《塑料成型工艺与模具设计》-04塑料成型工艺与模具设计-模块一

项目一选择与分析塑料原材料能力目标:1.会分析并选择塑料种类2.会分析给定塑料的使用性能和工艺性能知识目标:1.掌握塑料的组成、分类、结构特点以及常用的塑料基本性能2.了解塑料热力学性能与成型加工方法之间的关系3.熟悉常用塑料代号、性能和用途下一页返回项目一选择与分析塑料原材料一、项目引入通常将塑料制品称为塑件。塑件形式多种多样，由于其使用要求不同，对于塑料原材料的要求也不同。不同的原料，其使用性能、成型工艺性能和应用范围也不同。塑料成型原材料的选取要综合考虑多方面的因素:首先要了解塑件的用途、使用过程中的环境状况，如温度高低，是否有化学介质，是否有电性能等要求;其次要了解塑件材料的性能，如塑料的组成、类型和特点等;还要了解塑料的成型工艺特性，如收缩率、流动性、结晶性、热敏性和水敏性等;在满足使用性能和成型工艺特性后，再考虑原材料的成本，如原材料的价格、成型加工难易程度、相应模具造价等。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料某企业大批量生产塑料开关盒，如图1-1-1所示。现要求设计一套生产该塑件的模具，要求产品外形美观、外表面无斑点、无瑕疵，具有一定的强度。通过本项目，完成对塑件原材料的选择及对材料使用性能和成型工艺性能的分析，训练学生合理选择与分析塑料原材料的能力。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料二、相关知识

(一)塑料的组成塑料是以树脂为主要成分，加人一定数量和一定类型的添加剂，在一定温度、压力作用下，可以利用模具等成型为一定几何形状和尺寸的制件的材料。根据塑料成型的需要，工业上用于成型的塑料有粉料、粒料、纤维状、溶液和分散体几种。

1.树脂树脂是塑料中主要的必不可少的成分。它决定了塑料的类型，影响着料的物理、化学等基本性能，胶钻塑料中的其他成分，赋予塑料可塑性和流动性。树脂可分为天然树脂和合成树脂。松香、虫胶、沥青等属于天然树脂。用人工合成的方法制成的树脂称为合成树脂，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。在生产中，一般都是采用合成树脂，树脂含量常在40%一60%。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料2.添加剂(1)填充剂。又称填料，是塑料中重要但并非每一种塑料都必不可少成分。填充剂在塑料中有两种情况:一种是减少树脂含量，降低成本，起增作用;另一种是既起增量作用又起改性作用，即不仅使塑料成本降低，而且使塑料性能得到改善，扩大了塑料的应用范围。例如，把木粉加人到酚醛树脂中，既能起到降低成本的作用，又能改善它的脆性;把玻璃纤维加人到塑料中，可大幅度提高塑料的机械强度;在聚乙烯、聚氯乙烯中加人钙质填料，可得到物美价廉的具有足够刚性和耐热性的钙塑料。此外，有的填料还可使塑料具有树脂没有的性能，如导电性、导磁性、导热性等。常用的填料有木粉、纸浆、硅藻土、云母、石棉、炭黑、玻璃纤维等。填料的含量一般不超过塑料的40%。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料(2)增塑剂。树脂中加人增塑剂后，加大了其分子间的距离，因而削弱了大分子间的作用力。这样便使树脂分子容易滑移，从而使塑料能在较低的温度下具有良好的可塑性和柔软性，改善了塑料的成型性能。常用的增塑剂是液态或低熔点固态的有机化合物，主要有有甲酸酷类、磷酸a类和氯化石蜡等。对增塑剂的要求是，与树脂相溶性好，不易挥发，化学稳定性好，耐热、无色、无臭、无毒、价廉等。此外，增塑剂的加人会降低塑料的稳定性，机械强度和介电性能。因此，在塑料中要尽可能少添加增塑剂，有些塑料可不添加增塑剂。(3)稳定剂。为了提高树脂在受外界因素(如热、光、氧和射线等)作用时的稳定性，阻止和减缓塑料在加工、使用过程中分解变质的上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料物质称为稳定剂。对稳定剂的要求是除对聚合物的稳定效果好外，还应能耐水、耐油、耐化学药品，并与树脂相溶，在成型过程中不分解、挥发小、无色。根据不同的作用，稳定剂可分热稳定剂、光稳定剂、抗氧化稳定剂。常用的稳定剂有硬脂酸盐、铅的化合物及环氧化合物。稳定剂的用量一般为0.3%一0.5%。(4)润滑剂。添加润滑剂的目的是对塑料起润滑作用，改进塑料熔体的流动性，减少或避免对模具型腔的摩擦和钻附，从而使塑件的表面更加光洁，一也有助于延长模具的使用寿命。常用润滑剂有硬酷酸及盐类，加人量一般为0.5%一1%。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料(5)着色剂。主要起装饰美观作用，有的着色剂还能提高塑料的光稳定性、热稳定性和耐氧化稳定性。着色剂一般有无机颜料、有机颜料和染料3大类。用量一般为0.01%一0.02%。塑料的添加剂除上述几种外，还有发泡剂、阻燃剂、抗静电剂等。(二)高聚物的分子结构1.高聚物分子的结构特点无论是天然树脂还是合成树脂，它们都属于高分子聚合物，简称高聚物。任何物质的性质都是由内剖泛吉构决定的，高分子材料结构与性能间的关系是确定其加工成型工艺的依据。更好地了解高聚物的结构与物理性能的关系，就可以正确地选择和使用成型材料，改进成型材料性能，合成新的材料。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料从原子数来看，低分子化合物中所含的原子数一般都不多，而一个高聚物分子中含有成千上万、甚至几十万个原子。例如，一个水分子H20只有3个原子，而尼龙分子中大约有4千万个原子，天然橡胶分子中有5万一6万个原子;在相对分子质量方面，低分子化合物只有几十或几百，如水只有18，而高聚物则比低分子化合物的高得多，一般从几万至上千万，例如，尼龙分子的相对分子质量为2.3万左右，天然橡胶为40万;从分子长度来看，例如，低分子乙烯的长度约为0.0005μm，而高分子聚乙烯的长度则为6.8μm，后者是前者的13600倍。由此可见，高分子化合物是含有原子数多、相对分子质量很高、分子很长的巨型化合物。聚合物的分子结构是由一种或数种原子n按照一定方式重复排列而形成的聚合物分子链结构。按照聚合物分子链的结构形式可分为3种类型:线形、带支链线形和体形，如图1-1-2所示。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料线形高聚物具有弹性和塑性，在适当的溶剂中可溶胀或溶解，温度升高时会逐渐软化甚至成为熔化状态而具有可流动性，且这种特性在高聚物成型前后都存在，因而可以反复成型。线形聚合物树脂组成的塑料通常为热塑性塑料，例如高密聚乙烯、聚甲醛、聚酞胺等。体形高聚物脆性大，弹性较高，塑性很低，在成型前是可熔的，一经成型硬化后，就成为既不溶解又不熔解的固体，不能再次成型。体形聚合物树脂组成的塑料通常为热固性塑料，例如酚醛树脂、环氧树脂、脉醛、三聚氰胺等。带支链线形属于线形的一种，只是在线形分子链的主链上，带有一些或长或短的小支链，整个分子呈支链状，因此称为带有支链的线形聚合物。其特点是分子密度较线形低，结晶度低，其力学性能与成型性能与线形类似，低密聚乙烯即为该类塑料。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料2.高聚物分子链的聚集状态对于某些固体材料，如果它们中的质点既是近程有序，又是远程有序，则可将它们称为晶体材料，反之则称为非晶体材料。高聚物的结构按照分子排列的几何特点，一也可以分为结晶型和非结晶型两大类型，其中非结晶型高聚物又称为无定型高聚物。通常，分子结构简单、对称性高的聚合物以及分子间作用力较大的聚合物等从高温向低温转变时，由无规则排列逐渐转化为有规则紧密排列，这种过程称为结晶。由于聚合物分子结构的复杂性，结晶过程不可能完全进行，结晶态高聚物中实际上仍含有非晶区，如图1-1-3所示，其结晶的程度可用结晶度来衡量。结晶度是指聚合物中的结晶区在聚合物中所占的重量百分数。例如，低密聚乙烯的结晶度为85%一90%。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料结晶对高聚物的性能影响重大，由于结晶造成了分子的紧密聚集状态，增强了分子间的作用力，所以使高聚物的强度、硬度、刚度及熔点、耐热性和耐化学性等性能都有所提高。而与链运动有关的性能，如弹性、伸长率和冲击强度等则会降低。无定型高聚物的质点不是完全无序的，而是大距离范围内无序，小距离范围内有序，即远程无序，近程有序。体形高聚物由于分子链间存在大量交联链，分子链难以作有序排列，所以都具有无定型结构。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料(三)塑料的分类目前塑料品种繁多，为了便于识别和应用，通常对塑料进行分类，常用的分类方法有以下两种。1.按分子结构及其热性能分类(1)热塑性塑料。这种塑料具有线形或带支链线形分子结构。加热时，分子活动能力链分子间容易产生相对运动，物料形态由固态逐渐软化或熔融成胶糊状态或钻稠流体状但冷却后又可变硬复原为固态。如此可以反复进行多次。在这一过程中一般只有物理变化，塑料分子结构并无变化，因而其变化过程是可逆的。但是，如果温度过高而且保温时间过长，材料一也会被破坏。聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、有机玻璃、聚甲醛、聚碳酸酯、ABS等均属此类塑料。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料(2)热固性塑料。这种塑料最终具有体形网状结构。这种分子结构是在塑料加热成型后逐渐形成的。在加热之初，因分子呈线形结构，具有可溶性和可塑性，可塑制成一定形状的塑件;当继续加热时，温度达到一定程度后，分子呈现立体网状结构，树脂变成不溶或不熔的体形结构，使形状固定下来不再变化;如再加热，一也不再软化，不再具有可塑性。在这一变化过程中既有物理变化，又有化学变化，因而其变化过程是不可逆的。酚醛塑料、环氧塑料、有机硅塑料以及不饱和聚酯塑料等均属于此类。2.按用途分类(1)通用塑料。主要是指产量大、用途广、价格低的一类塑料，主要包括六大品种:聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料。它们的产量约占塑料总产量的80%以上，构成了塑料工业的主体。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料(2)工程塑料。指在工程技术中用作结构材料的塑料。它除了具有较高的机械强度外，还具有很好的耐磨性、耐腐蚀性、自润滑性及尺寸稳定性能，因而可以代替金属作为某些机械构件用，如聚酞胺、聚甲醛、聚碳酸酯、ABS,聚矾、聚苯醚以及聚四氟乙烯等。(3)特殊塑料。指具有某些特殊性能的塑料。这类塑料有高的耐热性或高的电绝缘性或耐腐蚀性等性能，如氟塑料、聚酞亚胺塑料、有机硅塑料以及环氧塑料等。特殊塑料还包括为某些专门用途而改性制得的塑料，如导磁塑料和导热塑料等。(四)塑料名称与代号塑料的中、英文名称往往都很长，特别是一些共聚型塑料，应用和书写起来颇感不便。若用其化学命名的英文全称缩写大写字母表示，就可大大简化，不仅书写与应用方便，一也便于国内、国际间技术交流。常用塑料的缩写代号与英文全称对照列入本书附表1中。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料(五)高聚物的热力学性能和成型加工适应性绝大多数塑料在成型时，为使其获得良好的流动性都要借助加热等手段，使成型材料温度升高。聚合物的物理、力学性能与温度密切相关，在温度变化时，树脂聚合物所处的力学状态也必然随之发生变化。随温度的变化热塑性材料可以分为三种物理聚集状态:即玻璃态、高弹态和钻流态，如图1-1-4所示。这三种物理状态之间可以相互转变。当聚合物处于不同的状态时，其力学性能的差别也较大，主要表现在材料的变形能力显著不同，因此，在不同状态下所适合的成型加工方法随之不同。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料1.玻璃态温度低于T(玻璃化温度)的曲线基本水平，高聚物不仅整个分子链不能运动，连单个链节也失去了曲挠性，变得像玻璃那样坚硬，即表现为玻璃态。此时塑料的弹性模量较高，在外力作用下，变形量很小，断裂伸长率一般在0.01%一0.1%，物体受力的变形符合胡克定律，应变与应力成正比，并在瞬时达到平衡，在极限应力范围内形变具有可逆性。因此，在玻璃态下聚合物不能进行大变形的成型，只适于进行车削、锉削、钻孔、切螺纹等机械加工。如果将温度降到材料的脆化温度Tb以下，材料的韧性会显著降低，在受到外力作用时极易脆断，因此，Tb是塑料加工使用的最低温度，而Tg是塑料使用的上限温度。从使用角度看Tb和Tg间的距离越大越好。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料2.高弹态当温度上升，高于Tg低于Tf.(钻流化温度)时，曲线开始急剧变化，但很快趋于水平。高聚物变得像橡胶一样柔软而富有弹性，这种状态称为高弹态。此时塑料的弹性模量显著减小，在外力作用下，变形能力大大提高，断裂伸长率为100%-1000%，所以发生形变可以恢复，即外力去除后，高弹形变会随时间逐渐减小，直至为零。聚合物在高弹态下可进行较大变形的成型加工，如压延成型、中空吹塑成型、热成型等。但是，由于高弹态下聚合物发生的变形是可恢复的弹性变形，将变形后的制品迅速冷却至玻璃态温度以下是确保制品形状及尺寸稳定的关键。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料3.流态当温度继续上升高于Tf时，变形迅速发展，弹性模量再次很快下降，高聚物即产生钻性流动，成为钻流态，常称之为熔体。此时的变形是不可逆的钻性变形。塑料在冷却后能将形变永久保持下去。当温度过高超过Td(热分解温度)时，大分子链裂解，高聚物降解成为低聚物或单体，不再具有高聚物的性能，材料被破坏(热分解)。所以Tf-Td是塑料成型加工的范围，这个范围越宽，塑料成型加工就越容易进行。在这个范围内可进行注射成型、压缩成型、压注成型、挤出成型等变形大、形状复杂的成型。上述为线形无定型聚合物的热力学性能，对完全线形结晶型聚合物，其热力学曲线通常不存在高弹态，只有在相对分子质量较高时才上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料有可能出现高弹态。与Tf对应的温度叫做熔点Tm，是线形结晶型聚合物熔融或凝固的临界温度。线形结晶型聚合物在Tg-Tm，之间不存在高弹态，当熔点很高时，采用一般的成型加工方法难以成型。如聚四氟乙烯塑件通常采用冷压后高温烧结法成型。与线形无定型聚合物相比较，在低于熔点时，线形结晶型聚合物的形变量很小，耐热性较好。且由于不存在明显的高弹态，可在脆化温度至熔点之间应用，其使用温度范围一也较宽。而热固性材料由于分子运动阻力很大，一般随温度发生的力学状态变化较小，所以通常不存在黏流态甚至高弹态，即遇热不熔，高温时则分解。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料(六)高聚物在成型过程中的变化1.高聚物的结晶高聚物由非晶态转为晶态的过程就是结晶过程。结晶发生在高温熔体向低温固态转变过程中，在此过程中高聚物分子作稳定规整排列的就是结晶区。同金属的结晶相似，高聚物的结晶过程一也由晶核生成和晶体生长两步组成。在高聚物主体中，如果它的某一局部的分子链已成为有序高聚物排列，且其大小已能使晶体自发地生长，则该种大小的有序排列的微粒即称为晶坯。晶坯在高于熔点时时结时散，处于一种动态平衡状态。温度接近熔点乃至刚刚冷至熔点以下时，晶坯依然有时结时散的情况，但某些晶坯一也会长大，以至达到临界的稳定尺寸，即变成晶核。晶核生成的速率与温度密切相关，若以么口表示晶核生成的温度与熔点上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料之间的温差，则当么口等于零时，即温度为熔点，晶核生成的速率为零。么口逐渐增大，晶核生成速率很快升高，以至达到一个最大值。这时，没有达到临界尺寸的晶坯结多散少，最有利于形成晶核。么口继续增大，分子链段的运动阻力会增大，因而晶核的生成速率又会降低，直至接近于玻璃化温度时又降为零。此时，分子主链的运动停止，因此，晶坯的生长、晶核的生成及晶体的生长都停止。这样，凡是尚未开始结晶的分子均以无序或非晶态保持在高聚物中，从而构成了高聚物中的非晶区。值得注意的是，在晶核生成的过程中，如果熔体中存有外来的物质(异相成核)，则会大大提高晶核的生成速率。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料综上所述，具有结晶倾向的高聚物，在成型的塑件中会不会出现晶形结构，需由成型时塑件的冷却速度来决定。由于结晶度能够影响塑件的性能，所以工业上为了改善由具有结晶倾向的高聚物所制的制件的性能，常采用热处理方法(即烘若干时间)使其非晶相转变为晶相。将不太稳定的晶形结构转为稳定的晶形结构，微小的晶粒转为较大的晶粒等。但一也必须注意，适当的热处理可以提高高聚物的性能，一也会由于晶粒的过分粗大，使高聚物变脆，塑件性能反而变坏。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料2.高聚物的取向高聚物在导管内流动的速率在管中心处最大，管壁处为零;在导管截面上各点的速度分布呈扁平的抛物线状。在这种流动情况下，塑料中各自存在的细而长的纤维状填料和高聚物分子，在很大程度上，都会顺着流动的方向作平行的排列，这种排列常称为取向作用。其次，由于同样的原因，热塑性塑料在其玻璃化温度与钻流化温度之间进行拉伸时，一也会发生取向作用。显然这些取向单元如果继续存在于塑件中，则塑件就将出现各向异性。各向异性有时是塑件所需要的，如制造取向薄膜与单丝等，这样就能使塑件沿拉伸方向的抗拉强度与光泽程度等有所增加。但在制造许多厚度较大的塑件时，又要尽量消除这种各向异性现象，因为塑件中存在的这一现象不仅使取向不一致，而且使各部分的取向程度也有差别，这样会使塑件在某些方向上的机械强度提高，但在另外一些方向上强度降低，甚至发生翘曲或裂纹。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料3.高聚物的降解高聚物成型塑件常常是在高温和应力作用下进行的。因此，高聚物分子可能由于受到热和应力的作用或由于高温下高聚物中微量水分、酸、碱等杂质及空气中氧的作用而导致其相对分子质量降低，使高聚物的大分子结构发生化学变化。通常人们将高聚物相对分子质量降低的现象称为高聚物的降解，也称裂解。降解的实质表现为断链、分子链结构的改变、侧基的改变以及它们的综合作用。在成型加工中，高聚物的降解一般都难以完全避免，而降解大多是有害的。轻度降解会使高聚物变色。进一步降解会使高聚物分解出低分子物质，导致相对分子质量降低，塑件出现气泡和流纹等弊病，并因此削弱塑件的各种物理、力学性能。严重的降解会使高聚物焦化变黑，产生大量的分解物质。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料对塑件的成型加工来说，在正常操作情况下，热降解是主要的，由力、氧气和水等引起的降解是次要的，但它们一也都能通过温度对高聚物的降解起重要作用。高聚物在成型过程中出现降解后，塑件外观变坏，内在质量降低，使用寿命缩短。因此，在加工过程中应设法减少和避免高聚物降解。为此，通常可采取如下措施。(1)严格控制原材料的技术指标，使用合格的原材料。若原材料不合格，高聚物的稳定性和加工性变差，所含杂质可对降解起催化作用。(2)使用前对高聚物进行严格干燥处理，特别是聚酷、聚醚和聚酞胺等吸湿性强的塑料，使用前通常应将水分质量分数降低到0.05%以下。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料(3)确定合理的加工工艺和加工条件，使高聚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高聚物尤为重要。(4)采用结构良好的成型加工设备和模具。(5)当加工温度较高时，在配方中考虑使用抗氧化剂、稳定剂等，以加强高聚物对降解的抵抗能力。4.高聚物的交联高聚物在加工过程中，形成立体网状分子结构的反应称为交联，通过交联反应可生成体形高聚物。和线形高聚物相比，体形高聚物的机械强度、耐热性、耐溶剂性、化学稳定性和塑件的形状稳定性均有所提高。所以在一些对强度、工作温度、蠕变等要求较高的场合，体上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料形高聚物有着广泛的应用。交联反应主要发生在热固性聚合物的成型过程中，例如，采用压缩、压注和层压等成型方法来生产热固性塑料制品，就是典型的交联反应。在加工热塑性材料时，由于加工条件不当或原料不纯等，也可能在高聚物中引起交联反应，但这种交联是非正常的，会使高聚物性能变坏，在加工时应尽量避免。高聚物的交联反应很难完全进行。高聚物的交联度高，说明交联反应进行的程度深。在交联反应进行的同时，高聚物逐渐失去了可溶性和可熔性。交联度不宜过高或过低，过高的交联度会引起高聚物发脆、变色和起泡;交联度过低，导致高聚物的机械强度、耐热性等较差，塑件表面灰暗，易产生细微裂纹，吸水量也大。在塑料成型工业中，交联一词常常用硬化代替。交联度过低称为“硬化不足”，反之称为“硬化过度”。一般说来，加工温度高则交联速度快，硬化时间长则交联度高。加工过程中的流动、搅拌等都有利于交联反应的速度加快。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料但所谓“硬化得好”或“硬化得完全”并不意味着交联反应进行得完全，而是指交联作用发展到一种最为适宜的程度，以至于塑件的物理性能、力学性能等达到最佳状况。显然，交联程度不会达到100%，但是硬化程度却可以。一般硬化程度大于100%的为“过熟”，反之则为“欠熟”。

(七)塑料的工艺性能塑料的工艺性能是塑料在成型加工过程中表现出来的特有性质，有些性能直接影响成型方法和工艺参数的选择;有些性能直接影响塑件的质量，同时也影响着模具的设计;有的则只与操作有关。下面就热塑性塑料和热固性塑料的工艺性能分别进行讨论。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料1.热塑性塑料的工艺性能热塑性塑料的成型工艺特性包括收缩性、流动性、相容性、吸湿性、热敏性以及水敏性等。(1)收缩性。塑料自模具中取出冷却到室温后，其尺寸或体积会发生收缩变化，这种性质称为收缩性。收缩性的大小以单位长度塑件收缩量的百分数来表示，称为收缩率。由于成型模具材料与塑料的线膨胀系数不同，收缩率分为实际收缩率Sa和计算收缩率Si。这两种收缩率的计算可按下列公式求得上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料式中a—模具型腔在成型温度时的尺寸，单位，mmb—塑件在常温时的尺寸，单位，mmc—塑料模具型腔在常温时的尺寸，单位，mm。实际收缩率表示模具或塑件在成型温度时的尺寸与塑件在室温时的尺寸之间的差别，而计算收缩率则表示室温时模具尺寸与塑件尺寸的差别。在进行普通中、小型模具成型零件尺寸计算时，计算收缩率与实际收缩率相差很小，且塑件在成型温度时的尺寸测量不便，所以常采用计算收缩率。实际收缩率表示塑料实际所发生的收缩，在进行大型、精密模具成型零件尺寸计算时常采用。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料塑料收缩的形式除由于热胀冷缩、塑件脱模时的弹性恢复及塑性变形等原因产生的尺寸线性收缩外，还会按塑件形状、料流方向及成型工艺参数的不同产生收缩方向性。此外，塑件脱模后残余应力的缓慢释放和必要的后处理工艺也会使塑件产生后收缩。影响塑件成型收缩的因素主要有以下几种。①塑料品种。各种塑料具有各自的收缩率。同一种塑料由于树脂的相对分子质量、填料及配方等的不同，其收缩率及各向异性一也不同。例如，树脂的相对分子质量高，填料为有机的，树脂含量较多，则塑料的收缩率就大。②塑件结构。塑件的形状、尺寸、壁厚、有无嵌件、嵌件数量多少及其分布对收缩率的大小也有很大的影响。如塑件的形状复杂、壁薄、有嵌件、嵌件数量多且对称分布，收缩率就小。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料③模具结构。模具的分型面、加压方向、浇注系统形式、布局及尺寸等因素直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作用及成型时间，因而一也对收缩率及方向性影响很大。如采用直接浇口和大截面浇口，可减少收缩，但方向性强;若浇口宽且短，则方向性小;距离浇口近的或与料流方向垂直的部位收缩大等。④成型工艺。挤出成型和注射成型一般收缩率大，方向性也很明显。塑料的装料形式、预热情况、成型温度、成型压力、保压时间等对收缩率及方向性都有较大影响。例如采用压锭加料，进行预热，采用较低的成型温度、较高的成型压力，延长保压时间等均是减小收缩率及方向性的有效措施。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料收缩率不是一个固定值，而是在一定范围内变化的，这个波动范围越小，塑件尺寸精度就越容易保证，否则就难于控制。在进行模具设计时应根据以上因素综合考虑选取塑料的收缩率;对精度高的塑件应选取收缩率波动范围小的塑料，并留有试模后修正的余地。常用塑料的收缩率见附表2。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料(2)流动性。在成型加工中，塑料熔体在一定的温度与压力作用下充填模腔的能力，称为塑料的流动性。塑料的流动性好坏，在很大程度上影响了成型工艺的许多参数，如成型温度、压力、周期、模具浇注系统的尺寸及其他结构参数。在决定零件大小与壁厚时，一也要考虑流动性的影响。流动的产生，实质上是分子间相对滑移的结果。流动性主要取决于分子组成、相对分子质量大小及其结构。只有线形分子结构而没有或很少有交联结构的高聚物的流动性好，而体形结构的高分子一般不产生流动。高聚物中加人填料会降低树脂的流动性;加人增塑剂、润滑剂可以提高流动性。流动性差的塑料，在注射成型时不易充填模腔，易产生缺料，在塑料熔体的汇合处不能很好地熔接而产生熔接痕。这些缺陷甚至会导致零件报废;上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料相反，若材料流动性太好，在注射时易产生流涎，造成塑件在分型面、活动成型零件、推杆等处的溢料飞边。因此，在成型过程中应适当选择与控制材料的流动性，以获得满意的塑件。热塑性塑料的流动性一般用熔体流动速率来衡量。熔融指数测定仪结构示意图如图1-1-5所示。在筒内装人一定量的塑料并加热到规定的温度，在特定的压力下将熔融塑料从固定直径的毛细管中压出。每10min所压出的塑料质量即为该塑料的熔体流动速率(g/10min)。热塑性塑料的流动性分为3类:流动性好的，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、醋酸纤维素等;流动性中等的，如改性聚苯乙烯、ABS,AS、有机玻璃、聚甲醛、氯化聚醚等;流动性差的，如聚碳酸酯,硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚矾,氟塑料等。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料影响流动性的因素主要有以下3个。①温度。料温高，则流动性大。但不同塑料一也各有差异。聚苯乙烯、聚丙烯、聚酞胺、有机玻璃、ABS,AS,聚碳酸酷以及醋酸纤维素等塑料的流动性随温度变化的影响较大;而聚乙烯、聚甲醛的流动性受温度变化的影响较小。②压力。注射压力增大，则熔体受剪切作用大，流动性一也增大，尤其是聚乙烯、聚甲醛较为敏感。③模具结构。浇注系统的形式、尺寸、布置(如型腔表面粗糙度、浇道截面厚度、型腔形式、排气系统)、冷却系统的设计、熔料的流动阻力等因素都直接影响熔料的流动性。凡促使熔料的温度降低，流动阻力增加的因素，都会使流动性降低。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料(3)相容性。相容性又俗称为共混性，是指两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状态不产生相分离现象的能力。如果两种塑料不相容，则混熔时制件会出现分层、脱皮等表面缺陷。不同塑料的相容性与其分子结构有一定的关系，分子结构相似较易相容，例如高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯彼此之间的混熔等。分子结构不同时较难相容，例如聚乙烯和聚苯乙烯之间的混熔。通过塑料的这一性质，可以得到类似共聚物的综合性能，是改进塑料性能的重要途径之一，例如聚碳酸酯和ABS塑料相容，就能改善聚碳酸酯的工艺性。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料(4)吸湿性。吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。据此塑料大致可以分为两类:一类是具有吸湿性或钻附水分倾向的塑料，例如聚酞胺、聚碳酸酷、ABS,聚苯醚、聚矾等;另一类是吸湿或钻附水分极小的材料，如聚乙烯、聚丙烯等。具有吸湿或钻附水分的塑料，当水分含量超过一定的限度时，由于在成型加工过程中，水分在成型机械的高温料筒中变成气体，促使塑料高温水解，导致塑料降解，使成型后的塑件出现气泡、银丝与斑纹等缺陷。所以在加工成型前，一般都要经过干燥，使水分含量在0.2%以下，并要在加工过程中继续保温，以免重新吸潮。(5)热敏性和水敏性。热敏性是指某些热稳定性差的塑料，在高温下受热时间较长或浇口截面过小及剪切作用过大时，料温增高就易发生变色、降解、分解的倾向。具有这种特性的塑料称为热敏性塑料，如硬聚氯乙烯、聚甲醛和聚三氟氯乙烯等。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料热敏性塑料在分解时产生单体、气体、固体等副产物，尤其是有的分解气体对人体、设备、模具都有刺激、腐蚀作用或毒性，同时，有的分解物往往又是促使塑料分解的催化剂。为了防止热敏性塑料在成型过程中出现过热分解现象，可采取在塑料在加人稳定剂、合理选择设备、正确控制成型温度和成型周期、及时清理设备中的分解物等办法。此外，也可采用合理设计模具的浇注系统，模具表面镀铬等一些措施。水敏性是指在高温下熔体对水分降解的敏感性。具有水敏性的塑料，称为水敏性塑料，如聚碳酸酷等。水敏性塑料在成型过程中，即使含有很少水分，一也会在高温及高压下发生水解，因此这类塑料在成型前必须进行干燥处理。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料2.热固性塑料的工艺性能热固性塑料同热塑性塑料相比，具有制件尺寸稳定性好，耐热好和刚性大等特点，所以在工程上应用十分)’一泛。热固性塑料在热力学性能上明显不同于热塑性塑料。其主要的工艺性能指标有收缩率、流动性、比体积和压缩比、水分及挥发物含量、硬化速度等。(1)收缩率。热固性塑料也具有因成型加工而引起的尺寸减小，计算方法与热塑性塑料收缩率相同。产生收缩率的主要原因有以下几点。①热收缩。热胀冷缩引起尺寸的变化。塑料是以高分子化合物为基础组成的物质，其线膨胀系数为钢材的几倍甚至几十倍，制件从成型加工温度冷却到室温时，就会产生远大于模具尺寸的收缩，这种热收缩所引起的尺寸减小是可逆的。收缩量大小可用塑料膨胀系数的大小来判断。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料②结构变化引起的收缩。热固性树脂在模腔中进行化学反应，产生交联结构，分子链间距离缩小，结构紧密，引起体积收缩。这种由结构变化而产生的收缩，在进行到一定程度时，就不再产生。③弹性恢复。塑件固化后并非刚体，脱模时，成型压力降低，产生一定弹性恢复，显然，弹性恢复降低了制件的收缩率。这在以玻璃纤维和布质为填料的热固性塑料成型时尤为明显。④塑性变形。在制件脱模时，成型压力迅速降低，但模壁紧压制件的周围，产生塑性变形。因此，在平行加压方向塑件收缩往往较小，而在垂直加压方向收缩较大。通常采用迅速脱模的办法来防止两个方向的收缩率相差过大。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料影响收缩率的因素有原材料、模具结构或成型方法及成型工艺条件等。塑料中树脂和填料的种类及含量，直接影响收缩率的大小。当在固化反应中树脂放出的低分子挥发物较多时，收缩率较大，反之收缩率小。在同类塑料中，填料含量多时收缩率小，无机填料比有机填料所得的塑件收缩小。凡有利于提高成型压力、增大塑料充模流动性、使塑件密实的模具结构，均能减小制件的收缩率，用压缩或压注成型的塑件比注射成型的塑件收缩率小;凡能使塑件密实，成型前使低分子挥发物溢出的工艺因素，都能减小制件收缩率，例如成型前对酚醛塑料的预热、加压等可降低制件收缩率。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料(2)流动性。流动性的意义与热塑性塑料流动性似，但热固性塑料通常以拉西格流动性来表示，而不是用熔融指数来表示。测定原理如图1-1-6所示，将一定质量的欲测量塑料预压成圆锭，将圆锭放人压模中，在一定的温度和压力下，测定它从模孔中挤出的长度，数值大则流动性好。流动性过大容易造成溢料过多，填充不密实，塑件组织疏松，树脂与填料分头聚集，易黏模而使脱模和模具清理困难以及过早硬化等缺陷;流动性过小则填充不足，不易成型，成型压力增大。因此选用塑料的流动性必须与塑件要求、成型工艺及成型条件相适应。设计模具时应根据流动性来考虑浇注系统、分型面及进料方向等。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料影响流动性的因素主要有以下三点。①塑料品种。不同品种的塑料，其流动性各不相同，即使同一品种塑料，由于其中相对分子质量的大小、填料的形状、水分和挥发物的含量以及配方等不同，其流动性一也不相同。②模具结构。模具成型表面光滑，型腔形状简单，有利于改善流动性。③成型工艺。采用预压锭及预热，提高成型压力，在低于塑料硬化温度的条件下提高成型温度等都能提高塑料的流动性。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料(3)比体积和压缩比。比体积(比容)是单位质量的松散塑料所占的体积。压缩比是塑料的体积与塑件的体积之比，其值恒大于1。比体积和压缩比都表示粉状或短纤维状塑料的松散性。它们都可用来确定模具加料室的大小。若比体积和压缩比较大，则要求模具加料室尺寸要大，这样会使模具体积增大，操作不便，浪费钢材，不利于加热。同时，比体积和压缩比较大，使塑料内充气增多，排气困难，成型周期变长，生产率降低;比体积和压缩比小，使预压锭和压缩、压注容易，而且压锭质量也较准确。但是，比体积太小，影响塑料的松散性，以容积法装料时造成塑件质量不准确。比体积的大小也常因塑料的粒度及颗粒均匀度不同而有误差。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料(4)硬化速度。热固性塑料在成型过程中要完成交联反应，即树脂分子由线形结构变成体形结构，这一变化过程称为硬化。硬化速度与塑料品种、塑件形状、壁厚、成型温度及是否预热、预压等有密切关系。例如采用预压锭、预热、提高成型温度、延长加压时间，都能显著加快硬化速度。此外，硬化速度还应适合成型方法的要求。例如压注或注射成型时，应要求在塑化、填充时化学反应慢，硬化慢，以保持长时间的流动状态，但当充满型腔后，在高温、高压下应快速硬化，以提高生产率。硬化速度慢的塑料，会使成型周期变长，生产率降低;硬化速度快的塑料，则不能制作大型、复杂的塑件。

(5)水分及挥发物含量。塑料中的水分及挥发物来自两个方面:一是塑料在制造中未能全部除净水分，或在储存、运输过程中，由于包装或运输条件不当而吸收水分;二是来自压缩或压注过程中化学反应的副产物。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料塑料中水分及挥发物的含量，在很大程度上直接影响塑件的物理、力学和介电性能。塑料中水分及挥发物的含量大，在成型时会产生内压，产生气泡或以应力的形式暂存于塑料中，一旦压力除去后便会使塑件变形、机械强度降低。压制时，由于温度和压力的作用，大多数水分及挥发物逸出。但尚未逸出时，它占据着一定的体积，严重地阻碍化学反应的有效发生，当塑件冷却后，则会造成组织疏松。当逸出时，挥发物气体又像一把利剑割裂塑件一样，使塑件产生龟裂，降低机械强度和介电性能。此外，水分及挥发物含量过多时，会促使流动性过大，容易溢料，成型周期长，收缩率增大，塑件容易发生翘曲、波纹及光泽不好等现象。但是，塑料中水分及挥发物的含量不足，会导致流动性不良，成型困难，同时也不利于压锭。水分及挥发物在成型时变成气体，必须排出模外，有的气体对模具有腐蚀作用，对人体一也有刺激作用。为此，在进行模具设计时应对这种特征有所了解，并采取相应措施。常见塑料的成型工艺特性如表1-1-1所示。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料(八)常用塑料的性能及应用1.常用热塑性塑料的性能和用途常用热塑性塑料的性能和用途如表1-1-2所示。2.常用热固性塑料的性能和用途常用热固性塑料的性能和用途如表1-1-3所示。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料三、项目实施——开关盒原材料选择1.选用塑件材料开关为电器类零件，要求电性能良好，需大批量生产，要求成型工艺性能好，通过查阅《常用塑料的性能及应用》等资料，对多种塑料进行综合比较，材料品种可选择通用聚苯乙烯(GPPS)和聚氯乙烯(PVC)，但是，一般PVC含有不被国家相关标准允许使用的二(2-乙基己基)己二酸酯(DEHA)增塑剂，DEHA在高温时(超过100℃)容易释放出来，人体接触后危害身体健康，所以本项日中开关盒的塑料材料选用通用聚苯乙烯(GPPS)。2.分析塑件材料使用性能和工艺性能(1)使用性能。通过查相关塑料模具设计资料可得:通用聚苯乙烯(GPPS)是聚苯乙烯(PS)品种之一，俗称透苯，属无定形高聚物，无明显熔点。无色、无臭、无毒、无味，呈透明性刚硬固体。其使用性能如表1-1-4所示。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料(2)工艺性能。①无定形料，吸湿小，无须充分干燥，不易分解，但热膨胀系数大，易产生内应力。②流动性较好(溢边值为0.03mm左右)，可用螺杆或柱塞式注射机成型。考虑其成型收缩率为0.5%一0.8%。③宜用高料温，高模温，低注射压力，延长注射时间有利刊泽低内应力，防止缩孔、变形(尤其对厚壁塑件)。料温过高易出现“银丝”，料温过低或脱模剂过多则透明性差。④可用各种形式浇日，浇日与塑件圆弧连接，以免去浇日时损坏塑件。脱模斜度大，一般型腔部分为35’-1°30'，模芯部分为30’-1°，对于稍为复杂的制品可在50’-2°。之间选取。顶出须均匀，否则会因脱模不良而发生开裂变形。⑤塑件壁厚均匀，一般在1.0-4.0mm之间选取。最好不带嵌件(如有镶件应预热)。各面应圆弧连接，不宜有缺日、尖角。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料3.结论本项目中开关盒为日常生活电器，要求电性能好，产品外表面美观、无瑕疵，具有一定的强度。采用聚苯乙烯(PS)料，产品的使用性能能满足要求，材料成型工艺性能好，选择合理的成型方法和工艺条件，产品能够大批量顺利成型。上一页下一页返回项目一选择与分析塑料原材料四、思考与练习1.塑料一般由哪些成分组成?各自有什么作用?2.塑料如何分类?热塑性塑料和热固性塑料有什么区别?3.塑料在不同物理聚集状态下，分别采用什么加工成型方法?4.什么是塑料的收缩率?影响塑料收缩率的因素有哪些?5.什么是塑料的流动性?影响流动性的因素有哪些?6.什么是热固性塑料的比体积和压缩比?7.热固性塑料的水分及挥发物来源于何处?有什么危害?怎么防止?8.试分析ABS塑料的成型工艺性。上一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程能力目标:1.具有合理选择塑料成型方法的初步能力2.能够编制切实可行的塑料制品成型工艺流程知识目标:1.掌握注射模塑成型工作原理、成型工艺过程及特点2.了解其他各类塑料成型工作原理、成型工艺过程及特点下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程一、项目引入塑件成型方法有很多，确定塑件成型方法应考虑所选择塑料的种类、塑件生产批量、模具成本及不同成型方法的特点、应用范围。然后根据塑料的成型工艺特点及不同成型方法的工艺过程，确定所生产塑件的工艺过程。本项目以图1-1-1所示开关盒为载体，训练学生合理确定该塑件的成型方法及成型工艺过程。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程二、相关知识(一)注射成型1.注射成型原理注射成型是热塑性塑料成型的一种主要方法。它能一次成型形状复杂、尺寸精度高、带有金属或非金属嵌件的塑件。注射成型周期短、生产率高、易实现自动化生产。到目前为止，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型的方法成型，一些流动性好的热固性塑料一也可用注射方法成型。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程(1)柱塞式注射机注射成型工作原理。柱塞式注射机注射成型工作原理如图1-2-1所示。首先注射机合模机构带动模具的活动部分(动模)与固定部分(定模)闭合，然后注射机的柱塞将料斗中落人料筒的粒料或粉料推进到加热料筒中。同时，料筒中已经熔融成钻流状态的塑料，在柱塞的高压高速推动下，通过料筒端部喷嘴和模具的浇注系统射人已经闭合的型腔中。充满型腔的熔体在受压情况下，经冷却固化保持型腔所赋予的形状。最后，柱塞复位，料斗中的粒料或粉料又落人料筒，合模机构带动动模部分打开模具，并由推件板将塑件推出模具，即完成一个注射成型周期。柱塞式注射机结构简单，但在注射成型中存在塑化不均匀、注射压力损失大、注射量的提高受到限制等问题。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程(2)螺杆式注射机注射成型工作原理。螺杆式注射机注射成型工作原理如图1-2-2所示。首先是动模与定模闭合，接着液压缸活塞带动螺杆按要求的压力和速度，将已经熔融并积存于料筒端部的塑料经喷嘴射人模具型腔中。此时螺杆不转动。当熔融塑料充满模具型腔后，螺杆对熔体仍保持一定压力，以阻止塑料的倒流，并向型腔内补充因塑件冷却收缩所需要的塑料。经一定时间的保压后，活塞的压力消失，螺杆开始转动。此时由料斗落人料筒的塑料，随着螺杆的转动沿着螺杆向前输送。在塑料向料筒前端输送的过程中，塑料受加热器加热和螺杆剪切摩擦热的影响而逐渐升温直至熔融成钻流状态，并建立起一定压力。当螺杆头部的熔体压力达到能克服注射液压缸活塞退回的阻力时，在螺杆转动的同时，逐步向后退回，料筒前端的熔体逐渐增多，当螺杆退到预定位置时，即停止转动、后退，以上过程称为预塑。在预塑过程或再稍长一些时间内，已成型的塑料件在模具内冷却硬化。当塑件完全冷却硬化后，模具打开，在推出机构作用下，塑件被推出模具，即完成一个工作循环。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程2.注射成型工艺过程一个完整的注射过程包括成型前准备、注射过程及塑件后处理3个过程。(1)成型前的准备工作。成型前的准备工作包括:对原料的检验、预热和干燥、注射机料筒的清洗、嵌件的预热及脱模剂的选用等。有时还需对模具进行预热。①对原料的检验。检查原材料的色泽、细度及均匀度、流动性、热稳定性、收缩性、水分含量等。如果是粉料，有时还需要进行染色和造料。②原料的预热与干燥。对吸湿性强的塑料，如聚碳酸a酯、聚酞胺、聚砜等，在成型前必须进行干燥处理，否则塑料制品表面将会出现斑纹、银丝和气泡等缺陷，甚至导致高分子在成型前产生降解，严重影响制件的质量。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程③料筒的清洗。生产时需要变换产品、更换压力、调换颜色或排除已分解物料时，均需对注射机料筒进行清洗或拆换。柱塞式注射机料筒存料量大又不易对其转动，清洗时必须拆卸清洗或采用专用料筒。螺杆式注射机通常直接换料清洗。清洗时，若欲置换塑料成型温度比料筒内残留塑料温度高时，应先将料筒和喷嘴温度升高到欲置换塑料的最低加工温度，然后加热欲置换料，并连续对空注射，直至全部存料清洗完毕时才调整温度进行正常生产;若欲置换塑料的成型温度比料筒内塑料温度低，则应将料筒和喷嘴温度升高到料筒内塑料的最佳流动温度后，切断加热电源，用欲换料在降温条件下进行清洗;若欲置换成型温度高、熔体钻度大，而料筒内存留料又是热敏性的，如聚氯乙烯、聚甲醛等，为了预防塑料分解，应该选用流动性好、热稳定性高的聚苯乙烯或低密度聚乙烯作为过渡料。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程④嵌件的预热。对于有嵌件的塑件，金属嵌件与塑料熔体的收缩率相差很大，塑料熔体包围金属嵌件后，在冷却定型过程中，嵌件周围的塑料会产生很大的内应力，容易产生裂纹或导致制品强度下降。在成型过程中对金属嵌件进行预热可以克服这一缺点。⑤脱模剂的选用。为了使塑件容易从模具内脱出，有时还需要对模具型腔或模具涂上脱模剂。常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡和硅油等。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程(2)注射过程。注射过程一般包括加料、塑化、充模、保压补缩、冷却定型和脱模等步骤，其工艺流程如图1-2-3所示。①加料。将粒状或粉状塑料加人到注射机的料斗中。②塑化。对料筒中的塑料进行加热，或者利用螺杆注射机的螺杆对塑料的剪切摩擦热作用，使其由固体颗粒变成熔融状态并具有良好的可塑性，这一过程称为塑化。对塑化的要求是:在规定的时间内塑化出足够数量的熔融塑料;塑料熔体在进人塑料模具型腔之前应达到规定的成型温度，而且熔体各部位温度应均匀一致，避免局部温度过低或温度过高。③充模。注射机的柱塞或螺杆快速向料筒前端推进，使塑化好的熔体经喷嘴和模具的浇注系统高速注射进人模具型腔的过程称为充模。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程④保压补缩。当模具中的熔体冷却收缩时，注射机的柱塞或螺杆继续缓慢向前推进，迫使料筒中的熔体不断补充到模具中以补偿其体积的收缩，保持型腔中熔体压力不变，从而成型出形状完整、质地致密的塑件，这一阶段称为保压。保压还有防止倒流的作用。保压结束后，为了给下次注射准备塑化熔料，注射机的柱塞或螺杆后退，所以模具型腔内的压力比浇注系统和料筒前端内的压力高，此时若浇口未冻结，就会导致熔体倒流，塑件产生收缩、变形及质地疏松等缺陷。一般保压时间较长，通常保压结束时浇口已经封闭，从而可以防止倒流。⑤冷却定型。塑件在模内的冷却过程是指从浇口处的塑料熔体完全冻结时起到塑件从模腔内推出为止的全部过程。模具内的塑料在这一阶段继续冷却、硬化、定型，以使制件在脱模时具有足够的刚度而不致产生翘曲或变形。⑥脱模。塑件冷却到一定的温度即可开模，在推出机构的作用下将制件推出模外。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程(3)塑件后处理。由于塑化不均或由于塑料在模具型腔中的结晶、定向和冷却不均匀及金属嵌件的影响、塑件的二次加工不当等原因，塑件内部不可避免地存在内应力。而内应力的存在往往导致塑件在使用过程中产生变形或开裂。为了解决这些问题，根据塑料的特性和使用要求，可对塑件进行退火处理或调湿处理。退火处理是把塑件放在一定温度的烘箱中或液体介质(如热水、热矿物油、甘油、乙二醇和液体石蜡等)中保温一段时间，然后缓慢冷却。其目的是消除制品的内应力，稳定尺寸。对于结晶型塑料还能提高结晶度，稳定结晶结构，从而提高其弹性模量，但却降低了断裂伸长率。退火温度一般控制在塑件的使用温度以上10℃~20℃至塑料热变形温度以下10℃~20℃。保温的时间与塑料品种和塑件的壁厚有关，一般可按0.5h/mm计算。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程调湿处理是将刚脱模的塑件放在热水中，隔绝空气，防止塑件氧化，加快吸湿平衡速度。其目的是保持塑件的颜色、性能以及尺寸稳定。主要用于吸湿性强又容易氧化变色的聚酞胺类塑件。调湿处理所用的介质一般为沸水或醋酸钾溶液，调湿处理温度一般为100℃~120℃，处理时间取决于塑料的品种、制件形状与壁厚和结晶度大小。达到调湿处理时间后，应缓慢冷却至室温。当然，并非所有的塑件都要经过后处理，像聚甲醛和氯化聚醚塑料的制品，虽然存在内应力，但由于高分子本身柔性较大和玻璃化温度较低，内应力能够自行缓慢消除，如果塑件要求不严格时，可以不必进行后处理。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程(二)压缩成型压缩成型又称压制成型、压塑成型、模压成型等。主要用于热固性塑料的加工(如酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂等)，一也可用于某些流动性很差的热塑性塑料(如聚四氟乙烯)的成型。与注射成型相比，其优点是可以使用普通压力机进行生产;压缩模结构比较简单;塑件内取向组织少，性能比较均匀，成型收缩率小等。利用压缩方法还可以生产一些带有碎屑状、片状或长纤维状填充料，流动性很差的塑料制件和面积很大、厚度较小的大型扁平塑料制件。但压缩成型周期长，生产环境差，生产操作多用手工而不易实现自动化，因此劳动强度大;塑件经常有溢料飞边，高度方向的尺寸精度不易控制;模具易磨损，因此使用寿命短。其典型的制品有:电器开关、仪器仪表外壳、电源插座等。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程1.压缩成型原理压缩成型是将松散状(粉料、粒料、碎屑状或纤维状)的固态物料直接加人到加热的压模型腔中，使其受热逐渐软化熔融，并在压力作用下使物料充模模腔，塑料中的高分子材料产生化学交联反应，经固化转变为塑料制品。其成型过程如图1-2-4所示。2.压缩成型工艺过程压缩成型工艺过程包括压缩成型前的准备、压缩成型和后处理等。其工艺流程如图1-2-5所示。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程(1)成型前的准备。成型前的准备工作主要指预压、预热等预处理工序。①预压。成型前，在室温或稍高于室温的条件下，利用预压模将物料在预压机上压成重量一定、形状相似的锭料，以使其能比较容易地放人压缩模加料室内，方便成型操作和提高塑件质量。②预热与干燥。在成型前，应对热固性塑料加热，去除其中的水分和其他挥发物，同时提高料温，便于缩短成型周期，提高塑件内壁固化的均匀性，改善塑件物理力学性能。提高熔体的流动性，降低成型压力，减少模具磨损。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程(2)压缩成型过程。模具装上压力机后要进行预热。若塑件带有嵌件，加料前应将嵌件放人模具型腔内一起预热。热固性塑料的压缩过程一般可分为加料、合模、排气、固化和脱模等几个阶段。①加料。加料是在模具型腔中加人已预热的定量物料，关键是加料量。因为加料量的多少直接影响着塑件的尺寸和密度。常用的加料定量方法有质量法、容量法和记数法三种。质量法比较准确，但较麻烦，每次加料前必须称料;容量法不如质量法准确，但操作方便;记数法只用于预压坯料的加料。闭合形成与塑件形状一致的模腔。当凸模尚未接触物料之前，应尽量使闭模速度加快，以缩短模塑周期和塑料过早固化。而在凸模接触物料以后，合模速度应放慢，以避免模具中嵌件和成型杆的位移和损坏，同时也有利于空气的顺利排放。合模时间一般为几秒至几十秒不等。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程③排气。模压热固性塑料时，必须排除塑料中的水分和挥发物变成的气体以及化学反应时产生的副产物，以免影响塑件的性能和表面质量。为此，在合模之后，最好将压缩模松动少许时间，以便排出气体。排气操作应力求迅速，并要在塑料处于可塑状态下进行。排气的次数和时间根据实际需要而定，通常排气次数为1一2次，每次时间为几秒，最长为20秒。④固化。压缩成型热固性塑料时，塑料进行交联反应固化定型的过程称为固化或硬化。热固性塑料模压成型时对固化阶段的要求是:在成型压力与温度下保持一定时间，使高分子交联反应进行到要求的程度，制品性能好，生产效率高。为此，必须注意两个问题:固化速度和固化程度。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程固化速度通常以试样硬化1mm厚度所需要的时间表示。在一定的塑料和制品情况下，可以通过调整成型工艺条件、预热、预压来控制固化速度。固化速度慢，成型周期长，生产效率低;固化速度过快，塑料未充满型腔就已经固化，不能成型形状很复杂的塑件。对固化速度不高的塑料，一也可以在制品能够完整地脱模时就结束模压过程，然后用后烘的方法完成全部硬化过程，以缩短成型周期，提高压力机的利用率。固化程度对塑件的质量影响很大。固化程度不足或固化过度的塑件质量都不好。固化不足的塑件，其力学强度、耐蠕变性、耐热性、耐化学性、电绝缘性等均下降，热膨胀、后收缩增加，有时还会产生裂纹;固化过度，其力学性能不高，脆性大，变色，表面出现密集小泡等。固化不足或固化过度可能发生在同一塑件上。为了获得合格塑件必须确定适当的固化时间。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程⑤脱模。脱模方法有机动推出脱模和手动推出脱模。有嵌件的塑件，需要先将成型杆拧脱，而后再脱模。如果塑件由于冷却不均匀可能产生翘曲，可将脱模后的塑件放在形状与之相吻合的型面间，在加压的情况下冷却。有的塑件由于冷却不均匀内部会产生较大的内应力，对此，可将塑件放在烘箱中进行缓慢冷却。(3)后处理。主要指对塑件进行的后处理(退火处理)。为进一步提高塑件质量，热固性塑料制件脱模后，将其置于较高温度下保持一段时间。后处理目的是促使塑料固化更趋于完全，减小或消除制件内应力，去除水分和挥发物，这样，能够提高塑件的力学性能及电性能。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程(三)压注成型1.压注成型原理压注成型又称传递成型，它是在压缩成型的基础上发展起来的一种热固性塑料加工方法，成型原理如图1-2-6所示。先将固态成型物料(通常预压成锭或预热)加人装在闭合的压注模具上的加料腔内，使其受热软化成为钻流态，在压力机柱塞压力作用下，经的浇注系统充满模腔，塑料在模腔内继续受热受压，发生交联反应而固化定型，最终开模取出制件。2.压注成型工艺过程压注成型工艺过程和压缩成型基本相同，它们的主要区别在于:压缩成型过程是先加料后闭模，而压注成型则一般要求先闭模后加料。其工艺流程如图1-2-7所示。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程3.压注成型特点及应用压注成型与压缩成型有许多共同之处，两者的加工对象都是热固性塑料，但是压注成型与压缩成型相比又具有以下优缺点。(1)成型周期短，生产效率高。塑料在加料室首先被加热塑化，成型时塑料被高速通过的浇注系统挤人型腔，使未完全塑化的塑料与高温的浇注系统摩擦接触，快速而均匀地升温，有利于塑料制件在型腔内迅速硬化从而缩短了硬化时间，压注成型的硬化时间只相当于压缩成型的1/5~1/3。(2)塑件的尺寸精度高，表面质量好。塑料受热均匀，交联硬化充分，改善了塑件的机械性能，使塑件的强度、力学性能、电性能都得以提高。塑件高度方向的尺寸精度较高，飞边很薄。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程(3)适用于成型壁薄、高度大而嵌件又多的复杂制品。压注成型塑料是以熔融状态压入型腔，对细长型芯、嵌件等产生的挤压力比压缩模小，可成型孔深尺寸不大于直径10倍的通孔、不大于直径3倍的盲孔。(4)原料消耗大。由于存在浇注系统凝料，同时为了传递压力，压注成型后总有一部分余料留在加料室，使原料消耗增多，小型塑件尤为突出，模具宜采用多型腔结构。(5)压注成型的收缩率比压缩成型大。一般酚醛塑料压缩成型时收缩率为0.8，压注成型时则为0.9%~1%。同时压注成型时塑件收缩的方向性一也较明显。(6)压注模的结构比压缩模复杂，成型压力大，操作较麻烦，因此，只有用压缩模成型无法达到要求时才用压注成型。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程(四)挤出成型挤出成型又称挤出模塑，在热塑性塑料成型中它是一种用途广泛，所占比例很大的重要的加工方法，主要用于生产管材、棒材、板材、片材、线材和薄膜等连续型材的成型加工。

1.挤出成型原理热塑性塑料的挤出成型原理如图1-2-8所示(以管材的挤出为例)。首先将粉状或粒状塑料加人料斗中，在旋转的挤出机螺杆的作用下，加热的塑料通过螺杆的螺旋槽向前方输送。在此进程中，塑料不断地接受外加热和螺杆与物料之间、物料与物料之间及物料与料筒之间的剪切摩擦热，逐渐熔融呈钻流态，然后在挤出系统的作用下，塑料熔体通过具有一定形状的挤出模具(机头)日模以及一系列辅助装置(定型、冷却、牵引、切割等装置)，从而获得截面形状一定的塑料型材。挤出成型主要用于生产热塑性塑料制件。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程2.挤出成型工艺过程热塑性塑料挤出成型的工艺过程可分为三个阶段。第一阶段为塑化阶段。经过干燥的塑料原料由挤出机料斗加人料筒后，在料筒温度和螺杆的旋转、压实及混合作用下，由粉状或粒状转变成具有一定流动性的钻流态物质，称干法塑化;将固体塑料在机外溶解于有机溶剂中而成为具有一定流动性的钻流态物质，然后加入到挤出机的料筒中，称湿法塑化。生产中，通常采用干法塑化方式。第二阶段为成型阶段。均匀塑化的塑料熔体随挤出机螺杆的旋转向料筒前端移动，在螺杆的旋转挤压作用下，通过具有一定形状的日模而得到截面与日模形状一致的连续型材。第三阶段为定型阶段。通过适当的处理方法，如定径处理、冷却处理等，使已挤出的塑料连续型材固化为塑件。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程现详细介绍热塑性塑料的干法塑化挤出成型的工艺过程。(1)原料的准备和预处理。挤出成型所用的热塑性塑料通常是粒状或粉状塑料。由于原料中可能含有水分，将会影响挤出成型的正常进行，也会影响制品质量，在制品中出现气泡、表面黯淡无光、流痕，力学性能下降等。因此，加工前应对原料进行预热和干燥。对于不同塑料允许含水量不同，一般控制原料含湿率在0.5%以下。原料中的金属及其他机械杂质应尽可能去除。原料的预热和干燥通常是在烘箱或烘房内进行。(2)挤出成型。首先将挤出机加热到预定温度，然后开启螺杆驱动电机，同时加人原料。料筒中的塑料在外加热和剪切摩擦热作用下熔融塑化。由于螺杆旋转时对塑料不断推挤，迫使塑料经过滤板上的过滤网，再通过机头一定形状的日模成型为一定截面形状的连续型材。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程初期的挤出质量较差，外观也欠佳，要调整工艺条件及设备装置，直到正常状态后才能投人正式生产。在挤出成型过程中，料筒内的温度和剪(3)冷却与定型。挤出物离开机头日模后仍处于高温熔融状态，具有很大的塑性变形能力，应立即进行冷却与定型。若冷却定型不及时，制品在自身重力作用下会变形，出现凹陷或扭曲等现象。在大多数情况下，冷却与定型同时进行，只有在挤出各种棒料和管材时，才有一个独立的定径过程;而挤出薄膜、单丝等无须定型，仅通过冷却便可。未经定型的挤出物必须用冷却装置使其及时降温，以固定挤出物的形状和尺寸，已切摩擦热两个因素对塑件质量有很大的影响。定型的挤出物由于在定型装置中的冷却作用并不充分，仍需用冷却装置，使其进一步冷却。冷却介质一般采用空气或冷水。冷却速度对制品性能有较大影响，硬质制品不能冷却过快，否则易产生内应力，并影响外观，对软质或结晶塑料则要求及时冷却，以免制品变形。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程(4)制品的牵引和卷取(切割)。热塑性塑料挤出离开日模后，由于有热收缩和离模膨胀双重效应，使挤出物的截面与日模断面形状尺寸并不一致。此外，制品连续不断挤出，其质量越来越大，如不引出，会造成产品堵塞，生产停滞，挤出不能顺利进行或制品变形。因此在挤出生产的同时，要连续而均匀地将挤出物牵引出，这就是牵引。牵引过程由挤出机辅机的牵引装置来完成。牵引速度要与挤出速度相适应。冷却定型后根据制品的要求进行卷取或切割。软质制品在卷取到给定长度或质量后切断，硬质型材从牵引装置送出达到一定长度后切断。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程3.挤出成型特点(1)连续成型，产量大，生产率高，成本低，经济效益显著。(2)塑件的几何形状简单，横截面形状不变，所以模具结构一也简单，制造维修方便。(3)塑件内部组织均匀紧密，尺寸比较稳定准确。(4)适应性强，除氟塑料外，所有的热塑性塑料都可采用挤出成型工艺，部分热固性塑料一也可采用挤出成型。变更机头日模，产品的截面形状和尺寸可相应改变，这样就能生产出不同规格的各种塑料制件。挤出成型工艺所用设备结构简单，操作方便，应用广泛。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程

(五)气动成型气动成型是利用气体的动力作用代替部分模具的成型零件(凸模或凹模)成型塑件的一种方法，与注射、压缩、压注成型相比，气动成型压力低，因此对模具材料要求不高，模具结构简单，成本低，寿命长。气动成型主要包括中空吹塑成型、真空成型及压缩空气成型。1.中空吹塑成型中空吹塑成型是制造空心塑件的一种成型方法。成型时，先用挤出机或注射机挤出或注射出处于高弹态管筒形状型坯，然后将其放人吹塑模具内，向坯料内吹人压缩空气，使中空的坯料均匀膨胀直到紧贴模具内壁，冷却定型后开启模具即可获得具有一定形状和尺寸的中空制品。这种成型方法可生产日径不同、容量不同的瓶、壶、桶等用品和杯、碗等一次性使用的容器以及日常用品和儿童玩具等。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程2.真空成型真空成型是把热塑性塑料板、片固定在模具上，用辐射加热器进行加热至软化温度，然后用真空泵把板材和模具之间的空气抽掉，从而使板材贴在模具型面上而成型。冷却后，借助压缩空气使塑件从模具中脱出。3.压缩空气成型压缩空气成型是借助于压缩空气的压力，将加热软化后的塑料片材压人模具型腔并贴合在其表面进行成型的方法。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程三、项目实施——开关盒成型方法的选择与工艺过程的确定1.开关盒成型方法的选择根据项目一中开关盒选择聚苯乙烯(P匀塑料，PS为热塑性塑料，塑件需要大批量生产。虽然注射成型模具结构较为复杂，成本较高，但生产周期短、效率高，容易实现自动化生产，大批量生产模具成本对于单件制品成本影响不大。而压缩成型、压注成型主要用于生产热固性塑件或小批量生产热塑性塑件;挤出成型主要用于成型具有恒定截面形状的连续型材;气动成型用于生产中空的塑料瓶、罐、盒类塑件。所以图1-1-1所示开关盒选择注射成型生产。2.开关盒成型工艺过程一个完整的注射成型工艺过程包括成型前的准备、注射过程及塑件后处理3个过程。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程(1)成型前准备。①对(PPS料进行外观检验:检查原料的色泽、粒度均匀度等，要求色泽均匀，颗粒均匀。②生产开始前如需改变塑料品种、调换颜色、或发现成型过程中出现了热分解或降解反应，则应对注射机料筒进行清洗。③GPPS料一般可不经过干燥直接使用。但为了提高制品质量，可在55℃~70℃鼓风烘箱内预干燥1一2h。④为了使塑件容易从模具内脱出，模具型腔或模具型芯还需涂上脱模剂，根据生产现场实际条件选用硬脂酸锌、液体石蜡或硅油等。(2)注射过程。包括:加料、塑化、充模、保压补缩、冷却定型和脱模步骤等。(3)塑件后处理。退火处理:在红外线灯或鼓风烘箱内，于70℃恒温处理2一4h。上一页下一页返回项目二确定塑料成型方法及工艺过程四、思考与练习1.阐述注射成型过程的成型原理和工作过程。2.什么是固化?固化对生产成型和产品质量有什么影响?3.压缩成型和压注成型有何不同?4.挤出成型有什么特点?5.什么是塑件的后处理?后处理有哪些方式?6.列举日常生活中常用塑料制品，并根据塑料种类、塑件结构等初步确定成型方式、成型工艺过程。7.现有一塑件—连接座，如图1-2