《塑料成型工艺学》课件

塑料成型工艺学2021/3/81绪论一.塑料及其特性1.三大合成材料:合成塑料(syntheticplastics),纤维(fiber)和橡胶(rubber).2.定义:以树脂(resin)为主要成分,加入能够改善其加工或使用性能的添加剂(additive),在一定温度,压力或溶剂等作用下,能够塑制成设计要求的形状,并可在常温常压下保持其形状的一类材料.3.分类:根据受热后材料的热行为不同分为热塑性塑料(thermoplastic)热固性塑料(thermoset)2021/3/824.塑料总的特点质量轻(比重0.9~2.3,除泡沫塑料外比重最大的是PTFE,最轻的是聚4-甲基-1-戊烯0.8)良好的绝缘性(用作雷达,半导体,电缆的包覆材料)耐腐蚀性好优良的耐磨性和自润滑性(如聚四氟乙烯PTFE,聚碳酸酯PC,聚甲醛POM做齿轮轴承材料)易成型加工不耐老化耐热性低(耐热温度60~300℃)2021/3/83二.塑料成型加工及其在塑料工业中的地位1.塑料工业概貌

塑料工业可分为:塑料生产(树脂和半成品生产)塑料制品生产(也称塑料成型加工工业)2021/3/84图1-1从单体原料到塑料制品的生产流程示意图2021/3/85

图1-2塑料制品生产系统的组成

2.塑料成型加工成型:将各种形态的成型材料制成所需形状及尺寸的制品或坯件的过程.本书讨论的重点是塑料的成型过程2021/3/863.我国塑料成型加工工业的发展

建国初期:几乎空白,只在少数大城市有十几家小型塑料制品厂,年产几百吨的赛璐珞,酚醛胶木粉的日用塑料制品;上世纪50年代:平均每年以71%的高速增长,产品类别单一,主要是酚醛和脲醛等热固性塑料制品;60年代:由于50年代末大批量PVC树脂投产,转为生产热塑性塑料制品为主,产量以18.6%的速度递增;70年代:合成树脂产量大幅提高,产品结构变化大;80年代:应用扩展到国民经济的各个领域;90年代至今:品种及应用范围大幅扩展,许多新的成型方法和技术的应用,如CAD/CAE/CAM,使得塑料成型加工工业步入一个新的发展时期.2021/3/874.重点需要解决的问题

①共混技术的应用,以弥补聚合物的不足;②模具设计技术的改进(CAD/CAE/CAM);③节能及三废治理.三.本课程的主要内容成型加工中的基本原理,各种成型方法的工艺条件及生产控制过程(包括机械和模具等).2021/3/88

第一章塑料成型的理论基础

第一节概论聚合物成型加工时不仅形状,材料结构发生变化,材料的性质也会改变.一.聚合物的聚集态及加工性1.聚集态:成型材料的温度发生变化时,其所处的力学状态也会发生变化(主要表现在材料的变形能力上).2.聚合物的聚集态形式:主要有玻璃态,结晶态,粘流态和高弹态.无定型聚合物:玻璃态----高弹态-----粘流态如PS,PMMAT<TgTg<T<TfT>Tf结晶型聚合物:结晶态----粘流态如PE,PA,POM,PVC,PC等(真实情况下有高弹态,因为结晶度不可能是100%)2021/3/89重点:线性非结晶型聚合物(无定形聚合物)的力学状态

3.聚集态与加工性的关系①T<Tg玻璃态适于机械加工,如车削,锉削,制孔,切螺纹等.加工使用的最低温度是脆化温度Tb.②Tg<T<Tf高弹态可进行较大变形的成型加工,如压延,中空吹塑,热成型等.但此形变是可恢复的.2021/3/810③T>Tf粘流态(Tf为粘流温度)可进行变形大,形状复杂的成型如注射,挤出等.此时的力学特点是,整个分子链的运动变为可能,在外力作用下,可发生不可逆的粘流持续形变.④T>Td(降解温度),制品外观质量和力学性能下降.2021/3/811第二节聚合物的流变行为一.牛顿和非牛顿流体（一）.基础知识

1.流体在流动和变形时主要受剪切,拉伸和压缩三种应力.注射挤出时主要受剪应力;吹塑,薄膜拉伸、中空吹塑、熔体在锥形流道内的流动、单丝的生产等成型时拉伸与剪切应力同时存在;压缩应力成型时一般不予考虑.2021/3/812

2.液体在平直导管内受剪切应力而发生流动的形式有：层流和湍流两种。层流:液体主体的流动是按许多彼此平行的流层进行，同一流层之间各点的速度彼此相同，但各层之间的速度不一定相等.湍流:当流速超过临界值时，流体会出现扰动，再大会变为湍流。雷诺准数Re=D作为层流和湍流的区分系数其中D为导管的直径，v为液体的平均速度

Re<2100~2300层流通常Re<2100~4000稳态流Re>4000湍流成型时的雷诺准数通常小于10，一般为层流2021/3/8133.剪应力和剪切速率的概念剪应力：单位面积所受的剪切力=P/A（或Pa）2021/3/814剪切速率:dv/dr()2021/3/815按照流体流动时剪切应力与剪切速率的关系可将流体分为牛顿和非牛顿流体两种.（二）、牛顿流体Newtonfluid描述流体层流最简单的规律是牛顿流动定律：当有剪切应力于定温下加于两个相距为dr的液体平行层面以相对速度dv移动时（见上页图），则剪应力与剪切速率dv/dr之间呈下列线性关系：2021/3/816牛顿流体流动方程牛顿粘度Pa.s与分子结构和外界条件有关2005-4-20止2节

图2-2牛顿流体的流动曲线

2021/3/817（三）、非牛顿流体

凡是流体的流动性为不遵从牛顿流动定律的，均称为非牛顿型流体。聚合物成型过程时表现的流动性一般为非牛顿流体流动行为。如果不考虑聚合物熔体的弹性，我们将非牛顿流体归纳为粘性系统和有时间依赖性的系统。2021/3/818（Ⅰ）、粘性系统特征：在受到外力作用流动时其剪切速率只依赖于所施加剪应力的大小，根据剪应力和剪切速率的关系，又可分为假塑性流体、膨胀性流体和宾哈流体三种。表观粘度的定义：

在一定温度下不再是常数,不仅依赖于流体的组成、结构和所处温度，还随剪应力、剪切速率甚至时间而变。2021/3/8191.假塑性流体pseudoplasticfluid（1）流动方程：指数定律另一种形式其中n<1或m>1K熔体稠度的量度，n非牛顿指数，mk流动度熔体的表观粘度随着剪切应力的增加而减小，聚合物流体中最常见的形态。2021/3/820(2).剪切变稀：粘度随剪应力或剪切速率的增加而减小的现象可能的原因：①高分子链的严重不对称；②流动单元不是单个分子，而是超分子群集体，剪切速率增加，尺寸变小，减小③大分子的缠结，形成大分子的物理交链点，受到破坏后使得下降。的大小为：或2021/3/8212.膨胀性流体特点：表观粘度随剪应力的增加而上升流变方程：原因：静态时，流体勉强充满固体粒子之间的小空隙，当剪应力不大时，流体可在移动的固体粒子间充当润滑剂，表观粘度不高，但当剪应力增高时，固体粒子间的紧密堆砌就被破坏，整个体系显得有些膨胀，润滑作用受到限制，表观粘度就增大。2021/3/8223.宾哈流体特点：只有当剪应力高到屈服应力值时才发生塑性流动，且与呈线性关系流动方程：式中为刚度系数，等于流动曲线的斜率。当剪应力小于屈服应力时为固体，一旦大于该值立刻呈现流动行为，原因是流体静止时形成了凝胶结构，外力增大受到破坏开始流动。如牙膏、油漆、润滑脂、泥浆等都属于或接近宾哈流体2021/3/823三种粘性系统非牛顿流体的流动曲线2021/3/824（Ⅱ）、有时间依赖性的系统流体剪切速率不仅与所施加的剪切应力有关，还依赖于应力所施加时间的长短，又有摇溶性和振凝性流体两种1.摇溶性液体，又叫触变性流体特点：随剪切应力持续时间下降的流体为摇溶性流体，如涂料和油墨。

2021/3/825(2).振凝性流体，与上述溶液性质相反的流体。如某些浆状物和石膏的水溶液。2021/3/826目前这两种流体的具体机理尚不清楚，几种可能的解释①静止时，粒子间形成一种非永久性的次价交链点，是一种缔合现象，当受外力作用时，交链点被破坏，表观粘度下降，停止时，缔合又开始，粘度上升。②振凝性解释类似，在搅动状态下形成缔合交链，与上边作用相反。含氢键的易形成次价交链点，以上两种变化均可逆，尚未发生永久性变形，主要是溶液和聚合体又摇溶性现象，高聚物很少见。重点是掌握这几种流体的流变特点、流动方程和流动曲线形式

2021/3/827二.弹性1.流体的三种基本形变由于在熔体流动时存在剪切应力、法向应力和拉伸应力，这些里都会产生弹性形变，所以在高聚物流体中存在三种基本形变，即能量耗散形变或粘性流动、储能弹性或可回复弹性形变和破裂。典型的弹性效应是聚合物在挤出时的离模膨胀，弹性形变的实质是大分子长链的弯曲和延伸，应力解除后，还须克服内部的粘性阻滞，因而需要一定的时间。2021/3/8282.离模膨胀(模口膨胀效应,Barus巴拉斯效应,出口膨胀)(1).定义：聚合物粘弹性熔体在压力下挤出模口或离开管道出口后,熔体流柱截面直径增大而长度缩小的现象.(2).特点:①从口模挤出的制品尺寸(直径或厚度)大于口模相应尺寸②若模口截面不规则,制品出现不均匀胀大,即沿截面周边各点胀大程度不同③稳定的挤出物尺寸及形状的获得是一个缓慢的松弛过程Barus效应的存在对成型很不利,导致制品变形,扭曲,引入内应力.可通过增加口模平直部分长度,适当降低成型压力和提高成型温度,对挤出物加以适当牵引和拉伸等方法进行改善2021/3/829(3).原因:①入口效应熔体从较大储器到较小模口时流速提高,压降突然增大,产生沿流动方向的纵向速度梯度,在纵向速度梯度拉伸下,分子链沿流动方向伸展开,产生高弹形变.(若流体在口模中停留时间足够长,在入口区由于拉伸流动产生的高弹形变会全部松弛掉,否则,来不及完全松弛的形变被带出口模再松弛膨大)②剪切流动流体流动,高分子构象发生变化,分子从未受剪切时的自由卷曲状态变为沿剪切方向伸展开状态的同时储存了高弹形变,被带出口模后松弛,表现为Braus效应2021/3/8303.粘性和弹性形变聚合物熔体在受有应力时，存在粘性和弹性两种形变(1)特点：粘性变形没有回复的可能，但弹性变形可以回复。(2)松弛过程：弹性变形的发展和恢复过程松弛时间：聚合物熔体受应力作用时表观粘度对弹性模量的比值(3)变形大小的量度：无论受剪应力还是拉伸应力作用变形经历时间>松弛时间，不可回复的粘性变形为主变形经历时间<松弛时间，可恢复的弹性形变为主例如锥形流到中既存在剪切形变也有拉伸形变，但流道越长，拉伸弹性变形的贡献越小，在截面不变的流道中不存在拉伸变形2021/3/831三.流体在圆形管道内的流动假设(1):恒温下的稳态流(2):管壁处无滑移(3):粘度服从指数定律

受力分析及推导2021/3/832四.端末效应端末效应:入口端有压力降,出口端熔体先收缩后膨胀的现象叫做端末效应.原因:(1).入口端,流体从大管到小管流动要变形,但聚合物有弹性,消耗一部分能量;流体从大管到小管流动时,流体速度有变化,也要消耗能量,使得入口端压力降较大.(2).出口端,由于突然间无阻力,平均流速提高,而总流量不变,表现为流体截面减小;而后由于弹性回复的作用,熔体再膨胀.理论上的收缩程度2021/3/833五.不稳定流动unsteadyflow当聚合物熔体从挤出机口模,注射机喷嘴和流变仪毛细管流出时,随流出速率的增加,速度达到一临界值时,弹性形变过大,出现不稳定流动.流柱由------

剪切速率增大光滑----波浪型----鲨鱼皮----竹节状----螺旋形-----断裂鲨鱼皮症----|-----熔体破裂1.鲨鱼皮症:形状出现畸变的熔体流柱表面十分粗糙,与鲨鱼皮相似,常称为挤出物的”鲨鱼皮症”(使熔体柱表层破坏,不会延伸到内部)产生的原因(多认为)①由于大分子伸展产生弹性形变松弛,熔体流动时在管壁处产生周期性滑移②熔体离开流道口时受到拉伸作用,这种拉伸时大时小,使熔体表层移动速度时快时慢,流柱表面出现不同的皱纹.2021/3/8342.熔体破裂:挤出物表面出现凸凹不平或外形发生畸变及断裂的总称.原因是弹性变形,但机理不十分清楚.一般认为:当剪应力增大到临界值时易发生;熔体在粗细管接口处,发生流线中断,弹性破裂(例如设计机头处若有死角,会产生”酒杯”效应,易出现大的变形如熔体破裂.临界剪应力为105~106Pa,过高会陆续将死角料带走,表面产生缺陷,因此机头尽量设计成流线型).2021/3/835第四节聚合物的结晶crystallization聚合物结晶包括两个阶段:晶核的生成和晶体生长,结晶温度范围在玻璃化Tg与熔点Tm之间。结晶形态：单晶，球晶，串晶，柱晶，伸直链晶等影响聚合物结晶的主要因素①化学结构简单，链较规整的聚合物易结晶；②分子间作用力强易结晶，如带氢键的聚酰胺；③分子链节小，柔顺性差易结晶；④有相同单体的缩聚，加聚物相比，加聚物易结晶；⑤模具温度高易结晶。结晶对聚合物性能的影响用一种聚合物在晶态和非晶态下的性能对比做说明：如聚对苯二甲酸乙二酯Tg(℃)比重非晶态：室温下透明671.33晶态：室温下不透明871.455一般结晶性聚合物呈乳白不透明状，是因为光线在晶区，非晶区界面处反射和折射的结果。但若晶区和非晶区密度接近或晶区尺寸小于可见光波长，结晶聚合物也可能有良好的透明性。2021/3/836

第五节成型过程中的定向作用orientation1.定向：聚合物的链段，分子链，结晶聚合物的晶片及具有几何不对称性的纤维状填料，在外力作用下做某种形式和程度的排列，叫定向或取向。2.分类：根据外力作用方式不同分为：流动取向，聚合物处于流动状态时，由于受剪切力作用流动，取向单元沿流动方向所做的平行排列；拉伸取向，取向单元在拉伸力作用下产生，并特指热塑性塑料在Tg～Tm之间发生的取向。有用：可使制品在拉伸方向上的强度和光泽提高有害：无论何种取向，都会使制品性能表现为各向异性，造成制品内应力，翘曲变形，沿与取向方向垂直方向上的力学及其它性能变劣，取向后热收缩率变大等，都应极力避免。成型时的流动取向，可分为填充物和聚合物分子取向例如纤维会在剪应力作用下发生定向排列。定向特点①一般定向方向与流动方向一致②其产生主要依赖与剪切应力而非温度③制品使用时不会解取向2021/3/837

概述塑料成型时常用的物料形态有四种：粉料、粒料、溶液和分散体，其中粉料用的最多。本章主要介绍热塑性塑料中各组分的工作原理、配制方法及成型工艺性能。

第二章成型用物料及其配制2021/3/838第一节粉料及粒料的制备一.粉料及粒料的组成聚合物,要求为均一连续相，还要考虑其相对分子量大小及分布，颗粒大小结构，与填料作用的难易等助剂,增塑剂、稳定剂、填充剂、增强剂等。P45自学（作用、特点及种类）二.制备过程2021/3/8391.预处理方式：过筛（如做薄膜用的PVC粒子）；吸磁；预热；制浆料；三辊磨研磨等2.混合的含义工业上的混合有两方面的含义：简单混合和分散混合①．简单混合：具有两种以上组分的物料，无论在其任何部位的组成比例均相同的操作，只使各组分做空间无规分布②．分散混合：除增加各组分空间无规分布外，还要求组分聚集体尺寸减小，除增加粒子的无规程度，还有粒子尺寸的减小。实际进行的混合多是在简单混合和分散混合并存情况下完成的.2021/3/840三.混合的基本原理润性物料：配制物料时常在粉状固态聚合物中加入相当数量液态助剂的物料叫润性物料，反之叫非润性物料。1.几种常见的混合方式①混合：固态组分间，如粉状组分与小颗粒状组分的混合，可用于非润性物料的混合。②捏合：液态与固性物料的混合，在捏合机中借助强剪切作用充分混合，可用做润性或非润性物料，一般固态料多或固液差不多时的混合③塑炼（混炼）：用于塑性与固性或塑性料间的混合，借助热或机械功，在熔融状态下与其它组分均匀混合。2021/3/8412.混合机理物料间的均匀混合要借助三种力的作用:剪切、对流、扩散(1).扩散：靠各组分间浓度差推动微粒从浓度高向浓度低的区域迁移。（对固、液态物料，这种作用不明显）(2).对流：靠各组分在外界因素下向其它组分所占空间流动，达到各组分在空间上的均匀分布（主要手段为机械搅拌）(3).剪切：机械作用产生剪切力使物料各组分的物料块形变甚至分离崩溃，达到均一混合的目的（物料初混以对流为主，塑炼主要靠剪切作用）2021/3/8423.混合程度的评价：P61液态物料：各组分比例与平均比例相似相等为混匀固态物料：一方面是组成的均匀程度：从混合物中随机取样分析测定，所得某一组分的百分含量与理论或总体百分含量的差值；另一方面是看相邻同一组分间的距离，越小分散得越好。四.初混和过程1.非润性物料：以树脂、稳定剂、色料、填充剂、润滑剂的顺序加入混合设备；2.润性物料：树脂、增塑剂、稳定剂、其它助剂投料3.常用初混合设备①．转鼓式混合机，靠混合室的转动来完成。用于非润性物料的混合②．螺带式混合机，多用在高速捏合后物料的冷却上，也叫冷混合机③．捏合机，混合时间长，均匀性差，效率较前两者高④．高速捏合机2021/3/843五.初混物的塑炼

1.选用粒料的原因：混匀程度高；提高物料的塑性；缩短成型时的塑化时间；成型工艺性能得以提高。2.塑炼的目的：借助加热和剪切力使聚合物在熔化、剪切、混合等作用下驱出其中的挥发物并进一步分散其中的不均匀组分，同时具有相当的塑性。3.塑炼前初混的原因：①先使原料获得一定的均匀性（塑炼条件苛刻，设备承载能力低）②不初混，塑炼时间过长物料易降解（为混匀要加长时间，温度上升，易使物料降解）4.要控制的工艺条件：塑炼时间、温度、剪切力、用双辊塑炼机的翻转次数5.塑炼终点的判断：可用撕力机测定材料的撕力来判断，生产中一般依经验确定，即用刀切开塑炼料，截面上不显毛粒，并且颜色和质量均齐匀即可。

2021/3/8445.设备①.双辊机（开炼机）②.密炼机③.挤出机六.造粒或粉碎目的均为减小固体尺寸，基本的作用有：压缩、冲击、磨擦和切割,所用的设备有挤出机、造粒机、粉碎机等2021/3/845七.热固性材料（多用粉料）制备：初混、塑炼、粉碎、研磨、过筛八.粉料和粒料的工艺性能1.热固性塑料⑴．收缩性：成型塑料制品尺寸或体积小于型腔相应尺寸或体积的现象。①．收缩率L0为模具尺寸L：制品尺寸P77②．原因：a.固化收缩；b.弹性回复；c.塑性变形；d.热收缩③．降低收缩率的措施：适当提高注射压力、注射速度、增大浇口和流道尺寸，增加浇口数目；制品退火处理；预热；严格遵守工艺规程和采用不溢式模具等。（2）.流动性：热固性材料因受热、受压软化而移动的性能，会影响材料的充模能力。①．三种测定方法：测流程、流动时间、流程时间（流动速度）法（第一种方法最简单，我国通用拉西格法P72图3－12。将7.5~10g热固性塑料粉置于型腔直径为28mm的冷压模中，在（502）MPa压力下压成冷坯，放入（150）℃的拉西格模具加料室中，以8.5mm/s的速度压至规定压力(30MPa)或在20s内使压力达到(301)MPa,保压1~3min开模,测定成型物光滑部分长度(mm计)）2021/3/846②.影响流动性的因素材料本身模具及成型工艺（3）.水分及挥发分含量，测定方法：将约5g料放入温度为100～105℃烘箱中半小时，取出称重，烘后重量损失百分率即为水分及挥发分含量。（4）.细度和均匀度细度又称粉末度、细末度，指塑料颗粒直径的大小，用mm表示。（颗粒小，可提高制品外观质量，但太小，压制时包入的空气不易排出，脱模后会起泡）均匀度：塑料颗粒直径大小的差异程度或称分散程度通常通过筛分析衡量，先过粗筛，再过细筛，将颗粒分级，区别选用。（5）.压缩率为塑料表观密度压缩率K越大，所需模具装料室越大，耗模材还不利于压制时加热，带入的空气增加，不利于成型，降低K的方法：预压（6）.硬化速率：用塑料压制标准试样（直径100mm,厚0.2mm的圆片）时使制品物理，化学性能达到最佳值时的速率s/mm厚，该值小，硬化速率越大测定方法：绘制标准试样的性能/压制时间曲线，从曲线上确定最好的硬化时间图3－13。2．热塑性塑料（除硬化速率外，其它与热固性塑料相同）2021/3/847第三节溶液一.组成溶质，聚合物及有关助剂溶剂，烃、芳烃、氯代烃、酯、醚、醇等二.溶解过程溶胀溶解三.制备设备：带强力搅拌和加热套的釜方法：1.满加快搅法2.低温分散法2021/3/848第四节分散体一.组成树脂、分散剂、稀释剂、胶凝剂、填充剂、表面活化剂等二.分类按组成和性质不同分为四类塑性溶胶（增塑糊） 有机溶胶（稀释增塑剂）塑性凝胶（增塑胶凝糊）有机凝胶（稀释增速胶凝糊）前两者符合假塑性或膨胀性流体，后两者符合宾哈流体特征三.制备方法及步骤色料、稳定剂、胶凝剂先用部分增塑剂在三辊磨上混匀，在与其它助剂和树脂一起加入球磨机中混合，脱泡后使用2021/3/849第三章压缩模塑compressionmolding第一节绪论压缩模塑是一种压制成型方法,依靠外力的压缩作用实现成型物料的造型,并且是研究材料性能最常采用的一种工艺方法

。1．成型过程(热固性材料)将已加热到成型温度的模腔中加入物料、闭模加热加压、定型固化、脱模取出制品从工艺角度看,上述过程可分为三个阶段流动阶段、胶凝阶段、硬化阶段2.适用对象①．几乎所有热固性塑料。常见的有酚醛、脲醛、环氧塑料、不饱和聚酯、氨基塑料、聚酰亚胺、有机硅等，也可用于热塑性的聚四氟乙烯和PVC唱片生产；②．适于形状复杂或带有复杂嵌件的制品，如电器零件，电话机件、收音机外壳等.无翘曲变形的薄壁平面热塑性塑料制品。2021/3/8502021/3/8513.优点设备投资少，工艺简单，易操作；压力损失小，多用以成型大型平面制品及多型腔制品；材料取向小；无流道及浇口，材料浪费少；适用的材料广泛（可成型带碎屑状、片状及纤维状填料制品）4.缺点固化时间长，生产效率低；精度不高；合模面处易产生飞边；对形状复杂或带嵌件的制品不易成型；自动化程度低。2021/3/8525.几种模压产品实例聚四氟乙烯产品2021/3/853PP&HDPE材料生产的菜板2021/3/854第二节成型材料的预处理预压将松散的原料预先用冷压法（模具不加热）压成形状规整，质量一定的密实体的过程

1．预压的作用P87①～⑦２．压缩粉的性能对预压的影响①水分及挥发分②颗粒大小，最好是大小相间③倾倒性（120g压缩粉通过管径为10mm，锥角为60度的标准漏斗时间来衡量，一般取25～30s）④压缩率在3.0左右⑤润滑剂用量要适当⑥温度，一般为室温⑦压力,以预压物的密度达到制品密度的80％为适宜。约40～200MPa3.设备和操作压模，上下阳模和阴模组成预压机，偏心式（尺寸较大的预压物，但效率不高）旋转式（尺寸小的预压物，效率高）液压式（用于松散性较大的预压物，效率高，紧凑）2021/3/855二．预热为了改善物料的成型性能及除去多余的水分和挥发分，对预压物进行加热处理1．作用①缩短成型周期②提高制品的力学性能③提高塑料流动性④降低模压压力2．预热工艺①预热温度的确定：测定物料的曲线，其粘度值降至最低时的初始温度Ti或稍低即为预热温度②时间，找出Ti时的曲线，粘度呈最低值的时间段内取一合适的值即可3．预热方法热板加热烘箱加热（料层不要超过2.5cm，加热均匀）红外线加热高频加热（不宜加热水分含量大的物料和非极性物料）2021/3/856第三节设备一.压机1.形式:上动式和下动式液压机2.结构组成：上、下压板，固定（活动）垫块，柱塞（主机筒）。3.特点上动式:下压板固定，上压板与主柱塞连并上下运动；顶出机构由位于下部机座内的顶出活塞带动下动式:上压板固定，主柱塞位于下压板下并与之相连；脱模一般由安装在活动板上的机械装置完成阳、阴模分别装在上、下压板上2021/3/857压机Press2021/3/858二.模具

由阴阳模组成按结构特征分为三种：

溢式不溢式半溢式配合：无，导柱定位较紧密单侧间隙0.07~0.08mm阴模上部略向外倾斜约3度单侧间隙0.025～0.075mm加料室：无有有，上壁做成15～20度锥度加料量：不准确，稍过量加料准确（称量法）稍过量制品性能：外形简单质量不高无明显毛边高度可较大料从非配合面溢出，有水平飞边尺寸大外形复杂、压缩率大的制品精度较好2021/3/859第四节模压过程

工序：安装嵌件、加料、闭模、排气、固化、脱模、模具清理1．安放嵌件①埋入塑料的部分要采用滚花、钻孔或设有凸出的棱角、型槽等以保证连接牢靠②安放时要正确平稳③嵌件材料收缩率要尽量与塑料相近2．加料加料方法：质量法（准确但麻烦）；容量法（方便但不准确）；计数法（只用于预压过的物料）3．闭模阳模未触及物料前要快；触及物料后要放慢速度4.排气，闭模后需再将塑模松动少许时间，以便排出其中的气体。一般一到两次，20s/次5.固化，热固性塑料依靠在型腔中发生交联反应达到固化定型的目的6.脱模，一般是靠推顶杆完成，带嵌件的制品要先用专用工具将成型杆件拧脱，再行脱模7.清理模具型腔，用钢刷或铜刷刮去残留的塑料，并用压缩空气吹净。2021/3/8602021/3/861第五节模压工艺条件的控制模压温度、模压压力和时间一．模压压力

使模塑料完全充满型腔所施加的必要压力，用塑件在垂直压力方向上单位面积所受的力表示其中Pl为压机表压，R为主柱塞半径，A为阳模与塑件接触部分的投影面积Pm的作用：充模，压实物料；克服由气体逸散，小分子物质挥发及物料热膨胀造成的负压；闭模；制件获得模具型腔赋予的形状及尺寸实际生产中采用的模压压力比计算压力高20～30％1．模压压力的变化规律与采用的模具类型有关溢式模具阳模触及物料溢料开始固化卸压(固化是在不等压的条件下进行)2021/3/862（2）不溢式模具①.压力急剧上升到规定模压压力（体积减小）；②.之后（图中②、③）压力不变（先受热膨胀，体积增大，然后由于交联反应，③处体积开始减小直至完全固化）③.开模卸压（由于弹性回复，图中④处体积增大）④.制品恢复到常压（由于冷却，体积下降）固化是在等压下进行的图4－16是带支承面的半溢式模具压力，体积随时间变化规律（自学）2021/3/8632．与物料预热温度的关系Tp<Tc,预热对Pm的影响是通过增加物料的流动性实现的（预热温度越高，模压压力越小）；Tp=Tc,临界预热温度Tp>Tc，导致交联发生，流动性降低，此时，Tp升高，所需的模压压力升高3．其它的原因如制品形状越复杂、深度越高，模压压力越大；深度一定时，面积越大所需模压压力越大二．模压温度Tm模压时规定的模具温度1.作用：使物料熔融流动充满型腔；提供固化所需热量。2.调节和控制Tm的原则：保证充模固化定型并尽可能缩短模塑周期2021/3/8643.影响因素一般模压温度越高，模塑周期越短对于厚壁制品，应适当降低模压温度，以防表面过热，而内部得不到应有的固化与物料是否预热有关，预热料内外温度均匀，塑料流动性好，模压温度可比不预热的高些其它影响因素还有如材料的形态、成型物料的固化特征等，应确保各部位物料的温度均匀，一般温差控制在℃内）塑料种类模压温度℃模压压力MPa苯酚甲醛塑料145~1807~42三聚氰胺甲醛塑料140~18014~56脲甲醛塑料135~15514~56聚酯塑料85~1500.35~3.5聚邻苯二甲酸二丙稀酯塑料120~1603.5~14环氧塑料145~2000.7~14有机硅塑料150~1907~56呋喃塑料135~1500.69~3.452021/3/865三．模压时间指熔融体充满型腔到固化定型所需时间一般提高模温，可缩短模压时间Tm不变，壁厚增加，时间延长另外还受预热、固化速率、制品壁厚等因素影响通常，模压压力、温度和时间三者并不是独立的，实际生产中一般是凭经验确定三个参数中的一个，再由试验调整其它两个，若效果不好，再对已确定的参数进行调整2021/3/8661.聚合物主要有哪几种聚集态形式，无定型和结晶型聚合物加热成型时,各自的聚集态形式是如何变化的？2.线性无定形聚合物当加工温度T处于T<Tg,Tg<T<Tf,Tf<T<Td时，分别适合进行何种形式的加工？3.分别写出宾哈、牛顿、膨胀性、假塑性流体的流动方程，并画出其流动曲线。4.何谓端末效应？由什么原因造成的？5.什么是鲨鱼皮症和熔体破裂？6.什么是离模膨胀效应，产生的原因是什么？7.常见的成型原料形态有哪几种？粒料的制备过程怎样？8.混和时常见的作用力形式有哪几种？9.塑炼的目的是什么？为何塑炼前要进行初混和？10.降低热固性塑料收缩率的常见措施有哪些？11.压缩模塑成型常用的压机和模具分别有哪些?12.压缩模塑成型时预热和预压的作用分别是什么?13.用溢式模具成型时压力随时间的变化情况如何?14.用不溢式模具生产时,压力和体积随时间的变化规律是怎样的?画图表示15.试述压缩模塑成型时的模压工艺过程16.查阅资料并列举出压缩模塑成型常用的树脂材料及相应的制品.2021/3/867第四章挤出成型extrusionmolding第一节概述挤出成型又叫挤塑、挤压、挤出模塑.是借助螺杆和柱塞的挤压作用,使塑化均匀的塑料强行通过模口而成为具有恒定截面和连续制品的成型方法.特点:①连续化,效率高,质量稳定②应用范围广③设备简单,投资少,见效快④生产环境卫生,劳动强度低⑤适于大批量生产2021/3/8682.适用的树脂材料绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料，如PVC、PS、ABS、PC、PE、PP、PA、丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂及密胺树脂等3.应用：塑料薄膜、网材、带包覆层的产品、截面一定、长度连续的管材、板材、片材、棒材、打包带、单丝和异型材等等，还可用于粉末造粒、染色、树脂掺和等。4.几种典型制品的生产线挤出管材和异型材的生产、挤出片材、棒材生产、电缆包覆、挤出吹塑薄膜、挤出中空吹塑2021/3/869挤出管材生产2021/3/870管材挤出的辅助设备2021/3/871挤出片材生产2021/3/872挤出线缆包覆成型2021/3/873挤出吹塑薄膜2021/3/874挤出中空吹塑成型2021/3/875第二节单螺杆挤出原理挤出过程：预处理料加料——在螺杆中熔融塑化——口模挤出——定型——冷却——牵引——切割要使制品质量、产量稳定，须满足以下两个条件：熔体的输送速率=固态物料的熔化速率沿螺杆轴向任一截面物料的质量流率=挤出机生产率2021/3/876一.固体输送理论

1．假设条件：

物料与螺槽和料筒壁紧密接触形成固体塞（床），恒速移动；略去及物料重力、密度变化的影响；Hf恒定，压力是螺槽长度的函数；螺杆不动，料筒以的速度移动；螺槽为矩形为分析方便，将一个螺距内的螺杆做平面展开,当螺杆转动一周，设物料固体塞中的一点由A运动到B点。物料的输送速率是单位时间内从螺杆轴向截面所输送的物料体积，其值等于螺槽在轴向的投影面积A与物料在轴向的运动速度Vpl的乘积。2021/3/8772.公式推导2021/3/8783.讨论2021/3/8794．提高Qs的措施①适当提高N和H;②采用锥形或强烈冷却的进料段料筒结构；在加料段料筒内壁开设纵向沟槽（提高fb）；③冷却螺杆加料段（减小fs）,增加螺杆表面光洁度（减小fs）一等螺杆Ra=0.8μm,优等0.42021/3/880二.熔融理论压缩段物料固-液共存1．目的：预测螺槽中任一点未熔化物料量熔化全部物料所需螺杆长度熔融与螺杆参数、物料特性、工艺参数间的关系2．冷却试验和熔融机理冷却试验：本色料+3~5%着色料挤出——稳定后停止并迅速冷却螺杆和料筒——取出螺杆、剥下物料——切断螺旋带状料并观察截面形状现象：①熔融料呈流线型，未塑化料始终呈固态②固—液两相有一明显分界线③固相逐渐消失，固体塑化完全集中在熔膜处2021/3/881熔融机理：加料段压实——逐渐熔融成一层熔膜——超过后边螺槽刮落于前侧形成熔体池——固体床减小——直至物料完全熔融2021/3/882三.熔体输送理论将螺杆、料筒展开，料筒与螺杆的相对速度Vb被分解为平行于螺槽方向的分速度Vbx和垂直于螺槽方向得分速度Vbz,使熔体产生了不同方向的流动，从而实现了熔体的输送和混合。1.假设P1232.熔体输送、混合机理在机头阻力下，产生了沿螺杆方向的压差，另外由于螺杆和料筒有间隙，使熔体有四种形式的流动：正流、逆流、环流和漏流。2021/3/8832021/3/884

正流(拖曳流)Qd(cm3/h)，由分速度Vbz产生沿螺槽向机头方向的流动。由于螺杆转动，塑料在螺杆根部与机筒间形成相对运动造成的，决定挤出量的大小逆流（反流）Qp，与Qd相反的流动。由机头、多孔板等阻力元件对熔体的反压力造成，也叫压力流，随机头压力的升高而增加横流（环流）Qt,由分速度Vbx引起的在螺槽内与正流垂直的流动。对总挤出量影响不大，可忽略不计，但对熔体的混合、塑化、热交换起重要作用漏流Ql，由机头阻力元件引起的物料反向流动，沿螺杆与料筒间隙向加料口方向流动，可降低挤出量。正常情况很小0.1~0.6mm，Ql小，但磨损严重时，Ql的增加与平方成正比。2021/3/8853.挤出量的计算若忽略漏流2021/3/8864.讨论（影响挤出量的因素）①②

③④

2021/3/887四．挤出机的工作状态1．螺杆特性线，挤出机稳定后A,B为常数，只与螺杆结构尺寸有关，是一组与螺

杆转速相对应的斜率为负值的平行直线，称螺杆特性线2．口模特性曲线熔体通过机头和口模时的流动方程为K为阻力系数（口模常数），仅与口模形状和尺寸有关，为口模两端压差给定螺杆和口模时，N一定,压差及Qm也确定下来了,这样可求出指定挤出机配合不同口模时的挤出量.2021/3/8883.挤出机工作曲线螺杆、口模特性已知，n选定后，可找出挤出机工作点C当螺杆或口模改变一项，C点改变，可得到相应的熔体输送速率和机头压力2021/3/889第三节常用机头和口模形式机头：机头和口模常连为一体,通称机头,包括过滤网、多孔板、分流梭（有时与模芯结合为一个部件）、模芯、口模等机头的作用：

改变熔融物料的流动方向，使其由螺旋变为直线运动；

产生必要的压力使制品密实；使物料进一步塑化均匀；成型制品。2021/3/890滤网screen，过滤机械杂质、未熔物料；增加料流阻力，提高混合、塑化效果。由若干片叠在一起的30~120目不锈钢网组成，用多孔板支承。多孔板（筛板、分流板）厚度为螺杆直径的1/3~1/5，上边钻有φ3~6mm的中间疏、两边密的同心圆孔，距螺杆头部0.1D,即约为计量段一个螺槽容积，太大易积料分解，太小料流不稳定。分流器（鱼雷头），将圆柱形料流变为薄环状并便于进一步加热塑化。大型分流器内设加热器，支架用以支承分流器及芯棒，同时使料流分束以加强搅拌，小型分流器与芯棒做为一体。2021/3/891挤管机头1.直通式熔体在机头中流动方向与螺杆轴向一致结构简单易制造适于硬、软PVC,PE,PA2021/3/8922.直角式熔体在机头中流动方向与螺杆轴向垂直从料筒流出的熔体绕过芯模再向前流动，会产生一条分流痕，流动阻力小，料流稳定，出料均匀，但其结构复杂，占地面积大。适于PP、PE及尺寸要求严格的管材2021/3/8933.旁侧式熔体经过一个近似直角的过渡区才流入机头阻力大，结构更复杂。2021/3/894上述几种机头由于存在分流器支架,会产生熔接线,影响制品外观及质量消除熔接线的方法:

适当加大口模平直段(成型段)长；增大分流器支架与出料口的距离；使进口角(扩张角)大于出口角(收缩角)；加大机头进口处截面与出口截面比;采用异型芯棒(目的是增大料流阻力).2021/3/8954.筛孔板式：(生产聚烯烃类大管时,可克服自重产生的薄厚不均现象)无分流梭和芯模,物料经筛孔板进入口模成型段可保证物料充分熔融、塑化无熔接痕，强度高，结构紧凑，占地面积小。2021/3/896二.板（片材）机头

口模由引流道、分配腔和模唇组成1.支管式为将圆柱状流体变为扁平的矩形截面且有相等流速的流体，要设置一个纵向切口为管状的分配腔，其作用是对熔体稳压、分流，使其均匀地挤出宽幅制品。优点是结构简单，制造容易；可调幅宽；温度易控制；体积小，重量轻2021/3/8972.鱼尾形：熔体从中部进入沿扇形扩展开来优点是物料呈流线型流动；物料停留时间短，适用的温度范围广；结构简单缺点是鱼尾形部分扩张角不可过大（避免中心处压力速度太大造成中心出料多两端少）；不能生产宽幅制品3.衣架式：分配腔为两根直管递减的支管并有一个扩张角可大至160~170º的型腔，（吸收了支管式和鱼尾形机头的优点）优点是支管小，缩短了物料在机头内的停留时间；扇形型腔提高了制品的薄厚均匀性，制品幅宽可达4~5m2021/3/8984.螺杆分配式：在直支管式机头模腔中插入一根旋转的分配螺杆分配螺杆的作用是将模腔内的熔体进一步塑化并沿宽度方向均匀分布；压力沿横截面各点一致，挤速均匀；减少机头内积料的可能性优点：生产能力高，制品均匀；可以发泡成型，易成型宽、厚板材；机头内料温易控制；可连续运转缺点是加工困难，成本高；分配螺杆旋转，使料流到口模区变为直线运动的距离短，易在制品中留下波浪形痕迹2021/3/899三.吹膜用机头芯棒式：（侧进料）料流在芯棒处分为两股，再沿芯棒尖的斜刀口处汇合，向模口呈薄管挤出，芯棒中通压缩空气吹胀。优点是机头内通道间隙小，存料少，物料不宜过热分解，适于加工PVC料；只有一条熔接线；加工方便。缺点是芯棒尖处易积料；压力作用到芯棒尖上，易偏中，造成制品不均匀开裂。2021/3/81002.十字形：（中心进料）PP,PE等热稳料优点是压缩比可大到7~8，无偏心缺点是有分流器支架，存在3~4条熔接线（可在支架上方开设缓冲槽改善）2021/3/81012021/3/81023.螺旋式：存在渐变的4~8条螺纹形流道，物料逐渐由螺旋变为轴向运动，再自环形间隙挤出膜管优点是无熔接线；芯棒不偏心，成型稳定，厚薄均匀；芯棒粗，不易变形缺点是加工复杂

2021/3/81032021/3/81044.旋转式芯棒和口模各自能单独旋转优点是使厚度不均匀性被平均分配到整个圆周上，卷取平整；消除了熔接线缺点是加工、控制复杂2021/3/8105四.异型口模板接式,PP,PE，结构简单，但波动大；流线型，硬PVC,造价高，加工难度大。2021/3/8106第四节挤出机的加热冷却系统一.加热料筒熔融段和机头外部方式有电、液体和蒸汽加热。二.冷却螺杆加料段逆向通冷却水以加大输送能力加料口下方用冷却水冷却，防止热量传向传动侧烧坏电机，并防止料斗中“架桥”