第十章-二次成型.ppt

第十章二次成型 二次成型原理各种二次成型工艺 中空吹塑 薄膜的拉伸 热成型 合成纤维拉伸变形热定型 什么是二次成型 将一次成型所得热塑性型材再次加热至半熔融成型半熔融 即类橡胶态 加工所处温度低于但接近粘流温度Tf 非晶 或熔融温度Tm 结晶 通过粘弹形变而成型原料 热塑性塑料二次成型的方法 中空吹塑 容器薄膜的拉伸 编织袋 捆扎绳 拉伸膜 热收缩膜热成型 薄壳类包装物合成纤维拉伸变形热定型 成品纤维 第一节二次成型原理 一 聚合物的物理状态 二次成型的温度和压力非晶态聚合物 Tg 玻璃状固体 玻璃态 Tg Tf 类橡胶 高弹态 二次加工温度 接近但低于Tf Tf 粘性流体 粘流态 部分结晶聚合物 当M较大时 Tg 硬性结晶状Tg 韧性结晶状 Tm 类橡胶 二次加工温度 接近但低于Tm Tm 粘性流体二次成型温度Tf 非晶态 Tm 晶态 物态 类橡胶 在此温度下处于类橡胶态 有较大弹性 因此加工时必须施加较大的外力 或较长的时间 使产生不可逆变形物态与温度的关系P339图10 1 注意 物态还与M有关 二 聚合物的粘弹性形变 二次成型形变的获得总形变 普弹形变 高弹形变 粘性形变p340式10 1P340图10 2普弹形变 弹性模量很大 形变量很小 键长 键角的变化 瞬间发生 形变很小 ab段 外力撤除 立刻完全回复 cd段 ab段 cd段高弹形变 弹性模量较小 形变量大 是在力作用下 大分子链由卷曲构象转化为伸展构象的宏观表现 链段运动 需要一定时间 在bc段内 bc段 高弹形变 粘性形变 外力撤除 高弹形变逐渐完全回复 de段 回复快慢与温度有关 温度愈低回复愈慢 甚至看不到回复P341图10 3c 室温 粘性形变 即塑性形变 在屈服应力之上才能发生 高分子间的滑移 在bc段内 不可回复二次成型时物料的形变与回复 普弹形变很小 可以忽略 物料处于类橡胶态时粘性形变较小 也可以忽略 注意 增大外力或延长受力时间相当于降低了粘流温度Tf 迫使大分子滑移程度增加 产生不可回复的塑性形变 即在此情况下粘性形变增大 所以其形变即为 高弹形变 而高弹形变的回复与温度有关 对于Tg 室温的无定形聚合物例如PS PC 二次成型后在室温附近冷却其形变被冻结而使形状固定 对于部分结晶聚合物例如PE PP 冷却时结晶部分结晶 而使形状固定 Tg Tg 变形 回复 图10 3 三 成型条件的影响 温度对形变大小和稳定性的影响二次成型温度 对无定形料为接近但低于Tf略高于Tg影响残余形变 有效形变 即加工后获得的形变 的因素 模具温度 冻结形变时的模具温度低 残余形变大成型温度 成型温度高 残余形变大 原因 成型温度提高 粘性形变增加 收缩温度 是指将制品加热 加热后制品形变的回复加快 即收缩了 收缩温度提高 残余形变减少 收缩温度相同时 成型温度愈高 残余形变愈大 因此提高成型温度可使制品获得强的抵抗热收缩的能力 也就是制品形状稳定性好 也就是可以在较高温度下使用 见P342图10 4 第二节中空吹塑成型BlowMolding 什么是中空吹塑成型 用气体吹胀模内的类橡胶态型坯成为中空制品中空吹塑成型的制品 各类容器中空吹塑成型工艺 注坯吹塑 挤坯吹塑 热坯吹塑 用得多 与冷坯吹塑一 注射吹塑 先注射有底型坯 然后移入吹塑模内吹塑1 无拉伸注吹工艺过程 注射 移入吹塑模 吹塑 空气保压 冷却定型 开模P343图10 5制品 大批量生产小型容器优点 壁厚均匀废料少 适用于多种塑料 可成型难以用挤吹成型的塑料 缺点 要用注吹两套模具 成型周期长 因为注坯温度高 不能生产形状复杂及大型制品 因为注坯内应力大 2 注拉吹工艺过程 注射 冷却 移入加热槽加热 移入拉伸吹塑模 轴向拉伸 横向吹塑 空气保压 冷却定型 开模P343图10 6所得制品为双轴拉伸取向 强度得到提高 拉伸比 吹胀比为2 3注拉吹制品性能好 如透明度 冲击强度 硬度注拉吹制品较薄 从而节约原料约50 图10 5 图10 6 图10 7 二 挤吹工艺过程 挤出管坯 合模 模具切口将管坯切断 吹塑 空气保压 冷却定型 开模P344图10 7优点 生产率高 型坯温度均匀制品强度高 设备投资少 制品式样多挤吹方法 单层直接挤吹 多层共挤吹 挤出 蓄料 压坯 吹塑 挤拉吹1 单层直接挤出吹塑 挤吹 工艺过程 挤出管坯 合模 模具切口将管坯切断 吹塑 空气保压 冷却定型 开模P344图10 72 多层共挤吹与单层挤吹的区别 挤出管坯部分不同 要用挤多层管坯的机头 例P345图10 8挤三层技术关键 层间黏结强度 提高黏结强度的方法 各层原料中加入黏结组分 增加黏结中间层多层共挤吹的目的 制阻隔性好的容器用于药品食品化妆品等3 挤出 蓄料 压坯 吹塑蓄料的目的 制大型中空容器带蓄料缸的吹塑机P345图10 9 图10 8 三 中空吹塑工艺过程的控制影响中空吹塑制品质量的工艺因素 型坯温度 吹塑模温度 充气压力 充气速率 吹胀比 拉伸比 冷却时间1 型坯温度型坯温度对形状稳定性的影响 型坯温度 熔体黏度 形状稳定性 离模膨胀效应 型坯温度 型坯长度收缩壁厚增大型坯温度对制品光洁度和接缝强度的影响 型坯温度 光洁度和接缝强度 所以在不太严重影响形状稳定性的情况下使用较高的型坯温度2 充气压力和充气速率充气压力 由半熔融态型坯黏度 模量而定 模量 压力 为0 2 0 7MPa 压力大小还与制品厚度和容积有关 厚度 容积 压力 压力应保证外形 花纹 文字清晰体积流率与气流速度 体积流率大 吹胀时间短 壁厚均匀表面质量好 但气流速度不能太大 为此可加大吹管直径3 吹胀比 是制品尺寸与型坯尺寸之比 为2 3倍 吹胀比大 材料节约 但壁薄 成型困难 制品强度降低 吹胀比小 耗用材料多 成本高4 吹塑模具温度 成型时 吹塑模具温度由塑料种类而定 Tf或Tm高者 吹塑模具温度高吹塑模具温度过低 会使吹胀前过早冷却 导致吹胀困难 吹塑模具温度过高 吹胀后冷却时间长 生产效率低5 冷却时间冷却时间影响外观质量 性能 生产效率冷却时间 制品外形好 表面花纹文字清晰 脱模后 变形小 收缩率小 但生产效率 对结晶型塑料 冷却时间 结晶度 韧性 透明性 若要缩短冷却时间 可使用冷却介质 第三节拉幅薄膜成型 什么是拉幅薄膜成型 是在挤出 或压延 成型基础上的高弹态下拉伸的二次成型方法拉幅用材 1 3mm厚片或管坯单向拉伸与双向拉伸单向拉伸用于打包带 捆扎绳 编织袋 编织袋制作过程复杂 有被无纺布制袋替代之势 纸塑复合编织袋制作过程复杂而且不利于回收再利用 有被FFS重包装袋替代之势 目前国内大都使用PP编织袋和纸塑复合编织袋作为重包装袋 重包装袋用于包装塑料原料 化肥 饲料 大米和谷物等 包括PP编织袋和纸塑复合编织袋以及FFS重包装袋 FFS重包装袋 是共挤PE包装袋 它用于全自动的成型 Form 填充 Fill 密封 Seal 包装系统 也被称为FFS袋 FFS袋的优点 容易制作 容易封口 强韧 利于回收再利用 FFS袋的原料为LLDPE和LDPE 双向拉伸用于高强度膜 热收缩膜 制复合膜平膜法与管膜法 平膜法薄膜厚度均一 强度高 管膜法主要用于制热收缩膜平膜法分为单向拉伸和双向拉伸 双向拉伸分为先纵后横 易实施 先横后纵 纵横同时三种 管膜法都是双向拉伸 一 平挤逐次双向拉伸薄膜的成型常用先纵后横法P349图10 12工艺过程 原料PP 塑化挤出厚片 冷却辊急冷 预热辊至拉伸温度 拉伸辊纵向拉伸 冷却 拉幅机横拉 预热 横拉伸 热定型 冷却 切边 卷绕得双向拉伸膜1 厚片急冷目的 使拉伸料为无定形 无定形的拉伸温度低 如PP急冷则来不及结晶成为无定形方法 转鼓内通冷却水 冷却后结晶 微晶 度 5 厚片厚度 12 16倍拉伸膜厚度2 纵向拉伸单点拉伸与多点拉伸 多点拉伸质量好应用多 点 是指两个不同转速的辊筒纵向拉伸装置 预热辊 拉伸辊 冷却辊预热辊温度 过高则粘辊甚至包辊影响表面质量或不能拉伸 过低则冷拉 厚度不均而且影响横拉冷却辊作用 使结晶迅速停止 纵拉后结晶度10 14 张紧厚片以免回缩 冷却辊温度在聚合物玻璃化温度或结晶最小速率温度附近3 横向拉伸横拉前预热 预热温度稍高于Tg或在Tm附近横拉设备 拉幅机 有夹子夹住两边 拉伸比通常小于纵向的 横拉后结晶度20 30 4 热定型和冷却热定型与拉幅机之间有缓冲段 作用 防止热定型较高温对横拉伸的影响 热定型温度 比最大结晶速率高10 膜宽稍有减少 在紧张状态下进行以防自由收缩 热定型的目的 消除内应力 减少存放和使用时的收缩率热定型后冷却至室温 冷却后的结晶度40 42 5 切边和卷取 图10 12 二 管膜双向拉伸薄膜的成型工艺过程 管坯成型 挤出机挤出 冷后管坯温度Tg Tf m 夹辊 加热 双拉 吹胀为横拉 夹辊12为纵拉 夹棍 热处理 在紧张力下即在一定空气压力下 空冷 折叠 切边 卷绕P350图10 13管膜法优点 设备较简单 红外线加热 但膜厚不均 强度较低热收缩膜 平膜法 管膜法 以管膜法为多 取消热定型工序即可得热收缩膜 图10 13 第四节热成型 什么是热成型 以热塑性片材为原料 加热后施压 抽真空或压缩空气或机械压力 定型的二次成型方法制品 各类薄壳制品 用于包装 日用品 工业品特点 成型压力低 模具材质要求低 制品面积大 制品后加工多一 热成型的基本方法 真空 压缩空气 可助以柱塞拉伸 对模 双片 1 差压成型 真空成型 加压成型真空成型 片材夹在模具 阴膜 上 加热 移开加热器 真空成型 冷却 后加工 制品P352图10 14加压成型 片材夹在模具 阴膜 上 加热 移开加热器 压缩空气成型 冷却 后加工 制品P352图10 15制品特点 制品光洁 透明性不变 片材与模具贴合愈迟则厚度愈小 如底部 模具 阴模 也可不用模具而用真空柜 制品为拱顶状P352图10 16 抽真空 17 加压 真空成型 加压成型 无模具真空成型 无模具加压成型 图10 14 图10 15 图10 16 图10 17 热成型制品 2 覆盖成型成型方法 片材夹在框架上 加热 移开加热器 移动 液压法 模具 阳模 使与热片接触或移动 机械法 框架使热片与模具 阳模 接触 真空成型 冷却 后加工 制品P353图10 18制品特点 制品光洁 与模具先接触的顶部厚度最大 而侧面厚度小 与差压成型相反 侧面有成型时拉伸留下的条纹 图10 18 3 柱塞助压成型目的 使制品厚度均匀 克服差压成型底部薄 覆盖成型侧面薄的缺点方法 在抽真空或压缩空气加压前先用柱塞对热片拉伸 所用模具为阳模 柱塞冲热片速度快些好 待抽真空或充压缩空气后柱塞立即退回柱塞助压真空成型P353图10 19柱塞助压气压成型P353图10 20气胀柱塞助压真空成型P354图10 21 在柱塞冲击热片前先充压使热片上凸 可制得厚度更均匀制品 用于大型深制品气胀柱塞助压气压成型 在柱塞冲击热片前先充压使热片上凸 可制得厚度更均匀制品 用于大型深制品 柱塞助压真空成型 柱塞助压气压成型 图10 19 图10 20 4 回吸成型可制厚度均匀 形状复杂制品方法 用阳模 热片与阳模接触前为泡拱状物真空真空回吸成型P354图10 22气胀真空回吸成型P354图10 23 与上述不同之处是热片上凸推气真空回吸成型P355图10 24 阳模前进使热片成泡拱状 真空真空回吸成型 推气真空回吸成型 气胀真空回吸成型 图10 22 图10 23 图10 24 5 对模成型制尺寸正确结构复杂制品方法 使用一对配对单模P355图10 256 双片热成型 制中空制品 方法 两片片材加热 吹针吹气并同时抽真空P356图10 26二 热成型设备和模具分批进料 三段 装卸 加热 成型 轮转机P356图10 27 原料多为厚片 制大型制品 也可制小型制品 连续进料 原料为薄片料卷P356图10 28制小型制品 分批进料 三段 装卸 加热 成型 轮转机 连续 进料 图10 27 图10 28 二 热成型设备和模具 续 1 加热冷却系统片材 电热 红外线 烘箱 厚片预热 加热器温度350 650 与片材距离8 30cm模具 水 金属模具 红外线与风冷 非金属模具 成型时模具温度45 75 制品冷却 内冷 模具 外冷 空气 水雾 成型后要尽快冷却2 夹持系统 夹持均衡有力且可调 气密性好3 真空系统 抽气速率要大4 压缩空气系统 除用于成型外 还用于脱模 机件动作动力5 模具模具较简单 材质要求低模具设计要考虑的问题 引伸比 宽深比 0 5 1 1 引伸比愈大成型愈难角隅 要有足够大的弧度 以免制品减薄和应力集中斜度 足够 0 5 4 以利脱模 阳模斜度大于阴模的加强筋 需要时设置抽气孔直径与位置 大小适中 小于片厚的1 2 0 5 1mm 均匀分布制品的收缩率0 001 0 04制品厚度分布 侧厚底薄选阴模 反之选阳模 三 热成型工艺及工艺条件工艺过程 片材准备 夹持 加热 成型 冷却 脱模 后处理1 加热加热至多少温度 呈高弹态 比成型温度稍高 因工位转换会散热 使容易变形伸长 又保证有足够大的拉伸强度温度低则制品轮廓不清晰 尺寸稳定性差 温度高则降解深度大则温度要高片材愈厚加热时间愈长加热时要均匀升温 各处温度要一致 厚片可双面加热2 成型要求 壁厚均匀影响壁厚均匀度的因素 拉伸程度不同 拉伸速度 含抽气 充气速率 模具 夹持框和预拉伸柱塞移动速度 快速拉伸时因来不及流动导致制品凹 凸部分过薄 慢速拉伸时因片材降温而变形能力下降可使制品有裂纹快拉时要求温度高 薄型片材因冷却快要快拉3 冷却脱模人工冷却可缩短成型周期 分为内冷和外冷冷却到变形温度以下才能脱模 否则脱模后变形大冷却速率 不能过大 否则制品有内应力 在制品拉伸区域若冷却太快会出现微裂纹热成型容易脱模一般不需要脱模剂 第五节合成纤维的拉伸 熔融纺丝和溶液纺丝 干法 湿法 所得初生纤维必须经后加工 拉伸 变形和热定型 才能成为成品纤维一 拉伸的目的和作用纺丝时得初生纤维 虽经拉伸但拉伸不足 取向度结晶度低 强度低伸长率大易变形 必须后加工后加工为拉伸 变形和热定型 拉伸和热定型是必经工序拉伸使大分子取向结晶 分子间力增加 强度等性能显著提高热定型消除纤维内应力 使尺寸稳定性提高 进一步改善机械物理性能 使拉伸 卷曲效果固定住 拉伸过程中纤维结构与性能的变化 取向度的提高非晶态高聚物拉伸后形成大尺寸取向 拉伸温度较低时则形成小尺寸取向 晶态高聚物拉伸后球晶发生形变形成新的取向态的折叠链结构 对于UHMWPE通过特殊纺丝 拉伸后形成分子链沿拉伸方向取向的完全伸直链晶体结构 成为高强度纤维 结晶的变化 有三种情况 非晶态高聚物拉伸后仍为非晶态 例如PS 晶态高聚物拉伸过程中进一步结晶而使结晶度 例如PET 晶态高聚物拉伸过程中原结晶结构被部分破坏而重建结晶结构 导致结晶度 或 例如PP在T高时结晶度 而在T低时结晶度 二 拉伸过程进行的方式拉伸可紧接纺丝工序 当纺丝速度与拉伸速度相差悬殊时则分开拉伸可一次完成 但有时要分几次拉伸 总拉伸倍数 拉伸1 拉伸2 总拉伸倍数 熔纺3 7 湿纺8 12 冻胶纺几十倍拉伸方法取决于纤维品种和纺丝方法 有下列三种 干拉伸 纤维在空气中 室温拉伸 适用于Tg在室温附近的初生纤维 热拉伸 适用于Tg高的 拉伸应力大的 长丝 纤维 蒸汽浴拉伸 纤维在蒸汽中 适用于Tg大 拉伸应力大 拉伸倍数高的 短 纤维 热及水分子使纤维拉伸应力下降 湿拉伸 纤维在液体介质中 液浴法 喷淋法 用于纤度较粗的短纤维 可能有传质或化学反应 传热传质快高速纺见P267得预取向丝 POY 超高速纺得完全取向丝 FOY 不必拉伸 直接用于变形纱加工高速纺可与拉伸联合 纺丝与拉伸一步进行 制全拉伸丝 FDY 热定型 纤维在高于Tg的适当温度下停留一定时间 使某些链间联结点得到舒解和重建 使不稳定结构变为稳定结构 从而制得性能稳定的成品纤维 热定型目的 提高纤维的形状稳定性 进一步改善纤维的物理机械性能 改善纤维的染色性能 热定型方法 分在紧张下 和非紧张下 控制张力 纤维略伸长 并产生新的高弹形变 定长 纤维定长 并让高弹形变转变为塑性形变 部分收缩 纤维有一定收缩 但保留部分高弹形变 松弛 纤维收缩 高弹形变几乎全部松弛回复 内应力消除 按加热方式分 干热空气定型 接触加热定型 水蒸气湿热定型 浴液定型 热定型温度的选择 通常比Tg高20 100 低于Tm 与湿度有关 热定型温度 纤维或其织物的最高使用温度 应使动力学平衡在短时间内达到 受物质的热稳定性限制 与热定型时间有关 温度越高 时间越短 同时最佳热定型时间的范围越窄 热定型时纤维结构的变化 结晶结构的变化 松弛热定型 结晶度 T 结晶度 紧张热定型 结晶度不变或增加较慢 取向结构的变化 松弛热定型 取向度 T 取向度 定长热定型 取向度不变 定张力热定型 取向度 三 合成纤维的后加工 合成纤维品种不同 后加工稍有不同 但拉伸和热定型是必须的 熔纺纤维的后加工 长丝的后加工 拉伸 加捻 加弹 假捻变形 网络 短纤维的后加工 包括集束 拉伸 定型 卷曲 上油 切断和打包整个工序 以下是熔纺涤纶短纤后加工 工艺流程P361图10 30 1 集束将熔纺所得放在盛丝桶的初生丝 集束成大股丝束 当为溶纺中湿法纺丝时 如腈纶短纤 无集束工序 拉伸与纺丝连续进行2 拉伸拉伸一次 在前后两组辊筒 五辊 之间进行 若拉伸两次要三组辊筒 涤纶短纤拉伸总倍数为4 5在加热下进行拉伸 涤纶短纤第一道拉伸 60 70 热水喷淋或油浴 第二道拉伸 150 过热蒸汽拉伸时要上油 纺丝得初生纤维时也要上油 至少一次 油剂为专门配制 由矿物油 高级脂肪酸 脂肪酸酯 非离子表面活性剂 阴离子表面活性剂 水等组成 使纤维平滑柔软抗静电3 卷曲目的 增加抱合力 使可与棉毛混纺 改善手感 增加弹性 消光方法 热空气 热水 蒸汽 化学药品 机械方法 机械法效果较差4 热定型目的 消除纤维内应力 使尺寸稳定 使拉伸卷曲效果固定住方式 张力下进行 定张力或定长 或无张力下进行 松弛热定型 5 切断切短以适应与棉毛混纺 短纤维拉伸 图10 30 长丝的后加工与短纤后加工不同 不能以大股丝束进行 要以一缕缕丝 丝条 进行熔体直接纺丝锦纶长丝后加工流程P362图10 31长丝要加捻 初捻 拉伸加捻 复捻 工序 初捻 拉伸 加捻 复捻 热定型 络丝 分级 包装 长丝的后加工 拉伸加捻 拉伸加捻流程 1 筒子架2 卷绕丝筒3 8 导丝棒4 喂入辊5 上拉伸盘6 加热器7 下拉伸盘9 钢领10 筒管11 废丝轴12 钢丝圈 POY丝假捻变形 利用纤维的热塑性 经过 变形 和热定型而制得的高度卷曲蓬松的弹力丝 加捻 热定型 解捻三个过程在同一台机器上完成 POY丝假捻变形 第六节合成纤维网络丝 交络丝 和空气变形丝ATY的加工 均为长丝经喷嘴在压缩空气作用下加工而成目的 消光 改善手感网络丝 以15 100根很细的单丝合并成的复丝 在网络器内用压缩空气将丝条吹松 并使它们相互旋转 扭合成为一种网络形 称为网络丝 这种丝的强力高 织造时不需加捻上浆 染整时可不用退浆处理 故又称为 免浆丝 用网络丝制成的织物仿毛感好变形丝 经过变形处理 如强捻 假捻 非伸缩变形等 的丝或纱线称为变形丝 如强力锦纶丝空气变形丝又称ATY 是一种化纤长丝 它是利用压缩空气在喷嘴内对化纤长丝作喷气变形并使局部形成小圈 可以使小圈断裂后形成若干头端露出在外 从而接近用短纤维按常规法纺出的 纱 涤纶 丙纶 锦纶 粘纤 醋纤等都有空气变形丝 空气变形丝用于制作绢纺 仿棉或仿毛织物 一 网络丝加工对象 原料 长丝预取向丝 POY 网络加工 后加工时拉伸时不易引起断头 毛丝 松圈丝拉伸丝 变形丝 网络加工 网络丝 可直接上机织造 省去并丝 加捻 上浆等工序 织物毛型感强 消光 不起球1 网络生成原理单丝在网络器中振动 一部分丝S捻另一部分丝Z捻 加捻是使纱条的两个截面产生相对回转 这时纱条中原来平行于纱轴的纤维倾斜成螺旋线 对短纤维来说 加捻主要是为了提高纱线的强度 而长丝的加捻既可以提高纱线的强度 又可产生某种效应 纱线加捻的多少以及纱线在织物中的捻向与捻度的配合 对产品的外观和性能都有较大的影响 加捻性质的指标有 表示加捻程度的捻度 捻系数及表示加捻方向的捻向 捻度 纱丝加捻角扭转一圈为一个捻回 纱线单位长度内的捻回数称捻度 我国棉型纱线采用特数制捻度 即用10cm纱线长度内的捻回数表示 精梳毛纱和化纤长丝则采用公制支数制捻度 即以每米内的捻回数表示 此外 还有以每英寸内捻回数表示的英制支数制捻度 捻系数 捻度不能用来比较不同粗细纱线的加捻程度 因为相同捻度 粗的纱条其纤维的倾斜程度大于细的纱条 在实际生产中 常用捻系数来表示纱线的加捻程度 捻系数是结合线密度表示纱线加捻程度的相对数值 可用于比较不同粗细纱线的加捻程度 捻系数可根据纱线的捻度和纱线的线密度计算而得到的 捻向 捻向是指纱线加捻后 单纱中的纤维或股线中单纱呈现的倾斜方向 它分Z捻和S捻两种 加捻后 纱丝的捻向从右下角倾向左上角 倾斜方向与 S 的中部相一致的称S捻