尼龙61.13~1.1554~78150~25030110147.9~807均POM1.4370157.610148~10PC1.18~1.2066~7050~10064~7510166~7F-42.10~2.2016~32200~400——1017~101810有机玻璃1.17~1.1955~772.5~6.012~14≥10157.010·1·3工程塑料的成型技术1、成型工艺（1）注射成型（2）挤出成型★（3）压制成型★（4）吹塑成型★（5）浇铸成型★（6）压延成型★2、塑料成型后的机械加工和修饰★3、塑料制品的结构工艺性★注射成型注射成型又称注塑模塑或注射法。应用：热塑性塑料（是热塑性塑料的重要的成型方法之一）。及少用于热固性塑料的成型。特点：生产率高、周期短、对热塑性塑料的适应性强、生产中易于实现自动化、能一次成型形状复杂、精度高、带有嵌件的塑料制品。注射成型设备：柱塞式注射机或螺旋式注射机★注射机和塑模的剖面图工作过程：原料料斗料筒喷嘴模具顶出(见动画）注射模结构第十章非金属材料及其成形挤出成形挤出成形又称挤塑成形。主要用于生产棒材、板材、线材、薄膜等连续的塑料型材.。挤出成形过程总体可分两个阶段：第一阶段是使固态塑料塑化（即使塑料转变成粘流态）并在加压情况下使其通过特殊形状的口模而成为截面与口模形状相似的连续体；第二阶段是用适当的处理方法使挤出具有粘流态的连续体转变为玻璃态的连续体，即得到所需型材或制品。挤出成形适用于热塑性塑料，而且采用干法塑化和螺杆式挤出机。成形特点是：成形过程是连续的，生产率高，制品内部组织均衡致密。尺寸稳定性高，模具结构简单，制造维修方便，成本低。此外，挤出成形工艺还可用于塑料的着色、造粒和共混改性等。挤出成型剖面图压制成形及其特点压制成形又称压缩成型或模压成形，是塑料加工中最传统的工艺方法。压制成形通常用于热固性塑料的成形。因为热塑性塑料在压制时模具需要交替地加热与冷却，生产周期长，故热塑性塑料的成形常以注射成形更为经济，只有在成形较大平面的热塑性塑料制品时才采用压制成形方法。压制成形的主要特点是：设备和模具结构简单，投资少，可以生产大型制品，尤其是有较大平面的平板类制品，也可以利用多槽模大量生产中、小型制品。制品的强度高。但压制成形的生产周期长，效率低，劳动强度大，难以实现自动化。压制成形过程热固性塑料压制成形是将粉状、粒状或纤维状的热固性塑料放入成型温度下的模具型腔中，然后闭模加压，在温度和压力作用下，热固性塑料转为熔融的粘流态，并在这种状态下流满型腔而取得型腔所赋予的形状，随后发生交联反应，分子结构由原来线型分子结构转变为网状分子结构，塑料也由粘流态转化为玻璃态，即硬化定型成塑料制品，最后脱模取出制品。压制成形过程示意图第十章非金属材料及其成形压制成形主要设备压制成形主要设备是压机和模具.压机多数为液压机，吨位自几十吨至几百吨不等。压制成形用的模具按其结构特征可分为三类；溢式、不溢式和半溢式模具，其中以半溢式模具用得最多。下图为溢式塑模示意图.溢式塑模闭模后多余的塑料将从溢料缝溢出并与型腔内部的塑料仍有连接，脱模后就附在制品上成为毛边。该种模具适于压制扁平或近于碟型的制品。加料量不作精确要求，只要稍有盈余便可。不溢式塑模示意图第十章非金属材料及其成形半溢式塑模示意图无支承面半溢出式塑模示意图吹塑成形特点及设备吹塑成形包括注射吹塑成形和挤出吹塑成形两种。它是借助压缩空气，使处于高弹态或粘流态的中空塑料型坯发生吹胀变形，然后经冷却定型获得塑料制品的方法。塑料型坯是用注射成形或用挤出成形生产的。吹塑成形的设备是注射机、挤出机、模具及模具中的冷却系统。吹塑成形过程（静态）吹塑成形过程（动态）第十章非金属材料及其成形浇铸成形塑料的浇铸成形是借鉴液态金属浇铸成型的方法而形成的。其成型过程是将已准备好的浇铸原料（通常是单体经初步聚合或缩聚的浆状物或聚合物与单体的溶液等）注入一定的模具中并使其固化（完成聚合或缩聚反应），从而获得与模具型腔相吻合的塑料制品。浇铸时原料是在重力作用下充满型腔的，故称为静态浇铸成型。若改变原料的受力形式，又可发展成其它的浇铸成型方法，如嵌铸成型、离心浇铸成型、搪塑和滚塑成型等。浇铸成型的生产特点是：投资小（因浇铸成型时不施加压力，对模具和设备的强度要求不高），产品内应力低，对产品的尺寸限制较小，可生产大型制品。缺点是成型周期长，制品的尺寸准确性较低。第十章非金属材料及其成形压延成形•压延成形及生产过程•压延成形设备•压延成形的特点第十章非金属材料及其成形压延成形及生产过程压延成形是将已加热塑化的接近粘流温度的热塑性塑料通过一系列相向旋转的水平辊筒间隙，并在挤压和延展作用下成为规定尺寸的连续片状制品的成型方法。压制成形的原材料大多是热敏性非晶态塑料，其中用得最多的是聚氯乙烯。压延软质聚氯乙烯薄膜时，如果将布或纸张随同薄膜一起压延成形，则薄膜就会粘在布或纸张上，所得制品为涂层布，也就是人造革或塑料墙纸。这种成型方法称为压延涂层法。压延成形主要包括以下过程：配制塑料塑化塑料向压延机供料压延牵引轧花冷却卷取切割压延成形设备压延成形的主要设备是压延机、挤压机和辊压机。根据辊筒数目，压延机有双辊、三辊、四辊、五辊、六辊。双辊压延机主要用于原材料的塑炼和压片。压延成形常以三辊或四辊压延机为主。三辊压延机辊筒的排列方式有I型、三角型等几种，四辊压延机辊筒的排列方式有I型、倒L型、正Z型、斜Z型等。压延机辊筒排列形式辊筒的结构压延成型的特点压延成型具有加工能力大，生产速度快，产品质量好，生产连续，可以实现自动化等优点；缺点是设备庞大，前期投资高，维修复杂，制品宽度受压延机辊筒长度的限制。塑料的机械加工和修饰●机械加工●修饰转鼓滚光磨削和抛光化学电镀真空镀膜塑料的烫印塑料的涂饰第十章非金属材料及其成形塑料制品的结构工艺性1.制品壁厚应均匀（≥1mm)(1~4mm),大件可≥6。2.应有一定的脱模斜度（35‘~1°20’‘）。并避免内凸。3.要避免以整个平面作支承面，在高壁或在面积的平底部分应设计加强筋，以增加刚度与强度。4.孔距与边距≥孔径。5.圆角过渡6.受力的制品可镶嵌金属芯，以增加强度和刚度。10.2橡胶的组成及特点1·橡胶的组成：橡胶主要由生胶和各种配合剂（硫化剂、填充剂、软化剂、防老化剂和发泡剂）组成。2·橡胶的特点：高弹性、高回弹性、高强度、高耐磨性、但耐热性差、耐寒性差（遇高温发粘、遇冷发脆）、在溶剂中会溶解3·常用橡胶天然橡胶合成橡胶（丁苯橡胶（SBR）、顺丁橡胶（BR）、）特种橡胶（丁晴橡胶（NBR）、硅橡胶）第十章非金属材料及其成形橡胶制品的成形方法橡胶制品的成形与工程塑料制品的成形有很多相似之处。橡胶的成形若按生产设备的不同可分为在平板硫化机中模压成形和在注射机中注射成形两大类；若按成形方法分，主要有压制成形、压铸成形、注射成形和挤出成形。其中的在平板硫化机中压制成形由于成形模具和设备简单，通用性强，故应用最广。成形过程：先将混炼过的胶料成形为具有和制品形状相似的半成品胶料，然后根据模具型腔的形状、尺寸大小对半成品胶料进行称重并将定量的半成品胶料置于模具型腔中，使模具在平板硫化机或液压机中受热受压（或直接注入模具型腔），保压一段时间后，橡胶分子经过由线形结构变成网状结构的交联反应而定型获得所需的橡胶制品。第十章非金属材料及其成形10.3胶粘剂的胶粘工艺胶粘剂可以胶接塑料制品，还可以在金属—金属、塑料—金属金属—陶瓷等各类同种或异类材料之间进行胶接。胶接技术已逐步替代传统的连接技术——焊接、铆接、螺栓连接等。胶接技术的特点：①可以胶接任何材料、各种形状截面的零部件；②应力分布均匀，不存在局部高应力区，受振时胶接处不会遭受破坏，耐疲劳强度高；③胶接件表面光滑，密封性好；④经胶接的零部件可以获得某些特殊性能，如导电性、绝缘性、导热性、导磁性等；⑤胶接工艺简单，生产率高，成本低。⑥有机胶胶接强度较低，耐温性差，易老化失效。胶接剂的分类：按化学类型分：有机胶接剂和无机胶接剂。※按外观形态分：糊状、粉状、胶棒、胶带、溶剂型胶液和液态胶。按用途分：结构胶、非结构胶、特种胶。按胶接工艺分：厌氧胶、热溶胶、常温固化胶、中温固化胶和高温固化胶。第十章非金属材料及其成形胶粘剂的种类1.有机胶粘剂环氧胶粘剂、改性酚醛树脂2.无机胶粘剂磷酸型、硼酸型、硅酸型无机胶结剂无机胶粘剂与有机胶粘剂相比较，有以下特点：①耐热性高，可长期在800~1000℃是温度下使用，并保持一定强度。有机胶结剂无法做到。②接头强度高（抗剪强度可达100Ma，抗拉强度可达22Ma）。③低温性能较好，在—196℃下使用，强度基本上不变化。④良好的耐候性、耐水性和耐油性。而耐酸性、耐碱性较差。第十章非金属材料及其成形胶接方法的基本工艺过程1）接头设计根据零部件的结构、受力特征和使用的环境条件进行接头的形式、尺寸的设计。▲2）选择胶接剂▲3）表面处理对于胶接接头的强度要求较高、使用寿命要求较长的被胶接物，应对其表面进行胶接前的处理，如机械打毛、清洗等。4）配胶将组成胶接剂的粘料、固化剂和其他助剂按所需比例均匀搅拌混合，有时还需将他们在烘烤箱或红外线灯下预热至40~50℃。5）装配与涂胶将被胶接物按所需位置进行正确装配或涂胶（有的涂胶在装配前），涂胶的方法有涂刷、辊涂、刀刮、注入等。6）固化在一定的温度和压力下进行固化。第十章非金属材料及其成形胶接接头设计第十章非金属材料及其成形胶接剂的选择原则1）根据被胶接物的材料种类、性质和受力情况进行选择。大多数胶接剂对金属材料的胶接有较好的适应性，对不同材料间的胶接应考虑它们的热膨胀系数和固化温度，应选择两种材料都适用的胶接剂。受力大的，应选择强度高的胶接剂，如环氧结构胶、聚氨脂等。2）根据被胶接物的形状、结构和施工条件等情况进行选择。热塑性塑料、橡胶制品和电器零件等不能经受高温；大型零件移动搬运困难，加热不便，应避免选择高温固化胶。一些薄而脆的零件，一般不能施加压力，不应选用加压固化胶。在流水线上应选用室温快干胶。在多道不同温度的加工过程中，前道胶接工序应采用耐温性高的胶接剂，后道胶接工序采用耐温性低的胶接剂。3）应考虑经济性和安全性。在其他条件许可的前提下，应尽可能选择成本低、施工方便、低毒或无毒的胶接剂。第十章非金属材料及其成形陶瓷及陶瓷性能1·常用工业陶瓷传统陶瓷（普通陶瓷）近代陶瓷（特种陶瓷）氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷金属陶瓷氧化物基金属陶瓷、碳化物基金属陶瓷、钢结硬质合金2·陶瓷材料的性能弹性模量高、硬度高、塑性差、脆性大熔点高、耐热性好、导热性小（绝缘）导电性变化范围大耐蚀性好氧化铝透明陶瓷工业陶瓷的成形陶瓷生产过程是将配制好的符合要求的坯料用不同成形方法制造出具有一定形状的坯体、坯体