东华大高分子材料成型原理课件第6章 塑料成型加工原理

高分子材料成型原理(PrinciplesofPolymerMaterialsProcessing)

“高分子材料成型原理”之

第六章

塑料成型加工原理第一节概述塑料的应用塑料的基本概念塑料的特性及其分类几种重要的塑料塑料成型加工方法一、塑料的应用-日杂用品塑料的应用-家电用品塑料的应用-家电用品38%

23%

塑料是家电行业仅次于钢材的第二大类原材料，也是用量增速最快的材料，每年29.5％左右。34%

贯流风叶10%

塑料的应用-交通运输汽车刮雨器的马达系统发动机进气歧管前后保险杠前照灯透镜后视镜罩挡泥板仪表板燃油箱散热器护栅中央控制器箱…….提高汽车造型的美观与设计灵活性、降低成本、降低能耗

在德国每辆汽车平均使用塑料制品近300公斤，占汽车总消费材料的22％左右。我国每辆轿车塑料的用量平均达到130公斤以上，汽车工业对塑料的需求量超过100万吨/年。塑料的应用-电子、信息塑料的应用-化工塑料的应用-农业塑料的应用-建筑塑钢门窗塑料的应用-包装30~40%的包装材料为塑料制品塑料的应用-其它应用最广：遍及人们生活的各个领域产量最大：目前全球料塑产量达2亿吨/年，中国塑料产量突破2200万吨/年，消费量4000万吨/年，中国塑料制品的产量排名世界第二。品种最多：百余种（成千上万种）在塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂等五大高分子材料中，塑料：塑料的应用何谓塑料？二、塑料的基本概念

顾名思义，塑料就是可以塑造的材料。即我们可以借助适当的成型工具，在一定的温度和压力下将这种材料塑制成各种形状和尺寸的制品。

在物质组成上，通常所用的塑料并不是一种纯物质，它是由许多材料配制而成的。其中高分子材料(或称合成树脂)是塑料的主要成分，此外，为了改进塑料的加工性能和使用性能，还要在聚合物中添加各种辅助材料，如填料、增塑剂、润滑剂、稳定剂、着色剂等，才能成为性能良好的塑料。塑料的性能指标物理机械性能屈服强度、断裂强度、弯曲强度、压缩强度、模量(拉伸、弯曲、压缩)、冲击强度、硬度热性能玻璃化转变温度、软化点、熔点、热变形温度、分解温度…光学性能透光率、雾度高分子材料的应力-应变曲线塑料的基本概念塑料的特性-优点可塑、加工简单、易成型，宜于采用机械化大规模生产

。重量轻：绝大多数塑料的密度在0.８-2.2g/cm3

之间,仅有钢的1/10-1/3。良好的热绝缘性：其导热系数仅有金属的1/500-1/600。泡沫塑料的导热系数只有0.02-0.046W/mK，约为金属的1/1500。良好的电绝缘性。良好的耐化学腐蚀性能。性能可设计性好，可以通过改变配方，加工工艺，得到各种特殊性能的材料。富有装饰性。

三、塑料的特性及其分类塑料的特性-缺点易老化：长时间使用后，性能下降。

易燃：塑料不仅可燃，而且在燃烧时发烟量大，甚至产生有毒气体。

耐热性差：塑料一般都具有受热变形，甚至分解的问题。

刚度小：塑料是一种粘弹性材料，弹性模量低，只有钢材的1/10-1/20，且在荷载的长期作用下易产生蠕变，即随着时间的延续变形增大。而且温度愈高，变形增大愈快。因此，用作承重结构应慎重。塑料的特性及其分类塑料的分类

工程塑料通用塑料塑料的特性及其分类从应用的角度，按材料的性能特点和应用范围原料来源半合成塑料合成塑料通用塑料产量大、应用面广、性能多样化，且加工性能好、成本低，主要用于生产日用品或一般的工农业用品。如，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、酚醛塑料

—五大通用塑料塑料的特性及其分类工程塑料

产量不大、成本较高，但具有优良的机械强度，耐摩擦、耐热、耐化学腐蚀，可以代替金属等作为工程材料使用。如，聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)聚酯(PBT、PET)、ABS、聚苯醚、聚苯硫醚、氟塑料、聚砜、聚酰亚胺…….塑料的特性及其分类塑料的分类从加工的角度、按照材料受热时的行为特点塑料的特性及其分类热固性塑料热塑性塑料热塑性塑料

固化软化以至熔融流动

热塑性塑料中高分子的链结构是线型或低支化度的，粘流温度低于热分解温度，成型加工时，一般只有物理变化而无明显的化学变化。加热冷却塑料的特性及其分类结晶性塑料：机械强度、耐溶剂、耐热性较好，透明度较差非结晶性塑料：机械强度、耐溶剂、耐热性较差、透明度较好热固性塑料

塑化或软化固化成型

热固性塑料中高分子的链结构最初亦是线型或支链型的，加热初期，具有可塑性，可成型为一定的形状。但其分子链上通常带有可反应的官能团，继续加热时，线型分子之间（或线型分子与加入的固化剂分子）发生化学键结合（即交联），形成网状体型结构，变得既不能熔融，也不能溶解，形状被固定下来不再能变化。

加热化学交联塑料的特性及其分类四、几种重要的塑料聚乙烯(PE)：[CH2CH2]n

产量最大、应用最广

性能特点：无色、无味、无毒的乳

白色蜡状固体。软而韧，除冲击强

度外，其他力学性能不是很高，但具有良好的韧性和耐低温性、优异的介电与电绝缘性、耐溶剂性

主要品种：

HDPE(高密度，低压、中压)、LDPE(低密度，高压)、LLDPE、交联聚乙烯、氯化聚乙烯应用：薄膜(农用、包装)、容器(工业、日用)、管材、电线电缆包皮、泡沫制品、防腐涂层PE材料的应力-应变（S-S)曲线几种重要的塑料聚丙烯(PP)：[CH

CH2]n等规聚丙烯

CH3

发展最快，产量第四

性能特点：无色、无味、无毒的白色蜡状固体。力学强度较高、密度小(0.90g/cm3)、使用温度较高、优异的抗弯曲疲劳性，韧性较差、易老化。应用：医疗器械、食品器具(蒸气消毒)；轻载结构件(反复受力的铰链、风扇叶轮)；汽车零部件(方向盘、蓄电池、空气过滤器壳、脚踏板、保险杠、仪表盘等)；洗衣机零件等聚氯乙烯[CH

CH2]n第二大品种

Cl

性能特点：未增塑的聚氯乙烯是无臭、无味的白色或淡黄色粉末，其拉伸曲线属硬而较脆的类型，耐化学腐蚀性优异，难燃、离火后自熄，耐热性和热稳定性差，80~85℃开始软化，140℃开始分解。主要品级：硬质PVC、软质PVC、半硬质PVC

应用：薄膜和人造革，电线电缆包皮，各种建筑管材、型材、板材几种重要的塑料聚苯乙烯(PS)：[CH

CH2]n产量第三

性能特点：无色、无味、透明的固体，刚性好，是典型的硬而脆的塑料，耐油剂性差应用：装饰品、照明制品、仪器仪表壳罩高抗冲聚苯乙烯(HIPS)：聚苯乙烯与丁苯橡胶或顺丁橡胶共混或接枝共聚改性应用：家用电器、办公用品的壳体或部件几种重要的塑料ABS树脂丙烯腈-苯乙烯共聚物与丁二烯-丙烯腈橡胶的共混物丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物性能特点：ABS树脂无毒、无臭外观呈淡黄色。具有良

好的综合物理机械性能，耐冲击、耐热、表面硬度和

光泽度高、尺寸稳定主要品级：通用型、高耐热型、电镀型、透明型应用：高档家用电器、办公用品的壳体或部件、冰箱内

衬；机械部件(齿轮、轴承)；汽车配件(仪表板、前部格栅、车轮装饰品、反光镜护罩等)几种重要的塑料

CH3聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)[CH2CH]n

俗称有机玻璃

COOCH3

性能特点：无毒、无味、无色透明，具有良好的综合机械性能，刚性硬质、低温冲击强度高、坚韧而具有弹性，光学性能优异、耐候性好；缺点是表面硬度不足，易于擦伤、擦毛而失去光泽。应用：飞机、汽车的透明玻璃、光学玻璃、光导纤维、光学仪器、假牙、广告橱窗、广告牌、家用灯具几种重要的塑料聚碳酸酯（PC）CH3O双酚A型聚碳酸酯[OCOC]nCH3

性能特点：无色透明、无臭、无味、无毒的固体。刚韧坚硬，硬度大于PMMA，具有良好的综合力学性能，拉伸、压缩、弯曲强度均与PA6、PA66相当，耐热性能良好，使用温度范围广（-130~130℃）应用：制造承载的机械零件（齿轮齿条、蜗轮蜗杆、凸轮、轴承保持架、便携工具箱），

大型灯罩、飞机座舱玻璃、

容器（纯净水桶）、光盘几种重要的塑料聚酰胺(尼龙)：分子主链中含酰胺键的一系列高分子PA6：[NH(CH2)5CO]nPA66：[NH(CH2)6NHOC(CH2)4CO]n

PA11、PA12、PA1010

性能特点：硬而韧、具有良好的冲击强度、拉伸强度、

耐磨性和自润滑性，耐油性优异、气体阻隔性好，但吸

湿性大、高温下易氧化降解

应用：机械设备中的轴承、轴瓦、密封垫、活塞环、齿轮、涡轮、泵叶轮等、皮带轮、导辊、滑轮，电子电器上的线圈骨架、集成线路板，化工设备中的耐腐耐油管道、储油容器、电动工具外壳几种重要的塑料聚甲醛(POM)：

均聚甲醛[CH2O]n

共聚甲醛[

CH2O]x[CH2OCH2

CH2O]y

性能特点：白色粉末状或粒状固体，具有优良的综合性能，

强度、模量、耐磨性、韧性、耐疲劳性和抗蠕变性均较高，

是替代金属的理想塑料，还具有优良的电绝缘性和耐溶剂性，但耐温性差

应用：可广泛用于替代各种有色金属合金，制造各种汽车、机械、仪表、化工行业的零部件，特别是齿轮、凸轮、轴承类几种重要的塑料汽车刮雨器的马达系统氟塑料(PTFE)

F

F

聚四氟乙烯：[C

C]n

“塑料王”

FF性能特点：较柔软的白色固体，具有优良的化学稳定性和耐腐蚀性（除熔融金属钠和液氟外，能耐其它一切化学药品，在王水中煮沸也不起变化，能在任何种类化学介质中长期使用）。密封性好、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力，耐温优异（能在250℃至-180℃的温度下长期工作。但机械性能较差，刚度、强度、硬度均较小。应用：各种化工设备和化工机械的防腐蚀件，防腐耐热的密封件，各种活塞环、导向环，家用品防粘层(防粘锅)。几种重要的塑料几种重要的塑料酚醛树脂：酚类化合物与醛类化合物经缩聚而得到的树脂。通过不同的催化条件可以得到热塑性和热固性两种不同的酚醛树脂。热塑性酚醛树脂OHOHCH2OHOHCH2OH+HCHO或

酸酚过量OHCH2OHnCH2OHCH2OHCH2~OH~线型酚醛树脂，其结构中没有残存的羟甲基，受热时仅熔化而不会继续发生缩聚反应，必须加入固化剂才能形成体型结构几种重要的塑料或OH+HCHOOHCH2OHCH2OH碱醛过量OHCH2OHCH2OHHOH2C（1）苯酚与甲醛通过加成反应生成多羟基酚热固性酚醛树脂（2）羟甲基进一步缩合反应OHCH2OHnCH2OHCH2OHCH2~OH~甲阶树脂OHCH2OHnOHCH2OHCH2OHCH2~~CH2OHCH2OHHOH2C乙阶树脂几种重要的塑料OHCH2OHCH2OHCH2~CH2OHCH2H2COH~CH2OHCH2OH~CH2OHH2C~~H2COHOHCH2CH2~OH丙阶树脂热固性酚醛树脂酚醛树脂主要用于电器绝缘件、宇航器的驾驶舱、建筑材料、卫生设备、化工设备等不饱和聚酯：首先由饱和二元酸、不饱和二元酸与二元醇经缩聚反应得到分子量不高的线型缩聚产物，由于其结构中具有不饱和双键，可以与后续加入的某些乙烯基单体进行交联反应生成热固性的体型结构。几种重要的塑料用于制造各种玻璃钢制品，不饱和二元酸OOHCCHCCOHOOCCHHCCOOHOOOCCCOOHCOOHCOOHCOOH饱和二元酸CHCH2CHCH2CHCH2交联单体制品的用途遍及我们生活的各个领域

原料种类品种众多性质各异

制品形状各种各样千变万化成型方式多种多样塑料成型加工方法第二节塑料成型加工方法及其原理塑料成型基础高分子材料的加工性能高分子材料的加热与冷却高分子材料的流变行为高分子材料的成型性能高分子材料加工中的结构变化塑料的组成与配制塑料成型加工方法模压成型层压成型缠绕成型手糊成型挤出成型注射成型传递模塑五、塑料成型加工方法

挤出成型注射成型

中空吹塑成型

压延成型热成型泡沫塑料成型（干法）流延成型热固性塑料及其复合材料：热塑性塑料：其他：溶液成型（各种铸塑成型、流延、涂覆），制品的二次加工（机械加工、表面处理、焊接…..)挤出成型（口模成型）挤出成型也称挤塑成型或口模成型，它是将物料从挤出机中通过加热、混合、加压，以流动状态连续通过口模成型的方法。挤出的制品都是连续的型材，如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆包覆层等。此外，还可用于塑料的混合、塑化造粒、着色、掺合等。

典型的挤出成型过程

管材挤出

1-挤管2-冷却及定型3-牵引4-切断

片或板的挤出1-片或板坯挤出2-辗平与冷却3-切边与牵引4-切断线缆包覆1-放线2-挤出包覆3-冷却4-牵引与张紧5-辊卷典型的挤出成型过程挤出吹塑1-管坯挤出2-吹气膨胀3-冷却牵引4-切断5-辊卷压缩空气典型的挤出成型过程挤出成型

挤出成型的特点:

连续化,效率高,质量稳定应用范围广设备简单,投资少,见效快生产环境卫生,劳动强度低适于大批量生产挤出成型主要用于热塑性塑料的成型，也可用于某些热固性塑料。

注射成型（注塑成型）注射充模保压、固化脱模合模、计量、塑化将塑料原料加入注塑机的料筒里，经加热熔融呈流动状态后，再以一定的速度和压力注入到闭合的模具内，并在一定的压力下，经冷却（热塑性塑料）或加热（热固性塑料）固化定型，最终得到所需形状尺寸的制品。注射成型的特点:间歇式、周期重复的操作过程周期短、效率高能成型形状复杂、尺寸精确或带嵌件的制品易于实现全自动化

注射成型（注塑成型）发动机进气歧管注射成型的特点:间歇式、周期重复的操作过程周期短、效率高能成型形状复杂、尺寸精确或带嵌件的制品易于实现全自动化

注射成型（注塑成型）发动机进气歧管是制造中空塑料制品的成型方法，该法借助气体压力将闭合在模具中处于橡胶态的型坯吹胀，使其紧贴于模腔壁上成型，经冷却脱模后即成。中空吹塑成型挤出吹塑：型坯由挤出机挤出注射吹塑：型坯由注塑成型制成一般注射吹塑中空吹塑成型

注射——拉伸——吹塑中空吹塑成型压延成型压延过程可分为两个阶段，即供料阶段和压延阶段。供料阶段包括塑料各组份的捏合、塑化、供料等；压延阶段包括压延、牵引、轧花、冷却、卷取、切割等工序。主要用于薄膜和片材的生产

热成型是将热塑性塑料片材裁成一定尺寸和形状，然后夹在模具的框架上，让其在高弹态的适宜温度下加热软化，然后凭借真空、气压或机械作用，使片材弯曲与伸延，直至紧贴模具的型面，取得与型面相仿的形样后，经冷却定型和脱模修整后即得制品。热成型原料基础阶段粒状固体输送熔融或溶解增压和泵送口模成型（挤出成型）纤维、膜、片、型材、管材、电线…成型模塑注塑成型、模压、传递模塑…二次成型中空吹塑、吹模冷成型、热成型压延和涂覆压延、刮涂、辊压涂覆后成型结构化修饰机械紧固粘接热合焊接着色电镀敷金印刷彩绘传质混合原理固体力学高分子物理学高分子化学工程原理高分子科学制品第二节塑料成型加工原理一、塑料成型的高分子物理、化学基础高分子材料的加工性能高分子材料加工中的结构变化

高分子材料的加热与冷却高分子材料的流变行为高分子材料的成型性能高分子材料的加热与冷却高分子材料的热性能某些材料的热性能α塑料<<α金属、玻璃大多数塑料的成型加工都要经过加热软化或熔融，然后再冷却的过程。材料加热与冷却的难易程度是由热量传递的速率决定的,热量的传递速率则取决于物料的固有性能-热扩散系数α材料α(x104/cm2/s)聚酰胺12聚乙烯（高/低密度）13.5/16聚丙烯8聚氯乙烯（硬）15ABS11聚甲醛11玻璃37钢材950铜1200聚合物热传导速率很小，冷却和加热都不很容易塑料加热与冷却时的注意事项聚合物加热时不能将推动传热速率的温差提得过高，因为聚合物的传热既然不好，则局部温度就可能过高，会引起大分子的降解。聚合物熔体在冷却时也不能使冷却介质与熔体之间温差太大，否则就会因为冷却过快而使其内部产生内应力。致使制品的物理机械性能，如弯曲强度、拉伸强度等都比应有的数值低。严重时，制品会出现翘曲变形以致开裂，成为废品。许多聚合物熔体的粘度都很大，在成型过程中发生流动时，会因内摩擦而产生显著的热量。结晶性聚合物在熔融时需要大量的热，成型中要注意这一点。高分子材料的加热与冷却无熔体移走的传导熔融全部热量均由接触或暴露表面提供，熔融速率由传导决定。如滚塑成型中物料被熔结，热成型中片材被加热软化

有强制熔体移走的传导熔融高分子材料的熔融方法熔体边界条件规定的表面温度对流辐射a.不同边界条件的无熔体移走时的热传导熔融固体一部分热量由接触表面的传导提供，另一部分热量通过熔膜中的粘性耗散将机械能转变为热能来提供熔体（拖曳流）固体热移动表面b1.由拖曳引起的流动所造成的熔体移走下的传导熔融熔体（对挤压流）固体热表面b2.

由压力引起的流动所造成的熔体移走下的传导熔融高分子材料的加热与冷却高分子材料的熔融方法耗散混合-熔融

是将机械能转化为热能的熔融过程。依靠的是转动轴输入的机械能、固体（或粒子）区的机械变形和初始粒子间的摩擦生热。如固体物料在密炼机、辊式混炼机等的熔融。利用电的、化学的或其他能源的耗散熔融

如超声波加热压缩熔融

由于单个粒子的变形以及粒子间的摩擦，粒子系统强烈变形从而在整个系统的体积中产生热。c.耗散混合-熔融~固体d.耗散非传导性熔融e.压缩熔融高分子材料的加热与冷却宾哈姆流体切力变稀流体n<1牛顿流体n=1切力增稠流体n>1聚合物熔体粘度的大小直接影响塑料成型过程的难易。例如在注射成型过程中，如果粘度过大，就要求有较高的注射压力，制品的大小受到限制，而且制品还容易出现缺陷；如果粘度过小，溢模现象严重，产品质量也不容易保证。在挤出、压延和其它成型工艺中，也同样要求聚合物有适宜的熔体粘度，粘度太大或太小都会给成型带来困难。..γσ12非牛顿流体—切力变稀流体高分子材料的流变行为η=F(γ,T,p,M,...)可以通过调节温度、剪切应力或剪切速率来改变流动性，从而改善塑料的加工性聚合物流体的弹性行为

塑料挤出或注射成型中常看到这样一种现象，在较低的剪切速率范围内，挤出物的表而光滑，形状均匀.但当剪切速率过大超过一定极限值时，从模口出来的挤出物的表面会变得粗糙、失去光泽、粗细不匀和弯曲，这种现象被称为“鲨鱼皮症”。此时如再增大剪切速率，挤出物会成为波浪形、竹节形或周期件螺旋形，在极端严重的情况下，会断裂。这种现象称为“熔体破裂”。高分子材料的流变行为必须充分考虑聚合物流体的弹性行为对塑料加工的负面影响，选择合理的成型加工条件，才能保证制品的表观质量和内在质量。聚合物的聚集态及其加工性大分子结构分子热运动特点玻璃态：车、铣、削、刨等机械加工高弹态：中空或热成型粘流态：纺丝、注射、挤出、吹塑、贴合高分子材料的成型性能聚集态晶态和非晶态聚合物的温度-形变曲线

非晶态聚合物轻度结晶聚合物结晶聚合物挤出成型、注射成型是在高分子材料的粘流态下，利用塑料的塑性变形而进行的成型-一次成型中空吹塑、热成型是在塑料处于弹性状态下进行的成型，利用的是塑料的推迟变形-二次成型高分子材料的成型性能

二次成型的粘弹性原理高分子材料的形变：

ε(t)=σe/E1+(1-e-t/τ2)σe/E2+σe/η3·tT＞Tg时,可忽略普弹形变：

ε(t)=ε2∞(1-e-t/τ2)+εη3·t二次成型时，Tg

＜T＜

Tf,τ2很短，σe作用时间t1>>

τ2:ε(t1)=ε2∞+εη3·t1外力释放后，回复后的形变：ε(t)=ε2∞e-(t-t1)/τ2+εη3·t1

T＜

Tg,τ2∞,ε(t)=ε2∞+εη3·t1利用聚合物推迟高弹形变的松弛时间对温度的依赖性，在Tg以上Tf附近，使聚合物半成品快速变形，然后保持形变，在较短的时间内冷却到玻璃化或结晶温度一下，使成型物的形变被冻结下来-二次成型的粘弹性原理二次成型只适用于Tg比室温高得多的热塑性聚合物。聚合物的可挤压性聚合物通过挤压作用形变时获得一定形状并保持这种形变的能力。如物料在挤出机和注射机料筒中、压延机辊筒间均会受到挤压作用。

熔体流动速率(MFR)：在给定温度和给定负荷下，熔体在10min内通过标准毛细管的重量。单位为g/10min加工方法产品材料的MFR加工方法产品材料的MFR挤出成型管材片材、瓶

＜0.1注射成型瓶(玻璃状)胶片(流延膜)1~29~15薄壁管电线电缆薄片单丝0.1~1涂布真空成型模压制件薄壁制件涂敷纸制件1~23~69~150.2~0.5成型方法与材料熔体流动速率的对应关系0.1~0.50.5~1高分子材料的成型性能聚合物的可模塑性聚合物在温度和压力作用下发生形变并在模具型腔中模制成型的能力。可模塑性要求在注射、挤出、模压等成型过程中，聚合物熔体能充满模具型腔，获得有一定密实度、具有所需的尺寸精度和使用性能的合格制品。可模塑性取决于聚合物本身的属性（如流变性、热性能、物理力学性能以及热固性塑料的化学反应性能等），工艺因素（温度、压力、成型周期等）以及模具结构尺寸。螺旋流动试验模具示意图螺旋线流动截面高分子材料的成型性能聚合物的可延性非晶性或半结晶聚合物在受到压延或拉伸时形变的能力。利用聚合物的可延性，通过压延和拉伸工艺可生产片材、薄膜和纤维。非晶态聚合物在不同温度下的应力-应变曲线高分子材料的成型性能温度低于脆化温度，材料呈脆性，此时断裂应力小于屈服应力（σb<σy），材料仅发生可恢复的普弹形变；

3温度高于脆化温度但仍低于玻璃化温度，材料具有韧性，此时σb>σy，在外力作用下，被冻结的大分子链段开始运动，出现强迫高弹态所具有的不可复大形变。4温度高于玻璃化温度而低于粘流温度时，材料容易在外力作用下发生宏观的不可复塑性与延伸变形，被逐渐拉沈变细、变薄。高分子材料的最终结构和性能比其他材料更强烈依赖于制备和加工过程制品中(冻结)的形态和结构热、应力场形态和结构形成、发展和演化制品使用性能制品性能高分子材料注塑挤出…制品聚合物成型加工-形态-性能关系二、高分子材料在加工中的结构变化高分子的结晶高分子的取向高分子的降解高分子的交联高分子材料结晶与性能的关系对于结晶性高分子，在塑料成型加工中，常伴随着结晶度、晶粒尺寸、甚至晶型结构的变化。结晶作用可使大分子链段排列规整，分子间作用力增强，因而使制品的密度、刚度、拉伸强度、硬度、耐热性、抗溶性、气密性和耐化学腐蚀性等性能提高，而依赖于链段运动的有关性能，如弹性、断裂伸长率、冲击强度则有所下降。结晶度升高可使材料的软化点和热变形温度有所提高，透明性下降，但降低晶粒尺寸，可改善透明性。结晶性塑料成型时，成型收缩率较大，易产生缩孔状凹斑或空洞。高分子材料的结晶

高分子材料的结晶能力首先与分子链的结构有关，其次也与成型条件、后处理方式及添加成核剂等有关。聚合物的链结构与结晶性高分子材料的结晶

链结构简单，重复结构单元较小，相对分子量适中主链上不带或只带极少得支链主链化学对称性好，取代基不大且对称规整性好高分子链的刚柔性及分子间作用力适中有利于结晶的因素成型中影响结晶的因素-冷却速度应力

冷却速度慢，聚合物的结晶过程接近于等温静态过程，结晶从均相成核作用开始，在制品中容易形成大的球晶。而大的球晶结构使制品发脆，力学性能下降，同时冷却速度慢，加大了成型周期，并因冷却程度不够而易使制品扭曲变形。所以,大多数成型过程很少采用缓慢的冷却速度。冷却速度快，熔体的过冷程度大，骤冷甚至使聚合物来不及结晶而成为过冷液体的非晶结构，使制品体积松散。而在厚制品内部仍可形成微晶结构，这样由于内外结晶程度不均匀，会使制品产生内应力。同时由于制品中的微晶和过冷液体结构不稳定，成型后的继续结晶会改变制品的形状尺寸和力学性能。高分子材料的结晶成型中影响结晶的因素-应力塑料在挤出、注射、压延、模压和薄膜拉伸等成型过程中，由于受到高应力的作用而使聚合物的结晶作用加快。这是因为在应力作用下聚合物熔体的取向，起到了诱发成核的作用(在拉伸和剪切应力作用下，大分子沿力方向伸直并排成有序排列，有利于晶核形成和晶体的生长)，使结晶速度增加。熔体的结晶度还随压力的增加而提高，并且压力能使熔体结晶温度升高。应力对晶体的结构和形态也有影响。例如在剪切应力或拉伸应力作用下，塑料熔体中往往生成一长串的纤维状晶体。压力也能影响球晶的大小和形状，低压下形成的是大而完整的球晶，高压下则生成小而形状不规则的球晶。

高分子材料的结晶成型后的后处理方法与结晶性二次结晶：指一次结晶后，在残留的非晶区和结晶不完整的部分区域内，继续结晶并逐步完善的过程。后结晶：指一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶的过程。在这个过程中，不形成新的结晶区，而在球晶界面上使晶体进一步长大，是初结晶的继续。后收缩：指制品脱模后，在室温下存放1h后所发生的、到不再收缩时为止的收缩率。----上述情况的出现，将引起晶粒变粗、产生内应力、造成制品翘曲、开裂等弊病，冲击韧性变差。在成型加工后，往往要对大型或精密制品进行必要的处理。以消除内应力，防止后结晶和二次结晶，提高结晶度，稳定结晶形态，改善和提高制品性能和尺寸稳定性。高分子材料的结晶成型后的后处理方法与结晶性退火：将制品加热到熔点以下的某一温度（一般在制品使用温度以下10~20℃，或热变形温度以下10~20℃，以等温或缓慢变温的方式使结晶逐渐完善化的过程。

如，PA的薄壁制品采用快冷，为微小球晶，结晶度仅10%；采用慢冷再退火，可得到尺寸较大的球晶，结晶度可达50~60%。淬火（骤冷）：将熔融或半熔融状态的结晶性高分子，在该温度下保持一段时间后，快速冷却使其来不及结晶，以改善制品的冲击性能。

如，聚三氟氯乙烯(PCTFE)通常情况下结晶度可达85~90%，密度、硬度、刚性均较高，但不耐冲击，用作涂层时容易剥落。采用淬火，结晶度仅35~40%，冲击韧性提高，成为较理想的化工设备防腐涂料。高分子材料的结晶成核剂与结晶性在不完全结晶的聚合物中加入成核剂可以改变其结晶行为，使结晶由异相成核开始，加快结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化，达到缩短成型周期、提高制品透明性、表面光泽、抗拉强度、刚性、热变形温度、抗冲击性、抗蠕变性等物理机械性能。

高分子材料的结晶如，PET的热变形温度和弹性模量均比PBT高，但其最大的缺点是结晶温度高（PET约140℃,而PBT约80℃），结晶速度慢，因此，成型周期长，生产成本高。通过加入成核剂可使其最大结晶温度降至80℃

。在PP中加入成核剂，可以加速结晶，减小球晶的尺寸，使PP的透明性、光泽度、刚性、热变形温度和成型周期等都得到显著改善，大大拓宽PP的应用领域。

高分子材料的取向高分子材料的取向在成型过程中，聚合物分子和某些纤维状填料受到剪切流动或受力拉伸时，不可避免地沿受力方向作平行排列。取向会造成高分子材料的性能呈现各向异性。在取向后，沿取向方向材料的物理机械性能：如拉伸强度、冲击强度、弹性模量等性能都会有很大提高。单轴取向时，取向方向（纵向）和垂直于取向方向（横向）强度不一样，纵向强度增加，横向减少。取向还使材料的光学性能、线膨胀系数等发生变化，如，取向后的材料具有双折射现象等。高分子材料取向与性能的关系液晶聚合物注射制品的取向度流动取向：分子链、链段和纤维填料沿流动方向的取向。

高分子材料的取向温度梯度取向度72%85%69%59%69%85%72%表层次表层中间层中心层Tv速度梯度取向解取向

熔体在管道或型腔中流动时的取向流动取向拉伸取向单轴拉伸双轴拉伸取向高分子材料的取向流动取向注塑成型时聚合物熔体中纤维填料在扇形之间中的流动取向过程注塑成型时影响流动取向的主要因素①随着塑模温度、制品厚度(即型腔的深度)、塑料进模时的温度等的增加，分子取向程度即有减弱的趋势；②增加浇口长度、压力和充满塑模的时问，分子取向程度也随之增加；③分子取向程度与浇口安设的位置和形状有很大关系，为减少分子取向程度，浇口最好设在型腔深度较大的部位。

流动取向会造成制品各向异性，存在内应力，一般不希望在制品中存在取向。但有时又可以利用取向。利用流动取向的“铰链”形制品高分子材料的取向

拉伸取向

分子链、链段、片晶、晶带等结构单元在拉伸应力作用下沿受力方向的取向。影响拉伸取向的因素：拉伸温度、拉伸速度、拉伸比、冷却速度。拉伸温度范围应在玻璃化温度到粘流温度或熔点之间。在此温度范围内，在给定拉伸比和拉伸速度的情况下，拉伸温度越低取向度越高。在给定拉伸比和给定温度下，拉伸速度越大则所得分子取向度越高。在给定拉伸速度和定温下，拉伸比越大，取向程度越高，薄膜的拉伸强度越大。不管拉伸情况如何，骤冷的速率越大，能保持取向的程度越高。

高分子材料的取向高分子材料在成型、储存或使用过程中，由外界因素-物理的（热、力、光、电、超声波、核辐射等）、化学的（氧、水、酸、碱、胺等）及生物的（霉菌、昆虫等）作用下所发生的聚合度减小的过程--高分子材料的降解。降解的实质

断链交联主链化学结构改变侧基改变以上四种作用的综合

高分子材料的降解热降解热降解属自由基链式反应，首先是从分子中最弱的化学键开始的。

化学键的强弱次序：C—F>C—H(烯和烷)>C—C(脂链)>C—Cl主链中各种C—C键的强度：

…C—C—C…>…C—C—C…>…C—C—C…CCC容易发生热降解的聚合物有PVC、PVDC、POM等有效防止的方法：加入热稳定剂，尽量减少高温停留的时间

高分子材料的降解力降解

聚合物在成型过程中常因粉碎、研磨、高速搅拌、混炼、挤压等受到剪切和拉伸应力而降解。

力降解的影响因素

聚合物相对分子质量越大的，越容易发生力降解。施加的应力愈大时，降解速率也愈大，而最终生成的断裂分子链段却愈短。一定大小的应力，只能使分子断裂到一定的长度。当全部分子链都已断裂到施加的应力所能降解的长度后，力降解将不再继续。聚合物在提高温度与有增塑剂的情况下，力降解的倾向趋弱。

高分子材料的降解氧化降解大多数情况下，氧化是以链式反应进行的。聚合物首先通过热或其它能源的引发形成自由基。随之自由基与氧结合形成过氧化自由基，过氧化自由基又与聚合物作用形成过氧氢化物和另一个自由基。在常温下，绝大多数聚合物都能和氧气发生极为缓慢的作用，只有在热、紫外辐射等的联合作用下，氧化作用才比较显著。

有效防止的方法：加入光稳定剂、抗氧剂，防止高温与氧接触。

高分子材料的降解水解

如果聚合物结构中含有酰胺基、酯基等可能发生水解的化学基团时，则可能因水解而降解。如：聚酰胺（尼龙）、聚酯（PET、PBT）有效防止的方法：在成型前对原料进行充分干燥。高分子材料的降解高分子材料的交联交联是在成型过程中，线性大分子链间以新的化学键连接，形成三维网状或体形结构的反应。热固性塑料，在尚未成型时，其主要组成物(树脂)都是线性或带有支链的聚合物。与热塑性塑料中线性聚合物分子的不同点在于：这些线性聚合物的大分子链中都带有反应基团(如羟甲基等)或反应活点(如不饱和键等)。成型时，这些分子通过自带的反应基团的作用或自带反应活点与交联剂(也称硬化剂)的作用而交联在一起。交联聚合物与线性聚合物相比，其力学强度、耐热性、耐溶剂性、化学稳定性和制品的尺寸稳定性均较高。通过交联还可对某些热塑性聚合物进行改性。高分子材料的交联热固性塑料的交联过程分为三个阶段甲阶乙阶丙阶甲阶：这一阶段的树脂是既可以溶解又可以熔化的物质。乙阶：分子间产生部分交联键，此时树脂的可溶、可熔性下降，但仍然是可塑的。丙阶：此阶段分子间形成网状结构，树脂达到不熔不溶的深度交联。

交联度：已经发生作用的基团或活点对原有反应基团或活点的比值。

熟化或硬化高分子材料的交联基本成分填料或增强材料添加剂（助剂）三、塑料的组成与配制

塑料的组成基本成分：一种或多种合成或天然高分子材料填料或增强材料：前者以降低成本为主要目的，后者以提高材料物理力学性能为主要目的。常用的有：碳酸钙、滑石粉、云母粉、硅灰石、玻璃纤维、碳纤维等等添加剂（助剂）：高分子材料合成与加工过程中加入的各种辅助性化学物质，一般用量比较少，却是实现高分子材料成型加工工艺，并最大限度发挥材料性能或赋予其特殊功能所必不可少的辅助成分。润滑剂：可以改进塑料的流动性，减少或避免与设备的摩擦和黏附，改进制品的表面光亮度的助剂。塑料的组成与配制

稳定剂：抑制高分子材料在加工和使用过程中的降解、老化。

如，热稳剂、光稳定剂、抗氧剂、抗臭氧剂、生物抑制剂

增塑剂:为降低塑料的软化温度，提高其加工性、柔软性或延展性，而加入的可以降低大分子间作用力的低挥发性物质。热稳剂和增塑剂是PVC加工和使用中必不可少的添加剂塑料中常用的添加剂：抗静电剂：可以降低塑料制品表面电阻，防止其表面聚积电荷的助剂。阻燃剂：可以降低塑料的燃着倾向和程度，或降低燃烧速率和火焰传播速率的助剂。填充剂与增强剂：偶联剂：可以改进塑料与填充剂或增强剂界面间相互作用的助剂。相容剂：塑料共混改性时，用于改进两种相容性较差的塑料间界面作用的高分子。着色剂、发泡剂、开口剂、防雾剂、铜抑制剂……塑料的组成与配制塑料中常用的添加剂：塑料的组成与配制热塑性塑料的配制

树脂

助剂

热固性塑料的配制粉状配料：

单体熔融共混开炼机、密炼机挤出螺杆挤出机切粒机切粒包装缩聚达到一定粘度即一定分子量的树脂+助剂干燥粉碎过筛包装模口

初混冷却高混机热固性塑料的配制团块状料的配制

单体层压板、棒材的制备

塑料的组成与配制缩聚树脂一定粘度的胶液溶剂纤维增强剂

+团状料烘干包装配制树脂胶液（含固化剂）

浸渍增强剂（纸张、织物）烘干压制固化

挤出成型注射成型

中空吹塑成型压延成型

热成型泡沫塑料成型（干法）流延成型热塑性塑料的加工方法：其他：溶液成型（各种铸塑成型、流延、涂覆），制品的二次加工（机械加工、表面处理、焊接…..)第四节塑料成型的工程原理一、挤出成型挤出成型（口模成型）将物料从挤出机中通过加热、混合、加压，以流动状态连续通过口模成型的方法。挤出成型设备挤出机辅助设备柱塞式挤出机—间歇式螺杆挤出机—连续式原料输送、干燥、混合（捏合）设备定型、冷却、牵引、卷取、切割设备挤出工艺的控制设备管材挤出挤出成型设备-单螺杆挤出机传动装置加料装置机筒螺杆机头与口模料斗冷却区机座传动装置料斗单螺杆挤出机结构示意图料筒加热器热电偶料筒螺杆单螺杆挤出机结构机头机头加热器过滤网和多孔板传动装置：包括电机、减速器、轴承。能够无级变速，能保证在正常工作时，不管螺杆的负荷是否变化，螺杆的转速能保持恒定，从而保证挤出量的稳定和制品质量的均匀性加料装置：锥形料斗（可带磁力架、干燥、搅拌或强制喂料等装置）挤出成型设备-单螺杆挤出机料斗冷却区机座传动装置料斗单螺杆挤出机结构示意图料筒加热器热电偶料筒螺杆机头机头加热器过滤网和多孔板机筒：是一个受热受压的金属圆筒。由耐温、耐压、高强、耐磨和耐腐蚀的合金钢制成。外部有分区加热和冷却装置。机筒的长度以使物料得到充分加热和塑化均匀为原则，通常为其内径的15-30倍。机筒内壁通常为光滑的，有些也刻有各种沟槽，以增大其与物料的摩擦力。螺杆：是挤出机最主要的部件。其主要作用是输送、压紧、混合和熔化固体物料，并使熔融的物料经均化、计量后以足够的压力挤出。螺杆是一根笔直而带有螺纹的圆棒，由高强、耐温、耐磨和耐腐蚀的合金钢制成。表示螺杆结构特征的基本参数：直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与机筒的间隙、螺头结构等。

螺杆结构的主要参数D-螺杆外径d-螺杆根径t-螺距W-螺槽宽度e-螺棱宽度h-螺槽深度φ-螺旋角L-螺杆长度δ-间隙挤出成型设备-单螺杆挤出机挤出成型设备-单螺杆挤出机直径D：常用来表示挤出机的大小规格。通常为45-180毫米,螺杆直径增大，加工能力提高。挤出机的生产效率与螺杆直径的平方成正比。长径比(L/D):螺杆工作部分的有效长度与直径之比，通常为18-25。。

L/D大，能改善物料温度分布，有利于塑料的混合和塑化;能减少漏流和逆流，提高挤出机的生产能力;L/D过大，塑料受热时间增长而降解;

螺杆自重增加，自由端挠曲下垂，造成螺杆与机筒的间隙不均匀，并给螺

杆和机筒的加工制造和安装带来困难;

L/D过短，易引起物料的混炼、塑化不良。压缩比：螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一个螺槽容积之比。压缩比的大小主要影响制品的密实性和加工时物料中所含空气的排出。螺槽深度：与物料的热稳定性、螺杆的塑化效率及压缩比有关，浅螺槽螺杆对物料的剪切速率较高，有利于机筒壁与物料的传热，物料混合和塑化效率高，但生产效率低；深螺槽的效果则相反。螺距、螺旋角：螺距减小，正推力增加，但螺槽容积减小。物料的形状不同，对加料段的螺旋角要求不同。螺棱宽度：太小时漏流量增加，产量降低；太大则增加动力消耗，且易产生局部过热。螺杆与机筒的间隙(δ)：

δ小，剪切作用大，有利于物料塑化；

δ太小易造成物料过热降解，并影响熔体混合效果。δ增大，生产效率下降，通常控制在0.1—0.6mm。螺头结构：多为锥形或半圆形，要尽量避免有死角造成物料滞留分解。挤出成型设备-单螺杆挤出机螺杆的结构形式1—渐变型（等距不等深）2—渐变型（等深不等距）3—突变型4—鱼雷头螺杆渐变螺杆：多用于无定形塑料的加工，对物料的剪切作用较小，特别适用于热敏性塑料的挤出。突变螺杆：具有较短的压缩比，对物料能产生巨大的剪切作用，适用于粘度低、有明显熔点的塑料，如聚酰胺、聚烯烃。鱼雷头螺杆:具有搅拌、节制物料，消除流动脉动，增大物料压力，提高塑化效率的作用。挤出成型设备-单螺杆挤出机机头与口模:通常为一整体，习惯上统称为机头。机头的作用：是将处于旋转运动的物料流体转变为平行直线流动，并均匀平稳地导入口模；口模为具有一定截面形状的通道，熔体在通过口模时取得所需的形状。

机头的主要组成：多孔板、过滤网、分流器、模芯、口模，以及校正和调整装置。其中分流器、模芯、口模的结随制品的不同而变化。

机头的种类

挤出成型设备直向机头（直通式机头）：管材、片材及其它型材角向机头(直角式机头和偏心式机头)：薄膜、线缆包覆及吹塑制品挤出成型设备管材机头：直向机头（直通式机头）和角向机头(直角式机头和偏心式机头)直通式机头结构简单，但分流器支架造成的拼接缝较明显，挤出管材的强度不及角向机头。挤出成型设备

板(片)材挤出机头：支管式、鱼尾式、衣架式、分配螺杆式等结构简单、机头体积小、重量轻、操作方便，适用于软质PVC、PE、PP、ABS、PS，但不适用于热敏性塑料，如硬PVC板，特别是透明板。结构简单、流道平滑无死角，物料容易流动，适用于热稳定性差的塑料，如PVC、POM，也适用于加工熔融粘度低的塑料。挤出成型设备

板（片）材挤出机头综合了支管式和鱼尾式机头的优点，是目前应用最多的挤板机头。消除了物料在机头内的停留时间，使流动性差、热稳定性不好的板材变得易于加工。缺点是制品上易于出波浪形痕迹，且结构复杂，制造困难。直通型机头

挤出吹塑薄膜的机头：直通式、直角式挤出成型设备适用于熔体粘度大和热敏性塑料双螺杆挤出机是在一个“∞”字形机筒内，由两根互相啮合的螺杆组成。螺杆可以是整体或组装，同向旋转或异向旋转，平行或锥形的。挤出成型设备-双螺杆挤出机双螺杆结构示意图挤出成型设备-双螺杆与单螺杆挤出机的比较在单螺杆挤出机中，物料的输送是依靠物料与机筒的摩擦力—加工成型双螺杆挤出机则为“正向输送”，有强制将物料向前输送的作用，另外，双螺杆挤出机在两根螺杆的啮合处还对物料产生剪切作用，使得物料收到较好的混合作用—混料造粒、热敏性材料的加工双螺杆的工作特性：1.强制输送作用：物料没有倒流或滞流，排气效果好2.混合作用3.自洁作用挤出成型原理加料段(固体区)：螺槽等距等深,起预热、压实、输送物料的作用。压缩段(熔融区)：螺槽深度逐渐变小，起压实熔融物料、排除气体等作用。均化段或计量段：螺槽深度通常为常数，使熔体进一步塑化均匀、并

（熔体区）将其定量定压地送入机头口模。等距等深螺槽固体切片深变浅螺槽切片熔化为熔体等深浅螺槽熔体均化螺杆的三个职能区塑料原料固体弹性体粘性流体温度、压力加料段-固体区-固体输送理论压缩段-熔融区-熔融论计量段-熔体区-熔体输送理论挤出成型原理固体输送理论—进料段料筒vFs=PAsfsFb=PAbfbr3螺杆固体塞摩擦模型固体塞运动受它与螺杆及料筒表面间摩擦力的控制

物料与螺槽和料筒壁紧密接触形成固体塞（床），以恒速移动略去螺棱与料筒的间隙、物料重力和密度变化的影响磨擦系数恒定，压力只是螺槽长度的函数固体塞在螺槽中的移动可看成在矩形通道中的运动挤出成型原理固体床理论-固体塞摩擦模型Fb=PAbfb挤出成型原理固体输送理论(a)螺槽中固体输送的理想模型（b）固体塞移动速度的矢量图提高固体输送率的途径：从结构角度，应适当增加螺槽深度，降低物料与螺杆的摩擦系数，增加物料与料筒的摩擦系数，选择适当的螺旋角从工艺角度，应冷却进料段防止物料提前软化，适当提高螺杆转速熔融理论—压缩段①与机筒表面接触的固体粒子由于机筒的传导热和摩擦热的作用首先熔化，形成熔膜②熔池的形成③熔池的扩大④全部熔融迁移面物料在挤出机中的挤出过程挤出成型原理随着螺杆的转动，筒壁上的熔膜被强制刮下来刮下的聚合物熔体移动到螺杆根部然后再次被根部扫起来形成旋转运动在螺纹推进面前方形成一熔池熔体输送理论—均化段熔体流动形式：正流、逆流、漏流、横流（1）正流(拖曳流动)

：流体沿着螺槽向机头方向的流动；

是螺杆旋转时螺纹斜棱的推力作用造成。

（2）逆流（压力流动）：方向与正流相反；是由机头（压力高）到加料口（压力低）的压力梯度所引起的逆向流动。熔体在螺槽内的流速分布图挤出成型原理熔体输送—均化段（3）漏流

和逆流一样，也是由压力梯度引起的。是产生在螺杆突棱与机筒间隙中的一种压力逆流。漏流的流速比正流和逆流小得多。（4）横流

沿垂直于螺纹线方向的流动（环流）。横流对物料的混合、热交换和塑化起着重要作用，但对流体总的流动量基本无影响。塑料熔体在螺槽中混合流动示意图如右图所示，物料在均化段的流动是以上四种流动的组合，物料在螺槽中以螺旋形式的轨迹向前移动挤出成型原理挤出成型原理挤出机的生产能力（1）如果挤出物流动性较大（K较大，η较小），则挤出量Qm对机头压力的敏感性较大，不宜采取挤出方法加工。（2）正流与螺槽深度H2成正比，逆流与H2的立方或多次方成正比，压力较低时，浅槽螺杆的挤出量比深槽螺杆挤出量低，当压力增至一定程度后，其情况正相反，说明深槽螺杆对压力的敏感性比浅槽螺杆大。推论：D-螺杆直径N-螺杆转速挤出成型工艺原料的准备挤出机加热开动挤出机挤出成型定型冷却牵引后处理成品

管材挤出

1-挤管2-冷却及定型3-牵引4-切断

卷取（切割）加料挤出成型工艺1.准备阶段根据物料性质的不同，对其进行适当的干燥，使物料的含水率控制在生产许可的范围。通常小于0.5%根据物料性质的不同,设定挤出机料筒各加热段和机头

口模的温度，并进行加热。2.挤出成型

挤出成型时，物料的温度、螺杆的转速、机头和口模

的压力等工艺条件直接影响着生产的正常进行和制品

的质量。

挤出成型工艺螺杆转速和温度对压力的影响（3）压力适度增加机头和口模压力，可以提高制品密度和形状稳定性挤出过程的工艺条件（1）温度

温度降低，物料粘度增大，挤出压力增加，制品密度大，性状稳定，，但挤出膨胀较严重；温度提高有利于物料的塑化，并导致物料粘度和熔体挤出压力降低，挤出成型出料快。但温度太高时，导致制品形状稳定性差、不易定型、甚至发黄，出现气泡。（2）螺杆转速增大螺杆转速，能强化对物料的剪切作用，有利于物料的混合和塑化，并提高了同种物料的压力。但转速太快影响冷却定型。3.定型与冷却

热塑性塑料出口模后仍处于高温熔融状态，具有很大的塑性变形能力，若不及时定型和冷却，制品在重力作用下会变形，出现凹陷或扭曲现象。冷却一般采取空气或水冷。结晶和软质聚合物宜快速冷却，无定形和硬质物料宜慢冷；薄型制品宜快冷，厚型制品宜慢冷。挤出成型工艺管材的定型与冷却挤出成型工艺板材片材的定型与冷却：压辊挤出成型工艺挤出吹膜定型与冷却（1）吹胀与牵伸δ=薄膜厚度cabc-机头口模环形缝隙宽度挤出成型工艺（2）冷却方式：外部空气冷却内外同时空气冷却外部水浴冷却挤出吹塑薄膜的冻结线与泡型的关系冻结线适中，则冷却适中，薄膜冷却均匀，表面光滑，薄膜质量好；冻结线过高，则冷却过于缓慢，结晶度增加，透明度下降，纵向取向增加；冻结线过低，则是冷却过急，冷却时间过短，薄膜易产生内应力，薄膜发脆，表面粗燥。挤出吹膜定型与冷却4.牵引和后处理

牵引的作用（1）保持挤出物的稳定性。（2）消除离模膨胀引起的尺寸变化。（3）使制品产生一定程度的取向，提高轴向强度和刚度。后处理的作用（1）提高尺寸稳定性。（2）消除内应力。挤出成型工艺挤出成型产品的不均匀性：纵向不均匀性、横向不均匀性1.工艺条件不正常：纵向不均匀性2.机头与口模设计不合理：横向不均匀性理论上口模包括三个功能各异的几何区域：（1）口模集流腔。把流入口模的熔体分布在整个截面上，该断面的形状与最终产品相似。（2）过渡流道。使熔体以流线形流入最终的口模出口。（3）模唇。赋予挤出物以适当的断面形状，并使熔体“忘记”在区域(1)和(2)中不均匀的流动历史。挤出成型制品的不均匀性及影响因素

出物注射成型设备注塑机：注射系统、锁模系统注塑模具注塑机

二、注射成型注射系统:主要的作用是塑化、压实物料，并将定量的熔体以足够的压力和速度注入到模具的模腔。包括：加料装置、料筒、螺杆（或柱塞及分流梭）、

喷嘴加料装置：料斗，必要时加计量和干燥装置料筒：物料加热和加压的容器，决定注塑机的最大注塑

量。材质要求能耐压、耐热、耐疲劳、抗腐蚀、传热性

好。料筒外部配有分段加热装置，并有温度显示和控制。注射成型设备螺杆：对物料进行输送、压实、塑化和施压。其结构类似于挤出机螺杆，不同之处在于：注射成型设备1.注塑螺杆在旋转时有轴向位移，能前后移动2.注塑螺杆长径比和压缩比较小3.注塑螺杆的加料段较长4.注塑螺杆的均化段较短，螺槽较深5.为防止出现熔料积存/回流现象，螺杆头部结构要做特别考虑，一般η大的塑料，用锥行尖头；η小的塑料，必须装止逆环以防回流

注射成型设备喷嘴：连接料筒和模具的过渡部分。喷嘴的内径不大，

具有保持较高注射压力和速度，使用物料进一步塑化的

作用。常用的喷嘴有直通式、弹簧针阀式、自锁式等。注嘴射成型设备喷嘴的结构形式、喷孔大小以及制造精度直接影响熔料的压力和温度损失、射程远近、补缩作用的优劣以及是否产生“流延”现象。应根据塑料的性能和制品的特点来选择喷嘴。对厚壁制品和热稳定性差、粘度高的塑料（如聚氯乙烯）应选择流道阻力小、剪切作用较小的大孔径直通式喷嘴；对形状复杂的薄壁制品应选小孔径、射程远的喷嘴；对于聚碳酸酯、聚甲醛、等粘度对温度较敏感的高粘度物料，应选择带加热装置的延伸型直通式喷嘴；对粘度低，熔融温度范围窄的塑料，为防止“流延”，应选择弹簧针阀式或自锁式喷嘴。注塑模具：在注塑成型中赋予塑料一定的形状和尺寸。注射成型设备典型注射模具结构1-定位环2-主流道衬套3-定模底板4-定模板

5-动模板6-动模垫板

7-模座8-顶出板9-顶出底板

10-回程杆11-顶出杆12-导向柱13-凸模14-凹模15-冷却水通道模具闭合时模具打开时注塑模具注射成型设备组成排气结构成型部件(1)凸模(型芯）(2)凹模(3)嵌件(将熔融塑料由注塑机喷嘴引向型腔的流道)浇注系统(1)主流道(2)分流道(3)浇口(4)冷料井（穴）结构部件(1)导向机构：导柱、导套（或导向孔）(2)脱模装置：推杆脱模、推板脱模和推管脱模等(3)抽芯机构加热和冷却装置浇注系统实例(合模时构成型腔)锁模系统：保证成型模具可靠地闭合和实现模具的开启。包括：固定模板、移动模板、启闭模及锁合机构、顶出装置锁模力：通常用锁模力的大小和最大注塑量（一次所能注射聚苯乙烯的克重）表示注塑机的规格注射成型设备机械锁模装置液压式锁模装置液压-机械组合式锁模装置

注射成型的工艺过程成型前的准备注射成型制品的后处理

成型前的准备

原料的预处理:干燥、着色料筒的清洗：初次使用的注塑机、更换物料、改变颜色嵌件的预热：预热金属嵌件，减少嵌件周围的内应力脱模剂的选择

注射成型制件的后处理

热处理：消除内应力调湿处理：聚酰胺类制品用热水调湿处理（防止氧化、提高柔韧性）

注射成型的工艺过程注射充模:

螺杆在注射油缸的推力最用下向前运动，使计量室中的熔体经过喷嘴和模具的浇注系统快速充满模腔的过程。保压、固化：螺杆继续向前做微小位移，熔体在高压下慢速流动，实现补缩，使制品致密，直至浇口凝封，制品冷却固化。脱模：磨具打开，固化完全的制品在顶出机构的作用下脱离模具。

注射成型合模、塑化、计量:

塑化是物料经加热、压实及混合后变成均匀熔体的过程。这个过程中，螺杆边旋转边后退，把熔体从均化段的螺槽中向前挤出，使之汇集在螺杆头部的空间里，形成计量室，并建立熔体压力（背压）。温度：料筒温度喷嘴温度模具温度—影响塑料的流动与冷却

应该根据各种塑料的特性（流动温度Tf、熔点Tm、分解温度Td，是否加入填料或增强材料、增塑剂等）、制品和模具的结构特点，并配合其他的工艺条件确定适当的料筒温度和喷嘴温度。模具温度的确定也应根据加工塑料的性能、制品性能、制品的形状与尺寸及其他的工艺条件综合考虑。对熔体粘度大的塑料模温较高，熔体粘度小的模温则较低；要考虑模温对塑料结晶、取向、制品内应力和各种物理机械性能的影响；模温通常应低于塑料的玻璃化温度或不引起制件变形的温度。

注射成型工艺参数影响塑料的塑化与流动温度、压力、注射时间（周期）、注射速度压力塑化压力（背压）：螺杆顶部熔料在螺杆后退时所受到的压力。增加背压，可加强剪切作用，使熔体温度均匀、色料混合均匀，并有利于熔体气体的排除。但增加背压，会减小塑化效率、延长成型周期，易引起热稳定性差的塑料发生降解。注射压力：克服固体塑料粒子和熔体在料筒和喷嘴中流动时所引起的阻力；克服浇注系统和型腔对塑料熔体的流动阻力，使熔体获得足够的充模速度和流动长度，从而在其冷却前充满型腔。注射过程中，注射压力增大，塑料充模速度加快，流动长度增加，制品的熔接强度和密度提高；对形状复杂和薄壁制品，宜采用较高注射压力；对熔体粘度大的材料也应采用较高注射压力；但制品中的内应力常随注射压力的增加而增大。保压压力：制品在模具内边冷却边收缩，为补缩需要继续维持熔体流动的注射压力。通常提高保压压力和保压时间，有利于提高制品密度、减小收缩率，但会增加内应力，造成脱模困难。

注射成型工艺参数注射周期：完成一次注塑成型所需的时间包括：注射、保压、冷却和加料时间、开闭模及其它辅助作业时间注射速度：单位时间内注入模腔中熔体的体积。高速充填，可以维持熔体有较高的温度和较低的粘度，因而使流动长度增加，制品的熔接强度提高，内应力增大；慢速注射时，熔体以层流形式流动，能顺利排出气体，制品质量较均匀。

注射成型工艺参数(a)

过慢注射速度(b)过高注射速度*部分塑料的注塑工艺参加课本P311塑料材料通用材料的多功能化、高性能化

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