第三章 光学塑料.ppt

1,第三章光学塑料,光学塑料是光学零件三大基本材料（玻璃、晶体、塑料）之一，也是我国近年来大力推广应用的一种新型材料。它可制作透镜、棱镜、非球面透镜等光学零件。在航天、航空、兵器、通讯、家用电器、医疗器械、照相、摄影、激光、红外等光电技术领域，得到越来越广泛的应用。,2,塑料的主要成分是高分子聚合物-树脂。其性质也主要由树脂决定，但在树脂中的增强剂、增塑剂、稳定剂和润滑剂等对改善塑料的性能起着重要的作用。按其性质可分为两类：,3.1光学塑料的性能和分类,3,常用光学塑料,1,2,3,4,聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA、王冕塑料)高透过率92%,n=1.492质轻、价廉、易加工耐冲击，但易划伤,应用广泛占整个光学塑料的90%相机取景器彩电、投影电视菲涅耳透镜光盘和光纤军事应用,聚苯乙烯(火石塑料)高透过率90%,n=1.591质轻、价廉、易加工自由着色、无毒无味强度小，耐热低，,应用广泛:透镜、光栅光盘、光纤仪表外壳，灯罩和装饰,环氧树脂以环氧树脂为主体制成塑料。,烯丙基二甘醇碳酸酯(CR39)抗冲击、耐腐蚀耐磨性好但收缩率大，价格昂贵广泛应用于树脂镜片制作,3.2常用光学塑料,4,优点相对密度小耐冲击强度高透红外、紫外性能好耐温度骤变能力强易成型成本低,例：0.558cm口径子弹打不穿0.3cm厚的聚碳酸酯塑料板,可采用注射/浇铸/热压/车削等加工方法，不必精磨抛光；特殊光学零件加工如非球面；成本仅为玻璃零件1/10-1/30,3.3光学塑料的主要优缺点,5,缺点热膨胀系数高，吸水性大耐磨性差光学常数选择范围有限,热膨胀系数是玻璃的10倍，加上吸湿性大。故光学塑料不能制作高精度光学零件,光学塑料品种少，光学常数选择范围有限。其折射率在1.471.60,阿贝数3057.满足不了光学设计的要求，限制其应用。,6,3.4光学塑料成型工艺,1.热压成型工艺热压成型法是利用一定尺寸和形状的塑料放入加热过的模具中，施加压力，使塑料充满行腔，在加热下使塑料保持高弹态，保持加热和加压，使其在模具中成型冷却后，脱模取出零件，这是目前我国制造塑料光学零件的重要方法。,与注射成型法相比，热压成型法具有生产效率高（采用多槽模生产时，每分钟生产数量可高在1500件），设备投资少，能够制造表面积较大的零件等优点。,7,2.注射成型工艺注射成型是热塑性塑料的主要成型方法，近年来也推广用来成型热固性塑料。塑料注射的过程是将塑料树脂颗粒或粉料螺杆或柱塞在加热情况下进行塑化，成为粘流态后，推压射入闭合的模腔内，经冷却后固化成型，开模后脱模得成品。,8,光学塑料注射成型法是将经过加热成为流体的定量的光学塑料注射到不锈钢模具中，在加热加压条件下成型，后经冷却固化后，打开模具便可获得所需要的光学塑料零件；其它还有铸造成型、压制成型等技术，而光学塑料成型技术是当前制造塑料非球面光学零件的先进技术；,9,注射成型工艺装置如图所示：,10,11,合模系统,合模系统的主要作用是实现成型模具的闭合、开启及顶出制品。同时，在模具闭合后，供给模具足够的锁模力，以抵抗熔融塑料进入模腔产生的模腔压力，防止模具张开；其主要组成部分：固定模板、移动模板、拉杆、移动油缸、合模油缸、连杆机构、调模机构、制品顶出机构。,12,控制系统,注塑机的控制系统一般有两种：液压控制系统和全电控制系统；两者相互配合共同控制注塑机按照预定的工艺条件（压力、速度、温度、时间）及动作程序（合模、注射、保压、预塑、冷却、开模、顶出制品）准确有效的工作；控制系统一般有两种形式：开环控制和闭环控制。,13,机座,机座是注塑机的主体支撑结构，是其他系统的安装基础，机座有卧式和立式之分；基座的结构设计：方形截面机座、圆形截面机座、铸铁板装配式机座,14,模具,模具的质量是注射成型技术的关键模具是在注塑时使塑料成型的一个腔体装置，组成模具型腔的零件称为成型部件，主要由凸模、凹模、型芯、嵌件和镶块等组成；构成模具上型腔的模具零件叫模芯，模芯是模具中最精密、最关键的部分，由它完成注塑技术中对零件的复制。,15,原材料预处理,塑化,注射,模塑,脱模,退火,注射成型工艺过程,16,模塑的四个阶段,充模阶段：从螺杆开始向前移动到充满型腔为止；压实阶段：自熔体充满型腔到螺杆撤回时为止；倒流阶段：从螺杆后退时开始到浇口处熔料冻结时为止；冷却阶段：从浇口的塑料完全冻结起到零件从模腔中顶出时为止。,17,注射成型的工艺参数,温度料筒温度、喷嘴温度、模具温度压力塑化压力、注射压力时间（成型周期）充模时间、保压时间,18,举例：注塑PMMA材料,聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethylmethacrylate，简称PMMA，英文Acrylic），又称做压克力或有机玻璃，在香港多称做阿加力胶，具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点，是平常经常使用的玻璃替代材料。,19,注塑PMMA材料的工艺条件,干燥处理：PMMA具有吸湿性因此加工前的干燥处理是必须的。建议干燥条件为90、2-4小时；熔化温度：240270。模具温度：3570；注射速度：中等,20,3.5光学塑料的老化问题,塑料在成型或使用时，质量会逐渐降低，这种现象叫做老化或者劣化。老化的主要因素是：热、紫外线、放射线、臭氧、电气、机械、化学、微生物等的作用，而氧、水分、应变等则随着这些因素加速老化。热老化：聚合物一般对热是不稳定的，加热时会引起氧化、分解。光学塑料使用时的耐热温度最大限度在150左右。紫外线老化：