第七章-塑料的二次成型PPT课件

.,1,1、什么是二次成型在一定条件下，将板、片、棒等塑料型材通过再次加工成型为制品的方法。,.,2,二次成型是相对于一次成型而言的。有些高分子材料制品由于技术上和经济上的原因，不能够或不适于经过一次成型即取得制品的最终形状，因而需要以一次成型技术的产物为对象，经过再次成型来获得最终制品。,.,3,2、二次成型与一次成型的区别一次成型主要是通过塑料的流动或塑性形变实现造型，成型过程中总伴随有聚合物的状态或相态转变。,.,4,二次成型是在低于聚合物流动温度或熔融温度的“半熔融”类橡胶态下进行的，一般是通过粘弹形变来实现材料型材或坯件的再成型。,.,5,在高分子材料中，橡胶和热固性塑料经一次成型以后，发生了交联反应，其分子结构变成网状或体型结构，遇热不再熔融，也不溶于溶剂。如果加热温度过高，只能炭化。因此，橡胶和热固性塑料是不适于二次成型的。,.,6,热塑性塑料在一定温度下可以软化、熔融流动，冷却后获得一定的形状，再加热又可再软化乃至熔融流动，所以二次成型仅适用于热塑性塑料。,.,7,目前二次成型技术主要包括：中空吹塑成型、薄膜的双向拉伸、热成型以及合成纤维的拉伸。,.,8,第一节二次成型的粘弹性原理,.,9,一、聚合物的物理状态聚合物在不同的温度下分别表现为玻璃态(或结晶态)、高弹态和粘流态三种物理状态。在一定的相对分子质量范围内，温度和相对分子质量对非晶型和部分结晶型聚合物物理状态转变的关系如图所示。,.,10,温度对聚合物的物理状态的影响,.,11,非晶型聚合物在玻璃化温度Tg以上呈类橡胶状，显示出橡胶的高弹性，在粘流温度Tf以上呈粘性液体状；部分结晶型聚合物在Tg以下呈硬性结晶状，在Tg以上呈韧性结晶状，在接近熔点Tm转变为具有高弹性的类橡胶状，高于Tm则呈粘性液体状。,.,12,聚合物在TgTf（m）间，既表现液体的性质又显示固体的性质。塑料的二次成型加工就是在材料的类橡胶态下进行的，因此在成型过程中塑料既具有粘性又具有弹性，在类橡胶态下，聚合物的模量要比玻璃态时低，形变值大，但由于有弹性性质，聚合物仍具有抵抗形变和恢复形变的能力，要产生不可逆形变必须有较大外力作用。,.,13,1、一次成型的温度区粘流温度Tf或熔融温度Tm以上。2、二次成型的温度区无定形高聚物，熔融温度以下，玻璃化温度以上；部分结晶的高聚物，熔点附近。,.,14,3、适合二次成型的塑料适合于Tg比室温高得多的聚合物。因为它们成型的制品要在室温下长期使用，这样才能具有良好的尺寸稳定性。,.,15,二、聚合物的粘弹性形变根据经典的粘弹性理论，聚合物在加工过程中的总形变是由普弹形变、推迟高弹形变和粘性形变三部分组成的。,.,16,对于玻璃化温度Tg比室温高得多的无定形聚合物，二次成型加工是在Tg以上，粘流温度Tf以下，受热软化，并受外力作用而产生形变，忽略瞬时普弹形变，而塑性形变又很小，此时发生的形变主要是推迟高弹形变。,.,17,对于Tg(或Tm)比室温高得多的无定形(或结晶程度低的)聚合物，二次成型通常按下述方式进行：将该类聚合物在Tg(或Tm)以上的温度下加热，使之产生形变并成型为一定的形状；形变完成后将其置于接近室温下冷却，使形变冻结并固定其形状(定型)。,.,18,对结晶聚合物形变过程则在接近熔点Tm的温度下进行。冷却定型过程中产生结晶，不可能再产生热弹性的回复，从而达到定型的目的。,.,19,聚合物在高弹态下表现出弹性和粘性，在加工过程中的形变是在外力和温度共同作用下，大分子形变和进行重排的结果。聚合物大分子在外力作用时与应力相适应的任何形变都不可能在瞬间完成。,.,20,把大分子的形变经过一系列的中间状态过渡到与外力相适应的平衡态的过程看成是一个松弛过程，这过程所需的时间称为松弛时间。聚合物的二次成型加工正是利用松弛过程对温度的这种依赖性，辅以适当外力，使聚合物在较高的温度下能以较快的速度、在较短的时间内经过形变形成所需形状的制品。,.,21,第二节中空吹塑成型,.,22,一、概述中空吹塑是制造空心塑料制品的一种成型方法，它借鉴于历史悠久的玻璃容器吹制工艺，至20世纪30年代开发出塑料吹塑技术。1950年吹塑塑料瓶开始工业化应用，1954年高密度聚乙烯问世以后，大大促进了吹塑成型中空薄壁容器和其它制品的开发应用。,.,23,中空吹塑成型：借助于气体的压力，把在闭合模具中呈热融状态的塑料型坯吹胀形成空心制品的工艺技术。,.,24,根据型坯的生产特征不同，可以分为：挤出吹塑注射吹塑,.,25,挤出吹塑用挤出机制造管状型坯，并把它置于开启的两瓣模具之间，然后闭合模具，封闭型坯的上端及底部，通入压缩空气吹胀型坯，使其紧贴模腔，经冷却后开模即可获得中空制品；,.,26,注射吹塑用注射机先在模具内注射有底的型坯，然后开模将型坯移至吹塑模内、进行吹塑成型，冷却开模脱出制品。,.,27,在工业生产和日用生活中所使用的许多塑料容器和中空制品，都可用中空吹塑方法制造，如贮存酸、碱的大容器，各种各样的塑料瓶和大量用于农业、食品、饮料、化妆品、药品、洗涤产品的贮存容器以及儿童玩具等。,.,28,用作中空吹塑的塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯、聚酰胺等，其中以聚乙烯使用最广泛。凡熔体指数为0.041.12(g/10min)范围内的塑料都是比较优良的中空吹塑材料，大多用于制造包装药品的各种容器。,.,29,低密度聚乙烯主要用作食品包装容器，高密度聚乙烯混合料用于制造各种商品容器，超高分子聚乙烯则用于制造大型桶等。,.,30,聚氯乙烯塑料因透明度和气密性都较好，人们用无毒聚氯乙烯中空制品作食品包装，如包装食用油、矿泉水和其它软饮料；,.,31,聚对苯二甲酸乙二醇酯因透明性好、韧性高、无毒，已大量用于饮料瓶等。近年来，已有些国家正研究开发用改性聚丙烯或聚酯经中空吹塑法生产啤酒瓶以代替玻璃瓶，这样可以有效地保障人身安全。,.,32,用作中空吹塑制品的材料一般应具有下列特性：耐环境应力开裂性；作为容器当与表面活性剂溶液接触时，在应力作用下，应具有防止龟裂的能力；气密性；阻止氧气、二氧化碳、氮气及水蒸气等向容器内外透散的特性；,.,33,耐冲击性。为保护容器内物品，制品应具有从一定高度落下不破不裂。此外，还有耐药品性、抗静电性、韧性和耐挤压性等。,.,34,.,35,二、挤出吹塑1.挤出吹塑工艺过程（1）挤出管坯：将塑料加入到挤出机中塑化成熔融状态，再从机头挤出管坯；（2）当管坯达到预定长度时，迅速闭合模具，夹住管坯，将吹塑头插入管坯一端，管坯另一端被切断；,.,36,（3）从气嘴通入压缩空气，处于可塑状态的管坯被吹胀而紧贴于模腔壁，形成制品；（4）在保持空气压力下进行冷却定型；（5）开模取出制品，切除尾料，对制品进行修边。,.,37,.,38,2.挤出吹塑成型条件的控制（1）管坯温度和挤出速度挤出管坯时，熔体温度应均匀。温度过高，不仅冷却时间增长，而且悬挂于模口的管坯会因自重而严重下垂，引起管坯纵向厚度不均，严重时甚止会丧失熔休强度，难以成型。,.,39,熔体温度过低，由于聚合物的弹性效应使出口膨胀严重，管坯长度收缩，壁厚增大，内应力增加导致表面粗糙，强度下降。,.,40,对于加工温度和螺杆转速的选择，应遵循这样的原则：在既能够挤出光滑而均匀的管坯、又不会使传动系统超负荷的前提下，尽可能采用较低的加工温度和较快的螺杆转速。,.,41,（2）吹气压力和吹气速率管坯的吹胀是利用压缩空气的压力作用而产生的。吹塑过程中应有足够的空气压力，才能使管坯吹胀并紧贴模壁，从而获得清晰的图案花纹。此外，压缩空气也起到冷却作用。,.,42,熔休粘度大的塑料所需空气压力比粘度小的高。厚壁小容积制品可采用较低的吹气压力，由于管坯厚度大，降温慢，熔体粘度不会很快增大以妨碍吹胀。对于薄壁大容积制品，需要采用较高的吹气压力来保证制品的完整。一般吹气压力在0.21MPa范围内。,.,43,吹气速率是指充入空气的容积速率。一般来说，吹气速率越大越好，这样可以缩短型坯的吹胀时间，使制品得到较为均匀的厚度和较好的表面质量。,.,44,吹气速率过大，可能会产生两种不正常现象：一是在空气进口处产生局部真空，造成这部分型坯内陷；二是空气会把型坯在口模处拉断，以致无法吹胀。解决的办法是加大空气的吹管口径，当吹制细颈瓶不能加大吹管口径时，只能降低吹气速率。,.,45,（3）吹胀比吹胀比：吹塑制品的最大外径与型坯的最大外径之比。型坯的尺寸和质量一定时，型坯的吹胀比越大制品的尺寸就越大。,.,46,加大吹胀比，制品的壁厚变薄，虽然可以节约原料，但是吹胀变得困难，制品的强度和刚度变低；吹胀比过小，原料消耗增加，制品壁厚，有效容积减小，制品冷却时间延长，成本升高：一般吹胀比为24。,.,47,（4）模具温度模具温度应保持均匀分布，以保证制品各部分得到均匀的冷却。温度过低，型坯冷却快，形变困难，不易吹胀；,.,48,模温过高，增加制品的冷却时间，成型周期延长，冷却不充分时，制品脱膜后易变形，收缩率大。一般吹塑模温控制在低于塑料软化温度40左右。,.,49,（5）冷却时间和冷却速率冷却时间增加，制品冷却充分可提高制品表面质量，减少脱模后制品的变形，但对结晶性塑料，缓慢冷却会使结晶度与晶粒增大，使制品韧性与透明度降低，生产效率下降。,.,50,通常是在保证制品充分冷却定型的前提下，加快冷却速率以提高生产效率。方法为：加大模具的冷却面积，采用冷冻水或冷冻气体在模具内进行冷却，另外还用液态氮或二氧化碳进行管坯的吹胀和内冷却。,.,51,三、注射吹塑1.注射吹塑的工艺过程注射吹塑工艺过程可分为两个阶段：第一阶段：由注射机在高压下将熔融塑料注入带吹气芯管的管坯模具内成型管状型坯，开模后，型坯留在芯管上，通过机械装置将热管坯与芯管一起转到吹塑模具内。,.,52,第二阶段：闭合吹塑棋具，压缩空气通入芯管，使管坯吹胀达到吹塑模腔的形状，并在空气压力下进行冷却定型，脱模后得到制品。当管坯转到吹塑模具中时，下一管坯成型即开始。,.,53,注射成型管坯与挤出成型管坯不同。注射成型管坯是包裹在芯管上的封闭管坯。,.,54,2.注射吹塑的特点注射吹塑具有如下优点：（1）吹塑制品尺寸精度高，吹塑成型后不需修整后加工，（2）制品的重量偏差小，吹塑周期易控制，生产效率高。,.,55,注射吹塑仅适宜生产批量大的小型精制容器和广口容器，一般能生产的最大容积量不超过4L。注射吹塑容器的形状比较简单，如圆柱或椭圆柱形塑料瓶。,.,56,注射吹塑的中空容器主要用于：化妆品、日用品、医药和食品的包装。注射吹塑加工用塑料品种主要有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯等。,.,57,第三节拉幅薄膜成型,.,58,拉幅薄膜成型是在挤出成型的基础上发展起来的一种塑料薄膜的成型方法。它是将挤出成型所得的厚度为13mm的厚片或管坯重新加热到材料的高弹态下进行大幅度拉伸而成薄膜。,.,59,拉幅薄膜的生产可以将挤出和拉幅两个过程直接联系起来进行连续成型，也可以把挤出厚片或管坯与拉幅工序分为两个独立的过程来进行。但在拉伸前必须将已定型的片或管膜重新加热到聚合物的TgTf（m）温度范围。薄膜的拉伸是相对独立的二次成型过程。,.,60,拉幅成型使聚合物长链在高弹态下受到外力作用沿拉伸作用力的方向伸长和取向，取向后聚合物的物理机械性能发生了变化，产生了各向异性现象，强度增加。所以拉幅薄膜就是大分子具有取向结构的一种薄膜材料。,.,61,目前用于生产拉幅薄膜的聚合物主要有聚酯(PET)、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚偏氯乙烯及其共聚物等。,.,62,当拉伸作用仅在薄膜的一个方向上进行时，称为单轴拉伸，此时材料的大分子沿单轴取向；如拉伸在薄膜平面的两个方向（通常相互垂直）进行时，称