第三章塑料材料与加工工艺制作

1、 塑料及加工工艺塑料及加工工艺 第三章 塑料的工艺特性 任何对塑料产品的讨论都离不开生产制 造的技术问题。许多塑料产品都可以由 多种加工工艺制造而成。选择正确的生 产流程有以下几点标准：产品的形状， 材料的要求，想投资的模具数量和你想 制造的零件数量。注塑的工具投资相当 高，但是单件的价格往往很低。其他的 方法相对较低，但是单件产品价格却较 高。 塑料的工艺特性是指将塑料原料转变为 塑料制品的工艺特性，即塑料的成型加 工性。塑料的成型方法很多根据加工 时聚合物所处状态的不同，塑料成型加 工的方法大体可分为三种： 1、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

2、理方法。 2、当塑料处于高弹态时，可以采用热 压、弯曲、真空成型等加工方法。 3、把塑料加热到粘流态，可以进行注射 成型、挤出成型、吹塑成型等加工。 塑料成型方法的选择取决于塑料的类型 (热塑性或热固性)、特性、起始状态及制 成品的结构、尺寸和形状等。 液态成型类似于金属铸造工艺。在液态 成型中，当加热过的树脂进入模具或在 模具中混合时候，（常是加压状态，） 树脂为液态。在某些工艺中，树脂不会 变为液体而在模具中的时候，热固性塑 料常象面团一样柔软。液态填充型腔时 向液体一样，使得柔顺的零件具有极好 的细部。 塑料成型工艺的基本知识塑料成型工艺的基本知识 塑料制成品性能的好坏，除与所用塑料 的

3、品种、结构以及性能有关外，还与成 型的方法和所采用的工艺条件等因素有 关。 塑料成型加工的特点： 塑料的粘性流动 ：无论是热塑性塑料还 是热固性塑料，其成型都是在流动状态 下进行的。所以，在选择原材料、考虑 成型方法和解决工艺条件时，都必须认 真研究不同品种塑料的流动性问题。 塑料成型过程中的松弛现象和内应力： 在外力作用下，塑料高分子链由原来的 形状过渡到与外力相适应的另外一种状 态，需要一定的时间，形成过程中的这 种现象，称为松弛现象。由于松弛现象 的存在，常会导致成品内部出现应力。 塑料成型过程中的膨胀效应 ：塑料熔体 在成型过程中同时伴有弹性变性发生， 当造成变形的外力去除后，熔体流动

4、造 成的变形有一部分要恢复，这种现象称 为膨胀效应。例如在175-200度温度下快 速挤出聚苯乙烯（PS）熔体时，棒材直 径将可能比模孔直径膨胀2.8倍。 塑料的工艺性能： a) 吸湿性：塑料依据其对水分的亲疏程度，大 致可分为有吸湿或粘附水分倾向的（如尼龙PA、 ABS）和既不吸水又不粘附水分的（聚苯乙烯 PS、聚乙烯PE）两大类。 b) 收缩性：塑料制件从热模中取出冷却至室温后， 其尺寸缩减的特性。塑料的收缩率是模具设计 的一个重要依据。 c) 相溶性：指两种不同品种的塑料，在熔融状态 下能否相混融的性质。一般来说，分子结构相 似的较容易相溶。借助混融方法来改进单一塑 料的性能，合理选择各

5、种添加剂。 塑料制品常用的主要原料和辅助材料 塑料制品常用的主要原料和辅助材料， 一般包括合成树脂和各种添加剂两大部 分。合成树脂是塑料中对各种添加剂起 粘结作用的主要成分，一般占30% 100%，对塑料的基本性能有决定性的影 响。添加剂则是为了改善塑料的某些性 能，以获取更满足使用要求的塑料制品， 而在生产中特意加入的成分。 1）主要原料：最常用的合成树脂有 聚氯乙烯PVC、聚乙烯PE、聚丙烯 PP、聚苯乙烯PS、聚酰胺PA、聚甲 醛POM、酚醛树脂PF和氨基塑料 UF/MF等。出厂时形状：粒状、粉 状、液状、糊状等 2）辅助材料 ：增塑剂、润滑剂、 填充剂、着色剂、发泡剂、阻燃剂、 抗氧剂

6、、抗静电剂等。 塑料制品的一般生产过程 配方设计：根据塑料制品的性能要求进行塑料 各组成分的配方设计。添加不同组分或不同剂 量的添加剂可制造出性能各异的不同塑料制品； 混炼：将树脂与各种添加剂充分混合，制成多 相均态的混合物； 造粒：将混合物塑料加工成便于成型时使用的 颗粒状半成品原料；如聚氯乙烯PVC经造粒后 要求粒料大小均匀，外形尺寸最大不超过3- 4mm； 成型：用不同的成型工艺设备，将半成品加工 成塑料制件。 塑料的成型工艺 塑料成型是将不同形态(粉状、粒状、溶 剂或分散体)的塑料原料按不同方式制成 所需形状的坯件，是塑料制品生产的关 键环节。 1、注射成型 注射成型又称注塑成型（注铸

7、）。是热 塑性塑料的主要成型方法之一。这种工 序使设计师获得彻底的自由，几乎能创 造出想象中的所有形态，并且被应用在 所有塑料产品的制造领域。最初只限于 热塑塑料，现在这种制模工序也可以用 于部分流动性较好的热固塑料的制造上。 其原理是利用注射机中螺杆或柱塞的运 动，将料筒内已加热塑化的粘流态塑料 用较高的压力和速度注入到预先合模的 模腔内，冷却硬化后成为所需的制品。 整个成型是一个循环的过程，每一成型 周期包括：定量加料熔融塑化施压 注射充模冷却启模取件等步骤。在 现代塑料的成型技术中，用注射成型法 生产的制品，约占热塑性塑料制品的20 30，注射成型原理如下图77所 示。 注射机是注射成型

8、的主要设备，按 外形特征可分为卧式、立式和角式 注射机 注塑模具具有一个型腔，它的形状 与需要加工成型的零件形状相反。 熔融的塑料通过模具中心的浇铸口 进入，填满模具。溶液在模具内部 形成中空的形状或者许多孔，如果 该形状位置发生偏心，成型的零件 会被切去一部分。 双色注射是将两种颜料或材料注入同一个模 具中，从而获得两种不同的肌理或颜色。 加工通常占入注塑成型的大部分费用。设 计一个注塑件，设计师应当充分考虑，避免 尖角，并且保持壁厚一致。最麻烦的成型就 是在注塑件上形成切口。可以使用侧向力或 后期处理打磨等拿走注塑中出现切口的零件。 但侧向力减慢了生产周期，并且最终需要维 修，或者更换磨损

9、的模具。 一个工具的其他零件还包括挡板或者顶销， 能将成型好的零件快速的推出，以进行下一 个注塑周期。 注射成型方法有以下优点：高产量，高 制造成本。能一次成型出外形复杂、尺 寸精确和带嵌件的制品；可以极方便的 利用一套模具，成批生产得到尺寸、形 状、性能完全相同的产品；生产性能好， 成型周期短，一般制件只需3060秒可 成型，而且可实现自动化或半自动化作 业，具有较高的生产效率和技术经济指 标。单件成本较低，但是通常需要更高 的前期制造模具成本。 典型用途：电脑机箱，垒高拼装玩具， 塑料餐具。 2、挤出成型（挤压成型） 挤出成型又称挤塑成型，主要适合热塑性塑料 成型，也适合一部分流动性较好的

10、热固性塑料和 增强塑料的成型。其原理是利用机筒内螺杆的旋 转运动，使熔融塑料在压力作用下连续通过挤出 模的型孔或口模，待冷却定型硬化后而得各种断 面形状的制品，其成型原理如图所示。一台挤出 机只要更换螺杆和机头，就能加工不同品种塑料 和制造多种规格的产品。相对注铸而言，成本较 低，但生产上常受限于最低长度的定购量。 挤出模口模的截面形状决定了挤出制 品的截面形状，但是，挤出后的制品由 于冷却受力等各种因素的影响，制品的 截面形状和模头的挤出截面形状并不是 完全相同的。例如制品是正方形型材， 见图71 3(a)，那么，口模形状肯定不 是正方形的孔，见图7-13(b)；如果将口 模的孔设计成正方形

11、见图713(d)，则 挤出的制品就是方鼓形，见图713(c)。 挤出成型是塑料加工工业中应用最早、用 途最广、适用性最强的成型方法。与其他成 型方法相比，挤出成型具有突出的优点：设 备成本低，占地面积小，生产环境清洁，劳 动条件好，生产效率高；操作简单，工艺过 程容易控制，便于实现连续自动化生产；产 品质量均匀、致密；可以机多用，进行综合 性生产。 挤出成型加工的塑料制品，主要 是连续的型材制品，如薄膜、管板、片、棒、 单丝，扁带、网、复合材料、中空容器、电 线被覆及异型材料等。 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。压制成型的 特点是：制品尺寸范围宽，可压

12、制较大的 制品；设备简单，工艺条件容易控制；制 件无浇口痕迹，容易修整、表面平整、光 洁；制品收缩率小、变形小、各项性能较 均匀；不能成型结构和外形过于复杂、加 强筋密集、金属嵌件多、壁厚相差较大的 塑料制件；对模具材料要求高；成型周期 长，生产效率低，较难实现自动化生产。 (1)模压成型 模压成型又称压塑成型。其原理是将 定量的塑料原料置于金属模具内，闭合 模具，加热加压，使塑性原料塑化流动 并充满模腔，同时发生化学反应而固化 成型，图7 1 4为模压成型示意图。模压 成型制品质地致密，尺寸精确外观平 整光洁，无浇口痕迹，但生产效率较低。 是热固性塑料和增强塑料成型的主要方 法，部分热塑性塑

13、料的成型也可采用此 法，如聚四氟乙烯塑料先模压成型再烧 结成制品。 (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，如图7 1-5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 儿童节目中描述大批量生产时，常会提到这种 生产工序，画面上出现塑料管在一个模具中被 充气然后被送到一个环形传输带上的情景。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

14、。分为薄膜吹塑和 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。薄嗅吹塑成 型主要用于生产塑料薄膜。图71 6为薄 膜吹塑成型示意图。 (2)中空吹塑 中空吹塑成型是生产中空塑料制品的方法。 通常有以下几种工艺： 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：制品形状适应广 ， 特别适于制造大型制件，制件底部

15、强度不高， 有边角料。 适合各种工具和手提式机器，化学清洁液等 的大小容器。以及非常大的空心外形，如轿 车的缓冲器和卡车底的地板。 在汽车零件设计中，该工艺所提 高的中空的形状为汽车仪表板的 设计提供了气路和线路，以及在 后挡设计中具有极高的强度重量 比。通常在车挡设计中充满泡沫 以增加强度。吹塑成型车挡的独 特特征是碰撞后迅速的弹回原来 的形状，常常只有轻微的或没有 损害。 Eg 亚克力浴缸。 吹塑又称中空吹塑或中空成型。吹 塑是借助压缩空气的压力使闭合在 模具中的热的树脂型坯吹胀为空心 制品的一种方法，吹塑包括吹塑薄 膜及吹塑中空制品两种方法。用吹 塑法可生产薄膜制品、各种瓶、桶、 壶类容

16、器及儿童玩具等。 B注射吹塑 从字面上的理解，这种工序就是象吹气球一样把塑 料充气成型，而这个形状是由模具的形状决定的。 使用注吹塑的好处是：可以制造微小的产品细节， 甚至是瓶口拧盖子的螺旋线。 分为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)冷却后移吹塑模内，将型坯再加 热并通人压缩空气吹胀成型；后者则是将注射制成 的试管 状有底型坯立即趁热移入吹塑模内连行吹胀成型。 注射吹塑的基本过程如图所示。特点是制件外观好， 重量稳定，尺寸精确、无边角料。 用于生产饮料 瓶和牛奶瓶，消费化妆品，药品， 以及工业容器。最大的用户之一是碳酸饮料工业。 拉伸吹塑：将挤出或注射制成的 型坯加热

17、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。拉伸后制品的透明 度、强度、抗渗透性明显提高。根 据制坯方式，分为注射拉伸吹塑工 艺(图7 1 9所示)和挤出拉伸吹塑工艺。 前者主要用于生产盛饮料用PET 瓶后者多用于生产聚丙稀、聚氯 乙烯中空制品。 注射拉伸吹塑工艺： 可分为一步加工法和二步加工法。 一步加工法是指拉伸吹塑工艺过程中制备 型坯、拉伸、吹塑三道主要工序是在一台 机器中连续依次完成的。 两步加工法指生产过程分两步进行，第一 步制备型坯，型坯经冷却后成为一种待加 工的半成品。第二步将冷型坯进行再加热， 便其达到要求的拉伸取向温度范围，然后 进行拉伸和吹塑。 5

18、、压延成型（轮压） 利用一对或数对相对旋转的加热辊筒， 将热塑性塑料（塑料小圆球）塑化并延 展成定厚度和宽度的薄型材料，常用来 生产厚度为0.05-0.5mm薄膜和0.25-0.7mm 的片材。如图 所示。薄片上的花纹和构 造可以先在滚轮上制作。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、片材及人造革、壁纸、地 板革等。PVC薄片，浴帘和桌布。 6滚塑成型（环铸成型） 被用于制造空心产品，通常进行大规模产品的生产。 它的制造成本较低，是小批量生产的理想工艺手段。 剂量精确的粉末或液体被装进去两部分组成的模具 中。材料用量决定了最终产品的壁厚。模具在加热 的空间中顺着两个轴旋转而

19、过。模具中融化的塑料 在选择的过程中覆在模具内壁上。然后模具被冷却， 最终的产品形成。这个工序的特性意味着最终产品 拥有一致的壁厚。由于这个工序中没有加压程序， 所以并不适用于需要微妙细节处理的部件制作。产 品的外表是模具内壁的复制，而内层的后处理则较 为粗劣。 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，如图所示。 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。车上的（工具）箱， 贮藏桶。 7铸塑成型 铸塑成型又称浇铸成型。将加

20、有固化剂 和其他助剂的液态树脂混合物料倒人成型模 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，如图722所示。 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、搪塑成型 将配置好的塑料糊注入预热的阴撵由， 使整个模具内壁均为该糊所温润附着， 待接触模壁的部分糊料胶凝时，倒出多 余的末胶凝糊料，将模具加热使其中的 糊料层完成胶凝，经过冷却脱模而得制 件。多用于生产中空软质塑料制品。 9醮涂成型 将醮涂用的预热阳模漫入配置好的塑料 糊料或粉料内，

21、一段时间后慢慢提起阳 模，阳模表面便均匀地附上一层塑料， 经过热处理和冷却，从阳模上可剥下中 空的成型制件，用粉末物料醮涂时，先 将粉末物料变为沸腾状态，再将加热的 阳模浸入，此法称为硫化床醮涂法，多 用来制作防护手套、把手、玩具柔性 管等。 10、流延成型 流延成型是生产薄膜的方法之一。将流 动性好的塑料糊料均匀地流布在运行的 载体（如金属滚筒或传送带)上。随即用 适当方法将其固化、干燥然后从载体 上剥取薄膜。此法模具成本低，产品表 面光洁，适合小批量产品的生产。 11、传递模塑成型 传递成型又称传递压铸成型，热固性塑 料的成型方法之一。将热固性塑料原料 在加料空中加热熔化。然后加压注入成

22、型模腔中将其固化成型。与模压成型类 似，但又具有注射成型的特点，如制品 尺寸精确，生产周期短。所用模具结构 复杂(设有浇口和流道)，适合生产形状复 杂和带嵌件的制品。多用于酚醛塑料、 氨基塑料和环氧塑料等热固塑料成型。 12、反应注塑成型 反应注塑成型简称RlM。即有化学反应 的注射成型法；将能发生化学反应的两 种或两种以上液态单体或预聚体按一定 比例混合后，立即注射到模具型腔中， 快速反应而固化成型，冷却脱模而得制 品。反应注塑成垫要求原料应具有较高 活性，能快速反应固化。主要用于聚氨 酯塑料成型 1 3、手糊成型 手糊成型是增强塑料成型方法之一，以手工作业为 主。在涂有脱模剂的模具上均匀地

23、刷层树脂，再将 按要求剪裁成一定形状的片状增强材料(如纤维增强 织物)，铺贴到模具上，然后再涂刷树脂，再铺贴增 强材料，如此重复直至达到所需厚度和预定形状， 然后加热固化，脱模即得制品，如同7 .24所示，成 型时要求铺贴平整、无皱折，涂刷树脂要均匀浸透 织物层并派出气泡。 成型工艺简单，操作方便，不需专用设备，适用性 强，不受形状和尺寸限制，但制品精度低，劳动条 件差，效率低。多用来制作大型物品。也是制作玻 璃钢模型的主要方法。 15、喷射成型 喷射成型是增强塑料的成型方法之一用喷 枪将树脂、肋剂及切断的短纤维同时喷射到 一定形状的捶具上达到一定厚度后固化成 型，如图所示。喷射成型生产效率高，制品