模具塑料成型工艺

1、塑料成型工艺C A I课件吉林大学珠海学院机电系57 几种制品的挤出工艺 已如51节所述，凭惜挤出工艺成型的制品是多种多样的，每一种制品所牵涉的工艺和技术都各具自己的特点，有比较简单的，如管、棒等；也有比较复杂的，如薄膜、异型材等。这里只简单地叙述其中几种较为重要的几种制品的挤出工艺和所需的设备，其余则可类推。591管材的挤出 挤出管材所用的设备有挤出机、机头、定型装置、冷却榜、牵引设备和切断设备等。其中除挤出机的叙述已见于前几节外，其余设备和操作均分见于后。不过在此值得一提的是对挤出机大小的选择。作为一般逼则，在挤压圆往形聚乙烯制品(管、棒等)时，口模通道的截面积应不超过挤出机料筒截面积的4

2、0。挤压其它塑料时，则应采用比此更小的值。 1 机头和口模 用于挤出各种热塑性塑料管树的机头，大体上可以分为偏移式和直通式两类。前者只用于对内径尺寸要求液确的生产，一段很少采用，用得最多的是后者。团522所示的是一种直通式机头。挤出机挤出的熔融塑料进入机头由芯棒及口模外套所构成的环隙通道流出后即成为管状物。芯棒与口模外套均按制品尺寸的大小而给出其相应尺寸口模外套在一定范围内可通过调节螺桂作径向移动，因此挤出的管状物的壁厚即可得到调整。 这里必需注意的是，机头在长时间的工作中或由于不正确的温度控制面使塑料局部过热分解，或由于壁厚调节不当而使流道出现死角，从面就能造成型料在机头内表面上发生结垢。此

3、外，还可能由于其它一些原因而使塑料熔体在流道内出现不均匀流动，致使芯棒受到不均匀的应力，并且在垂直于挤出方向上受到推动，这样移动就会使制品的壁厚不均。如果想再调整螺校进行调整，则死角又会扩大，塑料的分解仍然出现。所以对于多脚架的强度以及它和芯棒的联结方式，都必须给予考虑。调节螺栓的数量取决于口模的直径，可以是3h 4或6个。 为求得机头内流道的通畅，流道必须呈流线型而且应十分光滑，有时还要求镀铬(对聚氯乙烯尤其需要，因为可借以防止化学腐蚀)，以便提高管材表面质量。 所有的直通式机头都需要用多脚架来支承芯棒。但是，多脚架的筋必会使通过的料流引起如图523历示的合流痕迹，从质量角度来看*这是不能忽

4、视的 造成合流痕的原因可从图524所示流动情况得到说明。料流通过多胸架时，靠近多脚架筋的地方的料所受的剪切员高，通道中心处的料则反是，因受应力而发生弹性变形部分，如果在以后得不到凹复的机会，则在产品中就显露出一条可见的料线或纵向裂纹。为了防止这种现象，在机头结构的设计。亡所能采取的方法可以是多种多样的。通常是减少多胸架筋的数量、长度或(和)厚度，但这是有限的。一种有效的方法是延长口模乎直部分的长度和增大多脚架与出料口的距离，以便由多胸架分成股的料流能在挤出前得到应有的松弛而正确的熔接。 机头中、口校干直部分足使焙态塑料形成产品形状的部分。表面上看来，挤离口模的管状物的壁厚应该等于平直部分通道的

5、厚度，实际上却不然。离开口模的管状物*一方面由于牵引和收缩的关系，其截面积常会缩小，而另一刀而则由于应力的解除会使其出现弹性回复，从彻发生膨胀，这种膨胀与收缩均与塑料的性质和采用的工艺条件有关。显然，这种情况在挤出其它制品时同样也会发生。对膨胀和收缩的问题虽在等温等压下可以计算，但实际情况远不是等温等压的，因此在设计口模时一般都凭经验解决*通俗都将芯棒和通道的直径放大，以便用牵引的快慢位制品达到规定的尺寸。不过牵引也不能过快，不然会在制品中引起分子定向，从而削弱制品的爆破强度。 挤压聚氯乙烯管材时，通道和芯棒的直径分别地应比所制管材规定尺寸次5左右，挤压高密度聚乙烯管材时则应放大10。为了使机

6、头具有足够的压力，而使所挤塑料得到压实并从而消除多胸架历造成的合流痕，乎宣部分还必须有一个合适的长度。常用的方法尼使乎直部分的长度和口模经隙保持一定的比例。按照所用挤出机和塑料的种类以及产品规格的不同，乎直部分的长度也不一样。就挤管的机头来说，通常所取平直部分的长度为壁厚的10一30倍。熔体粘度偏大时取的值偏小，反则反是。 2 定型 挤出的管状物首先应通过定型装置，以使它因冷却变硬而获得定型。为了获得具有光洁度高、尺寸准确和几何形状正确的管材，进行有效的冷却是至为重要的定型方法一般有外径定型和内径定型两种外径定型是在管状物外壁和定径套内壁紧密接触的情况下进行冷却而得到实现的。保证这种紧密接触的

7、措施是从设在多脚架的一个支架和芯棒内的连通孔向管状物内部通入压缩空气，并在挤出的管涡或管内封塞，使管内维持比大气压力较大而又恒定的压力。此外，也有在套管上沿因而上钻一徘小孔而用真空抽吸使管状物紧贴套管的。 内径定型的方法如图525所示。这种定型方法是将定径套的冷却水管从；芯棒处伸进，所以必须使用倔移式机头用内径定型所制得的督材内壁较为光滑。不管所用的定径套是外径套还是内径套，其尺寸目前大多还凭经验确定。对外径定型来说，定径套的长度一般取其内径的三倍。定径套的内径应略大于管树外径的名义尺寸，一般不大于z毫米。比较起来，外径定型结构铰为简单、操作方便，我国目前普遍采用的均为这一种。3 冷却 用作冷

8、却的装置常用的有冷却槽和喷淋水箱两种。冷却槽迥常分为2、4段，借以调节冷却强度。冲却水一般是从最后一段迥入冷却枪的，而后再使其逐次地一段一段前进，也就是使水流方向与挤出的管材的运动方向逆向而行。这样就能使管材冷却得比较缓和，内应力就比较小。冷却槽长度一般为15一6米。由于冷水稻中的上下层水温不同，管材在冷却过程中有可能发生弯曲。此外管材在冷水槽中是受有浮力的，所以这对冷却中的管材也有使之弯曲的可能，尤以大型管材为甚。采用沿管材圆周上均匀布置的喷水头对挤出管材进行喷淋冷却，常能减少管于的变形。 4 牵引 常用牵引挤出管材的装置有滚轮式和屁带式两种。对这类装置均要求它们具有较大的夹持力，并且能均匀

9、地分布于管材圆周上。此外，牵引速度必须十分均匀，而且应能无级调速。以上这些要求，无非是保证所挤管材的尺寸Q匀和提高其机械强度。牵引速度一般在2米分、6米分，也有高达10米分的。显然，牵引速度是依赖于挤出速度的。挤出速度过快时常会造成塑料混合不均和料流出现脉动现象。5 操作 挤管所用的料，尤其是聚乙烯，大多至灰色或黑色，这因为其中加有碳黑，借以提高所制管材的耐候性能。碳黑是容易吸湿的，因此所用的料必须在挤压前进行干燥，否则制品表面就比较粗糙。挤压管材所取的料温比挤压其它制品(除吹塑薄膜外)均低。原因是：(1)挤离口模时的塑料粘度大，有助于准确定型；(2)减轻冷却系统的负荷以便于提高产率。对聚氯乙

10、烯来说，还可减少降解的可能。挤出硬聚氯乙烯的料温约为175，聚烯烃约为200。 挤出管材时出现的问题，所产生的原因和解决的方法见附录表8。 572吹塑薄膜的挤出 图526为生产吹塑薄膜的一种装置示意图。塑料熔体由环隙形口模挤成薄壁管状物后，即被牵引装置牵引上7I(少数也有水平向或向下引出的)，至一定距离后通过矛向夹板而被引辊夹拢。所笛管状物在离开口模和被央拢的一段距离内须由芯捧中心孔引进压缩空气将它吹胀成泡状物，并以压缩空气的压力来控制泡状物的壁厚泡状物一股是由空气来冷却的，冷却后的泡状物就由一组央持辊引出并展乎。根据所制薄膜的要求，在生产中还须相应地加设破缝、折叠、表面处理卷取等装置。 吹塑

11、法广用于生产聚乙烯和聚氯乙烯等塑料薄膜，这是因为它比其它方法具有如下的优点： (1)设备紧凑，致使对单位产率所需的投资少。 (2)通过控制泡状物中的空气容量和挤出机螺杆的转速即能比较容易地在适当范围内调整薄膜的宽度或(和)原度。 (3)投有平口模挤出薄膜的边缘影响，免去整边的装置和减少废料的损失。(d)薄膜在成型过程中经过了双轴定向，因此薄膜的强度较高。用这种方法的缺点是： (I)由于冷却速度一般倘小制得薄膜的透明度较差。 (z)薄膜的厚菠倘差较大1 挤出机通常都采用单螺杆挤出机，其大小随所制落膜的宽度和厚度而定。笛出机的产率一般是受冷却和牵引两种速率控制的。薄而窄的薄膜，如用大机生产，则在快

12、速牵引下的冷却是不很容易的。相反，厚而宽的薄膜，如用小机生产，势必使塑料处于高温的时间过长，对其质量的损害就大，同时在产率上亦不符合要求，所以一种挤出机只能适用于生产少数几种规格的制品。 2 机头和口模 用为吹塑薄膜的机头类型主要有转向式的直角型和水平向的直通型两大类。两大类的结构与挤管用的相仿，也都备有芯棒和口模外套由于直角型机头易于保证口模唇部各点的均匀流动而使薄膜厚度波动减少，所以工业上用这类机头后多*直通型特别适用于熔体粘度较大和热敏性的塑料。直角型机头由于有料流转向的问题，因此在设计中应该设法不使近于笛出机一例的料流的速度大于另一例。在这一方向，用底部进料的机头(图527)当比用侧而

13、进料的(图528)好。不过当模口尺寸大于20厘来时，塑料熔体对模芯底部的推力就很可观，此时即需改用侧而进料的直角型机头。 此外，为使薄膜的厚度波动在卷取薄膜辊上得到均匀分布，常有采用所谓旋转机头的。此种机头事实上仍然是直角型机头，不过它的芯捧或模套是可以旋转的旋转速度大致为每5分钟12转。由于芯棒或模套的旋转，薄膜厚落不均处既不会集中在一点，这就会改善薄膜卷取和印花等工序。使用带螺旋芯棒的机头(如图529所示)具有出料均勺，脱厚易于控制消除熔接痕的特点。但由于流道结构复杂，汉适用于加工聚乙烯絮丙烯这类镕磁粘度较小又不易分解的塑料 口模缝隙的宽度和平直部分的长度与薄膜厚度是有一定关系的。通常吹塑

14、oo 3、o05毫米厚的薄膜所用模缝宽度为o4一o8毫米，平直部分长度为714毫米。 z 冷却 为了减轻冷却的负担和提高产率的需要，在吹塑薄膜工艺中，控制较低的料温是特别重要的。通用的冷却方法是利用压缩空气通过风环向泡状物各点直接吹送。为了提高冷却速率，也有使用冷冻空气、二次风环，；沁棒内冷等技术的。 图s30为吹塑薄膜快速冷却的一种典型工艺装置。由环隙形口模挤出的管状物，首先通过一个大直径的管形型芯向外引仲，经由导向夹板送至夹辊。吹胀用的压缩空气经由芯棒中心孔进入泡状物内部使落膜达到要求的直径，随即进入冷水浴中。另一方面管形型；露内部的冷却水流使其金属表面得以冷却，从而加速了冷却的过程。山芯

15、棒中心孔传至挤出泡状物内的压缩空气，由于管状物下方已为夹辊压乎而无法逸出，所以在正常状态下压缩空气只需维持定压而很少需要补充。 4 牵引 吹胀的泡状物，在机头的顶部，进入导向板并由牵引辊(一个为橡皮的，另一个为钢制的)将它夹封、牵引而导至卷取装置。不用导向板而改用多对金届小辊也是可以的。模口至牵引辊的距离决定着泡状物的冷却时间。这种时间与塑料的热性能有关，例如用于聚乙烯的就比用于聚氯乙烯的为长。 5 操作 在吹胀过程中，泡状物的横直两向都有伸长，因此两向都会发生分子定向。为求得性能良好的薄膜，两向上的定向最好取得平衡，也就是使直向上的牵仲比与横向上的吹胀比(即泡管的直径与口模直径的比)相等。

16、实验证明，吹胀比越大，薄膜的透明度和光泽度也越大。但吹胀比过大时会造成泡状物的不稳定和扩大口模原有的缺陷共中尤以不稳定影响最为严重，因为它会使所制薄膜发皱和厚度不均。通用的吹胀比为23。吹胀比既不便随意增加，为使制品厚度符合要求，就不得不从牵伸比上来调整，这样，牵伸比和吹胀比就不能相等。如果仍须维持薄膜横直两向性能的一致，就必须罪冷却速率和口校温度的控制来平衡，因为增加挤出物在高温的停留时间，可以减少形股在直向上的分子定间程度。次采用风环冷却工艺的吹塑薄膜小，刚挤离口校的管状物是透明的，一当冷到适当温度丽产生有品体时(指聚烯烃等结品性塑料而畜)，即失去透明性而变得浑浊，浑浊与透明区的交界线被称

17、为冷冻线。决定冷冻线离口模高低的因素很多，大抵吹胀比和冷却速率越大时，冷冻线离口模越近；牵引速率、挤压温度和薄膜厚度越大时则离口模越远。距离远时会降低范膜的横向上的撕裂强度和增高薄膜的浊度，同时，对薄膜的冲击强度也是有影响的。 吹田薄膜中出现的问题，所产生的原因和消除方法见附录表9 5g5 双向拉伸薄膜的平挤 利用挤出成型制造塑料薄膜也可不用592节所述的机头而用扁平机头。由扁平机d；挤出(通称平挤)的挤出物经过冷却。辗光等所取得的薄膜不仅在厚薄公差上比吹塑薄膜小，生产卒也高，而且在应用上也较广泛。但在强度和透明度方而却较差，这是因为吹理薄膜中的聚合物分子已在制造中获得纵横定向不恰当的结果(参

18、见25s节)。如果使用扁平机头再辅以适当的装置而使所得薄膜中聚合物分子在纵横两向上发生恰当的定向，则所制的薄膜在性能上就饺为优越。本节所要介绍的就是这种乎挤拉伸的成型方法。 在此应该指出，虽然由平挤拉伸和吹塑所制出的薄膜都是双轴定向的，而且用前一种方法能使薄膜厚薄公差的控制容易和产率提高，但吹塑的设备较为简单，制品也较为便宜，所以就生产方法和制品的应用来说仍有其特定的地位。图531所示为平挤拉仲法的一种装置。理料熔体由扁平机头挤成厚片后(使用聚酯时也有用计且泵将反应釜中合成的液状树脂送入窄缝形口模直接作成厚片的)6即被送至具有不同转速的一组拉伸辊上进行纵向拉仲。拉伸辊须经预热以使薄股具有一定的

19、温度(熔点以下)，拉伸比一般控制在4：1至102l之间。 经过纵向拉仲的薄膜再送至拉幅机上作横向拉伸。 拉幅机主要由烘道、导轨和装置夹钳的链条组成。导轨是根据拉伸的要求而使其张有一定角度的，而且为了满足变更拉伸比，张角的大小还可进行调整。准备作横向拉伸的薄膜由夹钳夹任而沿导轨远行，借以即可使被加热的薄膜强制横向拉仰。烘道通常采用热风对流和红外线加热，要求有精确的温度控制。薄膜离开拉幅机后即进行冷却和卷取。 1 挤出机 选用的挤出机除大小应符合规定的要求外，还应保证其输送的物料在塑化和温度上的均匀以及涡流无脉动现象，否则即会绘制品带来损疵或(和)厚簿不匀。2 机头和口模 采用的机头通为中心进料的

20、窄缝形机头，如图532所示。这种机头的结构特点是，模唇部分应十分坚实或加有特殊装且以便克服塑料熔体形成的内压而防止模唇变形，不然就会引起制品厚度的不均。口模的平直部分也应较长，通常不小于16毫米。 较长的理由不仅在于增大料流的压力以提高曲膜的质亟，而且还借以去除料流中的拉伸弹性，从而有利于制品厚度的控制 3 序片的冷却 己如253节所述，用于双向拉仰的厚片应该是无定形的。工艺上为达到达一日的对结晶性聚合物(如聚酪聚丙烯等)所采取的措施是在厚片挤出后立即实行急冲。急冷是用冲却转鼓进行的，冷却转鼓通常都用钢制镀格的，表面应十分光洁，其中设有通道以便通入震犯的水来控制温度，聚酿为60、70。急待时是

21、将挤出的厚片，在离开口模一段距离后，性上稳速旋转和冷却的转鼓，并在一定的方位撤离转枝。 口模与冷却转鼓最好是倾向排列的。相隔的距离应不大于15冤米；冷却转鼓的线迹度与饥头的出料速度大致同步而略有拉仲。倘若挤离口模的厚片贴十冷却转鼓后出现发皱的现象，此时就应仔细地困整冷却转敛与口模之间的位置和谈出速率。 厚片俘度大致为拉伸薄膜的12、1s倍。将结品性聚合物制成完全不结品的厚片是困难的。因此在工艺上一般允许有少量的结晶，但结晶度应控制在5以下。厚片横向厚度必须严格保持一致。4 纵向拉冲 图533为对聚酪厚片进行纵向拉伸的示意图。浮片经预热辊筒12、3、4、5预热后，温度达到80左右，接着在6、 7

22、两辊之间被拉伸。拉伸倍数得于两拉仲辊的线速比。拉伸辊温度为80、100温度过南会出现粘辊痕迹，影响制品表面质量，严重时还会引起包辊；温度道低则会出现冷拉现象，厚度公差增大，横向收缩不稳定，在纵横拉仲的接头处易发生脱夹和破膜现象。纵拉后薄膜结晶度增至10一14* 纵拉后的薄膜进入冷却辊7、8、 9冷却。冷却的作用是使结晶迅速停止，并固定分子的取向结构二是张紧厚片，避免发生回缩。由了冷却后须立即进入横向拉仲的预热段，所以冷却辊的温度不宜过低，服控制在塑料的玫瑰化温度左右。 5 横向拉伸 纵拉后，厚片即送至拉幅机进行横向拉伸。横拉是用拉幅机实行的。拉幅机共分预热段和拉伸段两个部分，如图534所示的前

23、面两段。 预热段的作用是将纵拉盾的厚片重新加热到玻璃化温度以上。进入拉伸段后，导轨即有l o。左右的张角，以使厚片在的进的过程巾得到横向拉伸。横拉倍数为拉幅机出口处宽度与纵拉后茁膜宽度之比。拉仰倍数一般较纵拉时为小，约在25、4之间。拉伸倍数超过一定限度后，对所制薄膜性能的提局即不显著，反而引起破损。横向拉伸后，聚合物的结晶度增至20、25。 6l 热定型和冷却 热定型的目的和理沦根据已见253节。热定型所采用的温度至少应比聚合物最大结晶速率温度大10。在进入热定型段之前，拉伸的薄膜须先经过缓冲段。缓冲殴宽度与拉伸段末端相同，温度只稍高于拉伸段。缓冲段的作用是防止热定型段温度直接影响拉仲段，以

24、便拉伸段温度能够得到严格控制。 为了防止破膜，热定型段宽度应稍有减小，因为薄膜宽度在热定型过程中升温时会有收缩但又不能任其收缩，因此必须在规定限度内使拉伸薄膜在张紧状态下进行高温处理，即热定型。经过热定型的制品，其内应力得到消除，收缩串大为降低，机械强度和弹性也都得到改善。 热定型后的越膜温度较高，必须进行冷却至室温，以免薄膜成卷后热量难以散失，从而引起薄膜的进一步结晶、解除定向与老化。最后所得制品的结晶度约40、42。 7 切边和卷取 冷却后的薄膜，经过切边后即可由卷绕装置进行卷取。切边是必要的，由于拉幅故膜是靠夹钳钳住边缘进行拉伸的，因此薄膜边缘总是比其余部分厚。 s 操作 用于双向拉伸的

25、聚配，在向挤出机投料之前，原料必须充分干燥，其中水分肯量应控制在o02以下，以防在高温的塑炼挤出中水解。 对厚片进行拉伸时，纵横两向的定向度最好取得平衡。如果一个方向大于另一个方向时，则一个方向上性能水平的增加必会使另一个方向上的水平受到损失。在先纵拉后横拉酌工艺中，使薄膜两向的定向程度取得平衡，并不意味着两向的拉伸比应该相等。这因为先经纵向拉仲的厚片，在随后横拉的过程中，其纵向就会发生收缩，所以上面说横向拉伸比应该较纵向拉仰比小。生产时所用两向拉伸比都是实验确定的。 此外，纵向拉伸的厚片既会在横向拉伸时发生纵向收缩，则很难指望薄膜的中心与边缘两部分会取得相同的收缩*因此就能造成薄膜成品的厚薄

26、侗差所以挤出机所故厚片的冲心厚度最好比它的边缘大l s左右，以使最终薄膜的厚度能较好的得到控制。一般浇铸薄片制得双轴定向薄膜会有25的厚落差异，而薄片具有锥形边缘就可使厚落差异缩小到6。510 发 展 动 向 近二十多年来在挤出模塑方面有很大发展，现分挤出机、挤出工艺和挤出机的控制叙述于后5101挤出机 1单螺杆挤出机的改进：e1967午单螺杆熔化理论问世后，又经过很多研究，现在已能在经验数据的基础上借助电子计算机设计准确度比较高的单螺杆挤出机，同时，在挤出机理论的启示下，对如何使出料均匀已创造出不少新型螺杆(已见前述)；也改正了不少错误，如认为突变螺杆的不合理，现已大多废置不用。最近的努力是改正单螺杆挤出机产虽的不稳定性，以提高挤出制品的质量。 西德曾对单螺杆输送段的输送力做过许多研究。结果以锥形且带有轴向沟槽的料简最为符合要求，它可以提高产虽，但也存在一些问题，例如它必须附有强有力的冷却装置和配用京有抗磨能力的螺杆。再者，设置冷却，从节省能量角度来说，也不很经济。2两级式挤出机：由于塑料在单螺杆挤出机中的塑化、混合和讨5都是由同一根螺扦原但的，它的转速不能按三种功能各白的需要而随意调整，因此在加工自由度上不免受到限制。这是单螺杆挤出机的一大