塑料成形工艺与模具设计

塑料成形工艺与模具设计第一页，共六十六页，编辑于2023年，星期二塑料成型工艺与模具设计普通高等专科教育机电类规划教材

机械工业出版社精品教材机械工业出版社CHINAMACHINEPRESSISBN978-7-111-04689-9屈华昌主编塑料成型工艺与模具设计第2版ppt课件第二页，共六十六页，编辑于2023年，星期二目录第四章注射成型模具结构及注射机第三章塑料成型工艺与塑料成型制件的结构工艺性第二章塑料成型基础第一章绪论第五章注射模设计第六章注射成型新技术的应用塑料成型工艺与模具设计第2版ppt课件第三页，共六十六页，编辑于2023年，星期二目录第九章挤出模设计第八章压注模设计第七章压缩模设计第十章气动成型工艺与模具设计压缩模设计塑料成型工艺与模具设计第2版ppt课件第四页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一章绪论第三节塑料模具的分类第二节塑料成型技术的发展趋势第一节塑料成型在工业生产中的重要性返回目录第四节学习本课程应达到的要求思考题塑料成型工艺与模具设计第2版ppt课件第五页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第二章塑料成型基础第四节聚合物在成型过程中的物理和化学变化第三节聚合物在成型过程中的流动状态第二节聚合物流变方程与分析第五节塑料的组成及工艺特性第一节聚合物的分子结构与热力学性能第六节常用塑料思考题返回目录塑料成型工艺与模具设计第2版ppt课件第六页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节聚合物的分子结构与热力学性能 一、聚合物的分子结构 (一)树脂与塑料 (二)高分子与低分子 (三)聚合物的分子结构 如果聚合物的分子链呈不规则的线状(或者团状)，聚合物是一根根的分子链组成的，则称为线型聚合物，如图2-1a所示。如果在大分子的链之间还有一些短链把它们相互交联起来，成为立体结构，则称为体型聚合物，如图2-1c所示。此外，还有一些聚合物的大分子主链上带有一些或长或短的小支链，整个分子链呈枝状(见图2-1b)，称为带有支链的线型聚合物。第七页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节聚合物的分子结构与热力学性能图2-1聚合物分子链结构示意图a)线型b)带有支链线型c)体型第八页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节聚合物的分子结构与热力学性能 (四)聚合物的聚集态结构及其性能。结晶型聚合物由“晶区”(分子作有规则紧密排列的区域)和“非晶区”(分子处于无序状态的区域)所组成，如图2-2所示。图2-2结晶型聚合物结构示意图1-晶区2-非晶区第九页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节聚合物的分子结构与热力学性能 二、聚合物的热力学性能与加工工艺性 (一)聚合物的热力学性能。图2-3中曲线1为线型无定形聚合物受恒应力作用时变形程度与温度的关系曲线，也叫热力学曲线。图2-3聚合物的热力学曲线第十页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节聚合物的分子结构与热力学性能 (二)聚合物的加工工艺性 θf与θd一样都是聚合物材料进行成型加工的重要参考温度。不同状态下塑料的物理性能与加工工艺性见表2-1。状态玻璃态高谈态粘流态温度θfg以下Θg～θfΘf～θd分子状态分子纠缠为无规则线团或卷曲状分子链展开，链段运动高分子链运动，彼此滑移工艺状态坚硬的固态高弹性固态，橡胶状塑性状态或高粘滞状态加工可能性可作为结构材料进行锉、锯、钻、车、冼等机械加工弯曲、吹塑、引伸、真空成型、冲压等，成型后会产生较大的内应力可注射、挤出、压延、模压等，成型后应力小表2-1热塑性塑料在不同状态下的物理、工艺性能返回本章目录第十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第二节聚合物流变方程与分析

一、牛顿流体及其流变方程 图2-4是液体在流道中流动时的速度梯度图。图2-4液体在流道中流动时的速度梯度图第十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第二节聚合物流变方程与分析 图2-5所示为以切应力对剪切速率作图时，塑料成型加工中常用聚合物在非牛顿流体状态下的流动曲线。图2-5不同类型流体的流动曲线1-膨胀性流体2-牛顿流体3-假塑性流体4-复合型流体第十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第二节聚合物流变方程与分析 将非牛顿流体的粘度定义为表观粘度ηa(即非牛顿粘度)。图2-6为不同类型流体的表观粘度与剪切速率的关系。图2-6不同类型流体的表观粘度与剪切速率关系1-膨胀性流体(n＞1)2-牛顿液体(n=1)3-假塑性液体(n＜1)第十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第二节聚合物流变方程与分析 二、温度和压力对粘度的影响 （一）温度对剪切粘度的影响 表2-2列出了几种常用热塑性塑料熔体在恒定剪切速率下的表观粘度与温度关系的数据。表2-2常用热塑性塑料在恒定剪切速率下表观粘度与温度关系的数据第十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第二节聚合物流变方程与分析 (二)压力对剪切粘度的影响 几种聚合物粘度与压力的关系见图2-7。图2-7切应力和温度恒定时熔体粘度与压力的关系1-聚甲基丙烯酸甲酯2-聚丙烯(210℃)3-低密度聚乙烯4-聚酰胺-665-聚甲醛(共聚物)第十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第二节聚合物流变方程与分析 三、聚合物熔体的粘弹性 聚合物熔体(包括分散体)不仅具有粘流性，而且还具有如固体般的弹性，即当熔体受到应力时，一部分能量消耗于粘性变形(即流动)；而另一部分变形的能量将会被熔体储存，一旦外界应力移去，变形就得到恢复，如塑料在挤压时的出模膨胀(见图2-8)。图2-8挤出塑料时的出模膨胀1-挤出物2-挤出机d0-挤出机口模内径df-挤出物膨胀后的直径第十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第二节聚合物流变方程与分析 粘弹性熔体的应力-应变关系曲线如图2-9所示。图2-9粘弹性熔体的应力-应变关系曲线a-成型加工时的形变(θ＞θg)b-成型后可逆形变回复(θ＞θg)c-成型后可逆形变回复(θ=室温或θ＜θg)第十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第二节聚合物流变方程与分析 四、热塑性和热固性聚合物流变行为的比较 热塑性聚合物和热固性聚合物流变行为的不同可由图2-10加以说明。图2-10热塑性聚合物与热固性聚合物流动行为比较第十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第二节聚合物流变方程与分析 从图2-10c可以看出，温度对流动性的影响是由粘度和固化速度两种互相矛盾的因素决定的，这种关系可进一步用图2-11来说明。图2-11温度对热固性聚合物流动性的影响A-总的流动曲线B-粘度对流动性的影响线C-硬化速度对流动性的影响曲线返回本章目录第二十页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第三节聚合物在成型过程中的流动状态 一、聚合物熔体在简单截面导管内的流动 (一)在圆形导管内的流动 取距离管中心为r处的流体圆柱体单元，其长度为L，当它由左向右移动时，在流体层间产生摩擦力，如图2-12所示。图2-12圆形导管中流动液体受力分析第二十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第三节聚合物在成型过程中的流动状态 由此看出，切应力在管中心为零，逐渐增大而在管壁处为最大，据此进一步推导的结果，又可说明流体在圆形导管内的速度分布为什么呈抛物线型，如图2-13所示。图2-13流体在圆形导管中切应力和流速分布第二十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第三节聚合物在成型过程中的流动状态 为了便于查阅，将牛顿型和非牛顿型流体各计算式汇总列于表2-3。表2-3牛顿型与非牛顿型流体计算式汇总表第二十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第三节聚合物在成型过程中的流动状态 (二)在扁形导槽内的流动 当塑料熔体在等温条件下经扁形导槽(扁槽)作稳定层流运动时，其情况如图2-14所示。图2-14流体在扁槽内的流动第二十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第三节聚合物在成型过程中的流动状态 (三)端末效应与速度分布 只有贴近管壁极薄一层液层处，其速度骤降，至管壁处为零，流体在进入导管后须经一定距离，稳定状态方能形成，即图2-15中所示入口Le一段管长。图2-15聚合物熔体在管子入口区和出口区的流动第二十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第三节聚合物在成型过程中的流动状态 把各种不同类型的流体速度分布绘于图2-16中，其中牛顿型液体n=1，膨胀性液体取n=3，假塑性液体取n=1/3；另外将n=0，n=∞时的情形也标绘于图中。图2-16各种流体的速度分布第二十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第三节聚合物在成型过程中的流动状态 二、注射成型中的流动状态分析 注射成型中的流动过程如图2-17所示，可以分成三个区段。图2-17注射过程中塑料熔体流动的三个区段第二十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第三节聚合物在成型过程中的流动状态 (一)流体在流道中的状态 应注意只有当W/h≥10时，计算才准确(见图2-18)。 (二)流体在充模过程中的状态图2-18流道和浇口的剖视图返回本章目录第二十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第四节聚合物在成型过程中的物理和化学变化 一、聚合物的结晶 二、成型过程中的取向 (1)注射、压注成型塑件中纤维状填料的取向 注射、压注成型塑件中填料的取向方向与程度主要依赖于浇口的形状与位置，如图2-19所示。图2-19扇形片试样中填料的取向第二十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第四节聚合物在成型过程中的物理和化学变化 (2)注射、压注成型塑件中聚合物分子的取向 一般情况下，聚合物在成型过程中只要存在熔体的流动，就会有分子的取向。图2-20所示是用双折射法测量长条形注射试件的取向情况。图2-20注射成型长条形试样中聚合物取向程度分析a)横向截面b)轴向纵截面第三十页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第四节聚合物在成型过程中的物理和化学变化 三、聚合物的降解 1)严格控制原材料的技术指标，使用合格的原材料。 2)使用前对聚合物进行严格干燥，特别是聚酯、聚醚和聚酰胺等聚合物在存放过程中容易从空气中吸附水分，使用前通常应使水分含量降低到0.05%以下。 3)确定合理的加工工艺和加工条件，使聚合物在不易产生降解的条件下加工成型，这对于那些热稳定性差、加工温度和分解温度非常接近的聚合物尤为重要。绘制聚合物成型加工温度范围图(见图2-21)有助于确定合适的成型条件。一般加工温度应低于聚合物的分解温度。一些聚合物的加工温度与分解温度见表2-4。 4)使用附加剂，根据聚合物性能。 四、聚合物的交联第三十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第四节聚合物在成型过程中的物理和化学变化图2-21硬聚氯乙烯成型温度范围第三十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第四节聚合物在成型过程中的物理和化学变化表2-4常用聚合物的分解温度与加工温度(℃)返回本章目录第三十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第五节塑料的组成及工艺特性 一、塑料的组成 二、塑料的分类 三、塑料的成型工艺性能 (一)热塑性塑料的工艺性 1.收缩性 2.流动性 塑料流动性的好坏采用统一的方法来测定。对热塑性塑料常用的方法有熔融指数测定法和螺旋线长度试验法。熔融指数测定法是将被测塑料装入如图2-22所示的标准装置内。 螺旋线长度试验法是将被测塑料在一定的温度与压力下注入如图2-23所示的标准的阿基米德螺旋线模具内，用其所能达到的流动长度(图中所示数字，单位为cm)来表示该塑料的流动性。第三十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第五节塑料的组成及工艺特性图2-22熔融指数测定仪结构示意图1-热电偶测温管2-料筒3-出料孔4-保温层5-加热棒6-柱塞7-重锤(重锤加柱塞共重2160g)第三十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第五节塑料的组成及工艺特性图2-23螺旋流动试验模具流道示意图第三十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第五节塑料的组成及工艺特性 3.相容性 4.吸湿性 5.热敏性(二)热固性塑料的工艺性 1.收缩率 2.流动性 流动性的意义与热塑性塑料流动性类同，但热固性塑料通常以拉西格流动性来表示，而不是用熔融指数表示。其测定原理如图2-24所示。 3.比容和压缩率 4.硬化速度 5.水分及挥发物含量第三十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第五节塑料的组成及工艺特性图2-24拉西格流动性测定模1-组合凹模2-模套3-流料槽4-加料室返回本章目录第三十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第六节常用塑料 一、热塑性塑料 二、热固性塑料 (一)酚醛塑料(PF) (二)氨基塑料 (三)环氧树脂(EP)返回本章目录第三十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期二思考题 2-1按照聚集态结构（分子排列的几何特点）的不同，聚合物可分为哪几类？各类的特点是什么？ 2-2说明线型无定形聚合物热力学曲线上的θb、θg、θf、θd的定义，解释在恒力作用下无定形聚合物随着温度的升高变形程度的变化情况，并指出塑料制件使用温度范围和塑料制件的成型温度范围。 2-3什么是牛顿流体？写出牛顿流动定律（即牛顿流变方程），并指出其特征。 2-4什么是非牛顿流体？写出非牛顿流体的指数定律，指出表观粘度的含义。 2-5热固性聚合物与热塑性聚合物的流变行为有什么不同？ 2-6分别写出压力损失Δp在圆形截面及扁槽形截面的通道内流动（服从指数定律）的表达式，并分析影响Δp的因素。第四十页，共六十六页，编辑于2023年，星期二思考题 2-7线型结晶型聚合物的结晶对其性能有什么影响？ 2-8聚合物在注射和压注成型过程中的取向有哪两类？取向的原因是什么？ 2-9什么是聚合物的降解？如何防止降解？

2-10塑料一般由哪些成份所组成？各自起什么作用？ 2-11塑料是如何进行分类的? 2-12什么是塑料的计算收缩率？塑件产生收缩的原因是什么？影响收缩率的因素有哪些？ 2-13什么是塑料的流动性？影响流动性的因素有哪些？ 2-14测定热塑性塑和热固性塑料的流动性分别使用什么仪器？如何进行测定？ 2-15什么是热固性塑料的比容和压缩比？比容和压缩比的大小表征是什么？返回本章目录第四十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第三章塑料成型工艺与塑料成型制件的结构工艺性第二节塑料制件的结构工艺性第一节塑料成型原理与成型工艺特性思考题返回目录第四十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性 一、注射成型原理及其工艺特性 (一)注射成型原理、特点及应用 1.注射成型原理 图3-1所示为柱塞式注射机注射成型的原理。图3-1注射成型原理之一1-柱塞2-料斗3-分流梭4-加热器5-喷嘴6-定模板7-塑件8-动模板第四十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性 图3-2所示为螺杆式注射机注射成型原理。图3-2注射成型原理之二1-动模2-塑件3-定模4-料斗5-传动装置6-液压缸7-螺杆8-加热器第四十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性 2.注射成型的特点及应用 (二)注射成型工艺 1.成型前的准备 2.注射过程 3.塑件的后处理 (三)注射成型工艺的参数 1.温度 2.压力 3.时间 常用塑料注射成型工艺条件见表3-1。 二、压缩成型原理及其工艺特性 (一)压缩成型原理、特点与应用 压缩成型原理如图3-3所示。第四十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性表3-1各种塑料的注射工艺参数塑料第四十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性（续）第四十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性（续）第四十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性（续）第四十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性（续）第五十页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性（续）第五十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性（续）第五十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性（续）第五十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性图3-3压缩成型原理第五十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性 (二)压缩成型工艺过程 (三)压缩成型的工艺参数 1.压缩成型压力 2.压缩成型温度 常用塑料成型压力见表3-2。表3-2热固性塑料的压缩成型温度和成型压力第五十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性 3.压缩时间 表3-3列出了酚醛塑料和氨基塑料的压缩成型工艺参数。表3-3热固性塑料压缩成型的工艺参数第五十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性 三、压注成型原理及其工艺特性 (一)压注成型原理及其特点 压注成型原理如图3-4所示。图3-4压注成型原理第五十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性 (二)压注成型工艺过程 (三)压注成型工艺参数 表3-4是酚醛塑料压注成型的主要工艺参数。其他部分热固性塑料压注成型的工艺参数见表3-5。表3-4酚醛塑料压注成型的主要工艺参数第五十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性表3-5部分塑料压注成型的主要工艺参数第五十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一节塑料成型原理与成型工艺特性 四、挤出成型原理及其工艺特性 (一)挤出成型原理及其特点 热塑性塑料的挤出成型原理如图3-5所示(以管材的挤出为例)。图3-5挤出成型原理1-挤出机料筒2-机头3-定径装置4-冷却装置