塑料工艺.docx

一、 塑料工业发展史及现状 19世纪，美国盛行台球。那时的台球是用象牙做的，但当时非洲的大象不断减少，美国差不多完全得不到象牙来制作台球，台球制造厂的老板。于是宣布：谁能发明一种代替象牙做台球的材料，谁就能得到1万美元的奖金。 1868年，美国一位叫约翰海阿特的人，决定发明出一种代替象牙制作台球的材料，许多努力都失败后，一次偶然发现硝化纤维在酒精中溶解后（火棉胶），将其涂在物体上，干燥后能形成透明而结实的膜。他就想把这种膜凝结起来做成球，经历一次次失败后，终于在1869年发现，在火棉胶中加进樟脑时，硝化纤维成了一种柔韧、硬而不脆的材料。在热压下制成各种形状，当然可以用来做台球。他将它命名为“赛璐珞”。 据此，他已成了一个大发明家，1872年，他在美国纽瓦克建立了一个生产赛璐珞的工厂，除用来生产台球外，还用来做马车和汽车的风挡及电影胶片，从此开创了塑料工业的先河。 1877年，英国也开始用赛璐珞生产假象牙和台球等塑料制品。后来海阿特又用赛璐珞制造箱子、钮扣、直尺、乒乓球和眼镜架等。 赛璐璐虽是最早的人造塑料，而不是合成塑料，由于“赛璐珞”中含硝酸根，极易着火引起火灾。第一种合成塑料是将酚醛树脂加热模压制得，是在20世纪初，由美籍比利时化学家贝克兰制成。 1905年,美国化学家贝克兰有一次将苯酚和甲醛放在烧瓶里,以酸做催化剂,然后进行加热反应，发现里面生成了一种粘稠的东西，这东西就是现在的酚醛树脂，它不渗水，受热不变形，有一定的机械强度，易于加工，而且有很好的绝缘性，这对于刚兴起的电器工业来说，是非常及时的材料。 人们在酚醛树脂里加进锯木屑、石棉或陶土等混合后，在高温下用模子压出成品。广泛用来生产电灯开关、灯头、灯座、电话机等电器用品，因此称为“电木”。现在电木仍是普遍使用一种塑料。但其衍生的建材粘合剂含甲醛，造成污染。 1931年，美国罗姆-哈斯公司以本体法生产聚甲基丙烯酸甲酯，制造出有机玻璃。 1926年，美国W.L.西蒙把尚未找到用途的聚氯乙烯粉料在加热下溶于高沸点溶剂中，在冷却后，意外地得到柔软、易于加工、且富于弹性的增塑聚氯乙烯。这一偶然发现打开了聚氯乙烯得以工业生产的大门。1868 硝酸纤维素(赛璐珞celluloid) 1909 酚醛树脂（电木） 1931 聚丙烯酸甲酯 1933 聚乙烯 PE 1936 聚氯乙烯PVC 1936 聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃) 1936 聚乙烯醇缩醛 1938 聚酰胺 1940 聚酯、有机硅树脂、氟树脂、环氧树脂、聚氨酯 1955 聚丙烯 1956 聚苯乙烯 1970 聚甲醛、聚碳酸酯、ABS树酯 二、塑料基础知识2.1、塑料的基本性能(1) 塑料质轻，比强度高(比强度是指强度与密度的比值) 。一般塑料密度在0.9-2.3g/cm3之间，聚乙烯、聚丙烯的密度最小，约为0.9 g/cm3，最重的聚四氟乙烯的密度不超过2.3g/cm3。平均密度约为铝的1/2、钢的1/5。(2) 多数塑料制品有透明性，并富有光泽，能着鲜艳色彩，且着色坚固，不易变色。 (3) 优异的电绝缘性。大多数塑料在低频低压下具有良好的电绝缘性能，有的即使在高频高压下也可以作电器绝缘材料或电容介质材料。(4) 塑料的导热率极小，只有金属的1/6001/200，泡沫塑料的导热率与静态空气相当，被广泛用作绝热保温材料或建筑节能、冷藏等绝热装置材料。(5) 耐磨、自润滑性能好。大多数塑料具有优良的减磨、耐磨和自润滑特性，可以在无润滑条件下有效工作。(6) 塑料有耐化学药品性，多数塑料对一般浓度的酸、碱、盐等化学药品具有良好的耐腐蚀性能，其中最突出的是聚四氟乙烯。(7) 塑料成型加工方便，能大批量生产。塑料通过加热、加压可塑制成各种形状的制品，易进行切削、焊接、表面处理等二次加工，精加工成本低，用塑料制品代替金属制品，可以节约大量金属材料。缺点：（1）塑料不耐高温，低温容易发脆。 （2）燃烧时放出有毒气体。 （3）塑料制品易变形。 （4）塑料有“老化”现象。 （5）降解困难，对环境不友好。 2. 2 塑料的分类 1.按热性能分：热塑性塑料和热固性塑料。A.热塑性塑料 在特定温度范围内受热软化(或熔化)，冷却后硬化，能反复加热软化和反复冷却硬化，且在软化状态通过流动能反复模塑成型。塑性较好，但耐热性差。主要有：ABS、聚酰胺（尼龙）、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲醛。B.热固性塑料 初加热时软化，可塑造成形，但固化后（如加入固化剂，用紫外线辐射）再加热将不再软化,也不溶于溶剂。即不再具有可塑性。它有较高的耐热性，不易变形，刚度大，硬度高。 主要有；环氧塑料、酚醛塑料、氨基树脂、不饱和聚酯。2.按用途分：工程塑料、通用塑料、增强塑料和特种塑料。(1)工程塑料 主要特点：绝缘性好、弹性高、能承受较大的力，不易变形、不易老化等。即力学性能好和使用温度高的塑料。主要用于各种家用电器、手动工具、机械、交通类产品中的塑料件。 主要有：聚酰胺（尼龙）、聚甲醛、聚碳酸酯和ABS等。其强度较高、刚性较大，韧性也较好，但价格较高。常用于制造机械零件和工程构件等。（2）通用塑料 即力学性能和使用温度较低的塑料，产量大，用途多，价格低廉。主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚苯乙烯、ABS，其产量约占塑料总产量的四分之三以上。用作日常生活品、包装材料。（3）增强塑料是一种高分子复合材料，它以合成树脂为基础与增强材料如玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维等结合而成的一种增强材料。特点：质地非常轻盈（为钢的1/4，铝的1/2）、坚硬，耐腐蚀等。成形方法：手糊、模压、缠绕成形法。应用：制作交通工具的车门与窗框，仪表盘、内部装饰板、医疗设备的外壳、电机机壳等。(4)特种塑料 又称功能塑料，是指具有特殊功能，能在较高温度（100 200 以上）下工作的塑料，能满足特殊使用要求，如医用塑料、导电塑料等。主要有：聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、有机硅树脂、环氧树脂等。2、3高分子聚合物的力学状态 由于温度和聚合物形变的关系能比较全面的反映高分子运动的状态，因此通过形变温度曲线和特征温度的讨论，可了解热性能与结构的关系。 在线型聚合物中，由于链段热运动程度不同，一般可出现三种不同的力学状态：玻璃态、高弹态和粘流态1)玻璃态 玻璃态相当于小分子物质的固态。在玻璃态时由于温度较低，大分子链和链段都不能产生运动。在外力的作用下，只能使大分子中的原子作轻微的振动，从而产生较小的可逆形变， 2)高弹态 随着温度继续增加，到达玻璃化温度时，聚合物进入高弹态。分子链段获得足够的能量而发生运动产生较大的形变高弹形变，这种形变具有可逆性，在常温下处于高弹态的聚合物，可作为弹性材料使用。3) 粘流态 当温度继续增加达到软化温度时，聚合物进入粘流态，整个大分子链开始运动，产生相对滑移，形成很大的形变，这种形变具有不可逆性，如下图所示。聚合物的粘流态不同于玻璃态和高弹态，它不是一种使用状态，而是工艺状态。 聚合物在各状态的力学行为特征和分子机理如下表所示。聚合物力学三态的分子机理和力学行为特征 三、塑料的成形加工工艺 塑料成型是将树脂和各种添加剂的混合物作为原料，制成具有一定形状的制品的工艺过程。塑料制品性能的优劣，既与塑料品种和产品结构有关，也与成型方法和具体的工艺条件等因素有关。 根据聚合物所处不同力学状态，塑料成型加工的方法可分为三大类： 处于玻璃态的塑料，可以采用车、铣、钻、刨等机械加工方法和电镀、喷涂等表面处理方法； 当塑料处于高弹态时，可以采用热冲压、弯曲，真空成型等热变形加工方法； 把塑料加热到粘流态，可以进行注射成型、挤出成型，吹塑成型等粘性流动加工。 1. 注塑成型（注射成型）原理：利用注射机中的螺杆或柱塞的直线运动，将料筒内已加热塑化的粘流态塑料以一定的压力和速度注入到合模的模腔内，冷却硬化后即成所需的制品。工艺过程：定量加料加热熔融塑化 施压注射充模冷却启模取件。 技术特点： （1）是所有热塑性塑料和部分流动性好的热固性塑料的主要成型方法之一。 （2）能一次成型出外形复杂、尺寸精确和带嵌件的制品。 （3）成型周期短、生产效率高，一般制件只需3060秒可成型。 （4）制品的一致性好，表面质量好。2. 挤出成型 （挤塑成型）1）适用加工对象：热塑性塑料和流动性好的热固性塑料。2）成型原理：使加热熔融的塑料在推力作用下连续通过挤出模的模孔或口模，待冷却定型硬化后而得到各种断面形状的制品。 3）挤出成型的制品有：薄膜、管、板、棒、单丝、中空容器、电线被覆层等。3. 压制成型压制成型主要用于热固性塑料制品的生产，有模压法和层压法两种。（1）模压成型（压塑成型）成型原理：是将定量的塑料原料置于金属模具内，闭合模具，加热加压，使原料塑化流动并充满型膛，同时发生化学反应而固化成型。 成型特点：a. 特别适合成形流动性很差的物料及大面积的薄壁制品。b. 几乎所有热固性塑料都适宜压塑成形。 (2)层压成型 将浸渍过树脂的片状材料叠合至所需厚度后放入层压机中，在一定的温度和压力下使之粘合固化成层状制品，如下图所示。分为连续式层压成型和间歇式层压成型。 层压成型制品质地密实，表面平整光洁，生产效率高。多用于生产增强塑料板材、管材、棒材和胶合板等层压材料。4. 吹塑成型 首先用挤出、注射等方法制出管状型坯，然后将压缩空气通入处于热塑状态的型坯内腔中，使其膨胀成为所需形状的塑料制品。 分薄膜吹塑和中空吹塑成型。用于制造塑料薄膜、中空塑料制品(如：瓶子、包装桶、油箱、玩具等)。(1)薄膜吹塑 薄膜吹塑成型是将熔融塑料从挤出机机头口模的环行间隙中呈圆筒形薄管挤出，同时从机头中心孔向薄管内腔吹入压缩空气，将薄管吹胀成直径更大的管状薄膜(俗称泡管)，冷却后卷取。 薄膜吹塑成型主要用于生产塑料薄膜。(2)中空吹塑 中空吹塑成型是将从挤出机挤出的、处于软化状态的管状热塑性坯料放入成型模内，然后通入压缩空气，利用空气的压力使坯料沿模腔变形 工艺： a.挤出吹塑：用挤出机挤出管状型坯，趁热将其夹在模具模腔内并封底，向管坯内腔通入压缩空气吹胀成型。 特点：制品形状适应性广，特别适合于制造大型制件，制件底部强度不高，有边角料。 b.注射吹塑：分冷型坯吹塑和热型坯吹塑。前者是将注射制成的试管状有底型坯冷却后移入吹塑模内，将型坯再加热并通入压缩空气吹胀成型。后者则是将注射制成的试管状有底型坯趁热移入吹塑模内进行吹胀成型。 特点：注射吹塑制件外观好，重量稳定，尺寸精确，无边角料。 c.拉伸吹塑：将挤出或注射制成的型坯加热到适当的温度，进行纵向拉伸，同时或稍后用压缩空气吹胀进行横向拉伸。主要用于生产饮料用PET瓶及聚丙烯、聚氯乙烯中空制品。 5.压延成型 是利用一对或数对作相对旋转的加热辊筒，将热塑性塑料塑化并展压成一定厚度和宽度的薄型材料。 压延成型产品质量好，生产能力大，多用于生产塑料薄膜、薄板、人造革、壁纸、地板革等塑料制品。 6、 滚塑成型 把粉状或糊状塑料置于模具中，加热并沿两垂直轴旋转模具，使模内物料熔融并均匀散布到模腔表面，经冷却脱模而得制品。 滚塑成型所用模具及设备成本低，可同时生产多个制件，但生产效率较低。多用于生产各种形状的中空塑料制件，如大型容器、汽车零部件、玩具等。7.铸塑成型 铸塑成型又称浇铸成型。将加有固化剂和其他助剂的液态树脂混合物料倒入成型模具中，在常温或加热条件下使其逐渐固化而成为具有一定形状的制品。铸塑成型工艺简单，成本低，可以生产大型制件，适用于流动性大而又有收缩性的塑料，如有机玻璃、尼龙、聚氨酯等热塑性塑料和酚醛树脂、不饱和聚酯、环氧树脂等热固性塑料成型采用。8.缠绕成型 是增强塑料的成型方法之一。成型方法：将浸渍过树脂的连续纤维按一定方式缠绕到一定形状的芯模上至一定厚度制成坯件，在适当的缠绕张力下，按一定规律经固化脱模获得制品的一种方法。成型产品：适用于制作圆筒形、球形、管形等大型旋转体制品9.手糊成型该法是增强塑料成型方法之一，以手工作业为主，其工艺流程如下：工艺流程： 首先在涂有脱模剂的模具上均匀地刷一层树脂，再将按要求剪裁成