塑料制品的成型工艺(2)2010.04.16.

1、培训时间：2010.06.01.,约1.5课时,塑料制品的成型工艺,培训提纲,1 热成型工艺 2 注射成型 3 挤出成型 4 吹塑成型 5 搪塑成型 6 低压成型 7 反应注射成型 8 结构反应注射成型 9 旋转成型 10 缠绕和喷射成型 11 粉末成型 12 流涎成型 13 压延成型 14 发泡塑料,塑料制品的成型工艺,塑料制品的成型工艺,大家知道，汽车使用塑料可以减轻质量（零部件约40% ）、制造成本低、性能优异、功能广泛，能使汽车在轻量化、安全性和制造成本诸方面获得更大的突破；塑料的使用量迅速上升，即节约了燃料，又减少了排放。 目前发达国家车用塑料已占塑料总消耗量的7%以上，不久的将来车

2、用塑料的用量可能达到10%11%。随着汽车轻量化的发展趋势，预计到2030年，发达国家汽车平均塑料用量将达到500kg以上。车用塑料今后的发展方向一方面是开发结构件、外装件用的增强塑料、工程塑料、高性能复合材料；另一方面，车用塑料零部件将呈现模块化供应、专业化生产、技术含量更高趋势发展，同时对材料的可回收性要求更高。下面就汽车用塑料制品常用的成型工艺作简单介绍。,一 热成型制品成型工艺,1 热成型加工 1.1 热成型方法 1.1.1 加工方法 1.1.2 设备和模具 1.2 热成型工艺 1.2.1 制品收缩 1.2.2 尺寸精度 1.2.3 切边 1.3 片状膜塑料 1.3.1 GMT热塑性塑

3、料 1.3.2 SMC热固性塑料 1.4 团状膜塑料 2 热成型制品设计 2.1 结构设计 2.2 引伸比的预测,热成型制品成型工艺,热成型是利用塑料片材，制造敞口壳体制品的一种方法。将塑料片材裁成一定尺寸加热软化，借助片材两边的气压差或机械压力，使其变形后覆贴在特定的模具轮廓面上，再经冷却定型，并切边修整而成。 热成型工艺是制造塑料制品的主要方法之一，近年来发展较快。它包括制品设计，片材提供和加热，成型模具的设计和应用，真空吸塑技术，相应的成套机械设备，制品成型后的剪切，废边的回收利用等。现侧重介绍制品加工和工艺设计。,热成型制品成型工艺,1 热成型加工 我们主要介绍热成型方法、成型工艺条件

4、和片材的加工，以了解热成型制品的生产过程和产品性能。 1.1 热成型方法 1.1.1 加工方法 塑料片材的成型方法目前有几十种之多。以成型动力可分为两大类：即模压法和差压法。,热成型制品成型工艺,模压法又可根据凸模和凹模的成型作用分为： 单凸模成型 单凹模成型 凹凸模成型 差压法可分为： 真空吸引法 压缩空气成型法 许多热成型方法，都是以上几种基本成型方法的组合和改进。下面分别介绍几种典型的热成型方法。,热成型制品成型工艺,模压法 是将粉状料、固状料 、片状模塑料或团状 模塑料放入模腔内， 再在压机上加压、加 热即可制成制品的加 工方法。,热成型制品成型工艺,单凸模成型 是先将板材夹持在凸模上

5、方一定的高度位置进行辐射加热；一旦板材达到预定加热温度，则由压环带动板材向下移动，或启动模具上升运动，以使凸模强制板材发生一定程度的塑性变形；当压环与模具接触后，停止两者的相对运动，同时用真空泵将空气抽取干净，于是板材在大气压力下继续进行塑性变形，直到完全贴靠在凸模型面上。 凸模真空成型可以用来生产深度尺寸较大的薄壁制品（深度与径向尺寸比可达1 1甚至1.5 1），并可得到比较准确的内部形状和尺寸。,塑料制品的成型工艺,热成型制品成型工艺,单凹模成型 是用压环将板材夹持固定在凹模上端的一定高度位置进行辐射加热；当板材达到预定加热温度时，移动加热器，停止加热，同时用真空泵将空气抽取干净，于是板材

6、将在大气压力下发生塑性变形，直到完全贴靠在凹模型面上。 凹模真空成型主要适用于径向尺寸较大而深度尺寸较小（通常小于50mm）的塑料制品，并可以得到比较准确的外部形状和尺寸。,塑料制品的成型工艺,热成型制品成型工艺,凹凸模成型 凹模与凸模的成型也叫对模成型，可视为一种经过改进的凸模真空成型方法。采用模压作用使片材成型。先将片材夹持于两模之间，并用可移动式加热器对其加热达到所需温度。由压机使凹凸两半模合拢，并施加一定压力。冷却定型后开模，取出制品。此种对模成型的制品形状和尺寸准确性较好，适宜有花纹图案的制品成型。可以加工形状结构较为复杂的制品。制品壁厚取决于凹模和凸模间的成型间隙。,塑料制品的成型

7、工艺,热成型制品成型工艺,柱塞加压真空成型 可视为一种经过改进的凹模真空成型方法。与凹模真空成型相比，柱塞对板材起到了加压作用，板材在其未贴靠凹模型面之前，各处变形程度将会比单纯的凹模真空成型来的均匀，所以将有可能在板材内保留较大的塑性变形能力，以供最后贴靠凹模型面使用，故可克服单纯的凹模真空成型之缺陷，以用来成型深度较大的制品。但应注意，使用这种方法时，制品内表面将会残留柱塞加压的痕迹，有损其内表面质量。,塑料制品的成型工艺,热成型制品成型工艺,真空吸引法（例：真空吸塑成型） 真空吸引法是将塑料片材经加热软化后置于模上，通过模型上的排气小孔，把塑料片材与模型之间的空气由真空泵排除干净，是软化

8、的片材吸附到模型上，经冷却定型而制成制品。,热成型制品成型工艺,压缩空气成型法 利用压缩空气吹入模具，迫使加热软化后的塑料板材塑性膨胀变形（表面积增大、厚度减薄）并贴靠在模具型面上，转变成塑料制品的加工方法称为压缩空气成型法。,塑料制品的成型工艺,双片复合差压热成型方法,热成型制品成型工艺,1.1.2 设备和模具 加热的方法很多，常见的有红外辐射加热、热空气对流加热 、电热板传导加热等。电热板传导加热为直接接触加热。要防止片材有温度差异，造成成型中非均匀延伸，使制品壁厚不均而报废，片材温度控制在5之内较好，而且在成型之前温度下降不超过5，必须配置片材的提取装置。 生产中单纯抽真空，能在片材两边

9、形成一定的压差（ 7090k ）。真空度通常为500600mmHg，即（0.670.8） 热成型吹胀用压缩空气一般不大于0.4M,热成型制品成型工艺,热成型设备主要为真空吸塑设备，可分为： 1) 加热系统 2) 真空系统 3) 气动夹具系统 4) 液压系统 5) 冷却系统 6) 电气控制系统 热成型设备主要技术参数： 有效成型面积 加热板材厚度 最大吸塑深度 炉内加热温度,热成型制品成型工艺,热成型模具材料主要有两大类。 （1）金属模：钢材、铝合金、铜合金 其表面可以镀铬或镀镍。适用于产品要求精度高、制造数量比较大的品种。 （2）非金属模：有用优质硬木制造，也有用石膏浇铸，表面涂漆。它们的导热

10、性很差。适用于研制新产品和小批量生产的品种。 还有特种塑料模，是用环氧树脂或硬质聚氨酯浇铸成型。它们可以添加多种填料改善性能，也可镶嵌冷却管道。故较为耐用。,热成型制品成型工艺,由于热成型方法的不同，相应模具结构各不相同。一般成型尺寸的预测计算较为困难，片材的边缘要夹紧密封，还要控制好模具的温度；做好真空吸塑系统的设计计算，布置好抽气孔和定孔径等。 1.2 热成型工艺 了解热成型的收缩、制品的精度和切边，有助于制品设计。表1介绍几种塑料的工艺特性。,塑料制品的成型工艺,热成型制品成型工艺,1.2.1 制品收缩 热成型制品有较大的后期收缩。成型塑件约有50%的收缩量是在模内冷却时产生的。由于模具

11、温度较高，塑料件在脱模后冷却至室温，约有25%的收缩量。其余25%是在24h内的后期收缩。而且，在凹模上成型的塑料件收缩率比凸模上成型要大25%50%。如聚烯烃类的PE和PP，凸模成型时收缩率为1.0%5.0%，凹模成型时的收缩率为3.0%6.0%。,热成型制品成型工艺,1.2.2 尺寸精度 加热的片材在成型中有无约束的拉伸过程，其间有下垂现象。在单凹模成型的冷却收缩时，原覆贴的制品会与型腔表面间产生间隙，加上脱模后有较大冷却和后期收缩。热成型制品的收缩和变形，比注射塑料件大。另外，薄壳的热成型制品在使用过程中，形状和尺寸受气温和环境变化影响而很不稳定。因此，热成型制品不能作精密制件。,热成型

12、制品成型工艺,1.2.3 切边 被成型的片材周围要夹持和压紧。工艺设计时应留有所需边缘宽度。制品硬化后，这部分周围要切除。大批量生产时，要用专门设计和制造的冲裁模，以凸模和凹模组成的刀刃剪切周边。用冲裁模也可冲孔和切槽。小批量生产的塑料件可用铣刀铣削。对发泡制品，可用电热细丝熔割。,热成型制品成型工艺,1.3 片状膜塑料 1.3.1 GMT热塑性塑料 1.3.1.1 塑料片材 是在加热温度下具有良好延伸性能的热塑性塑料，凡是能制成片材的塑料都可以热成型。常用热塑性材料有硬聚氯乙烯、聚乙烯与发泡聚乙烯、抗冲聚苯乙烯、聚丙烯和ABS等。表3列出了各种热塑性成型塑料片材，并介绍了它们热成型的温度特性

13、，以及有关热性能。,塑料制品的成型工艺,热成型制品成型工艺,供热成型的热塑性片材通常为13mm厚，经引申变薄制品的壁厚可以很薄，制品的面积可达数平方米。 对热成型塑料片材的性能要求，因制品使用场合不同各有所侧重。一般包装用需要透明性较好、防水、和热焊性能等。食品包装更要求无味、无臭、无毒和耐腐蚀，有的还要求耐热、耐水和蒸汽。作为汽车装饰件用材料，首先要求聚合物必须具备低收缩性，还应有耐水、涂漆牢固等各种性能。,热成型制品成型工艺,GMT熔融浸渍工艺是最常用的一种成型工艺，是将两层玻璃纤维毡压合在三层PP中，中间是熔融的 PP，最外层可以是薄膜 ，也可以是熔融的 PP，该夹层结构在高于PP熔融的

14、温度条件下加压然后冷却，最后裁割。熔融时，毛毡是最关键的因素。如果对流动要求不高，则可用短切毡或连续毡，如果有最佳的流动要求时，就需要一种用玻璃纤维粗纱特制的编织毡。,热成型制品成型工艺,1.3.1.2 成型工艺 GMT是冲压成型的玻璃纤维毡增强的热塑性塑料，相当于热固性SMC的热塑性片材。,热成型制品成型工艺,湿法造纸工艺 湿法造纸工艺是在造纸技术基础上发展起来的，它是把长度在625mm之间的玻璃纤维分散于水中，加入PP粉末和一种乳液，这些组分悬浮于水中，加入絮凝剂后，使粉末和乳液凝结，在液压成型屏筛上分离出来，形成的毡在高于聚丙烯熔融的温度下压紧，使之融合在一起。该工艺还可以生产长玻璃纤维

15、热塑性片材，玻璃纤维的（长度直径）大于500mm，并涂以特制的胶黏剂。用湿法生产的片材纤维分散均匀，树脂含量容易控制。,塑料制品的成型工艺,热成型制品成型工艺,1.3.2 SMC热固性塑料 许多新的塑料成型工艺都是在汽车工业的推动下开发的，在竞争激烈的今天，只有不断创性，开发出新的塑料成型加工工艺，才能满足汽车轻量化的需求，才能在未来的市场竞争中占有更多的份额。不掌握特殊的新工艺、新技术，企业就没有前途。随着新的工艺开发和应用技术研究的深入， SMC成型工艺必将在汽车用塑料成型加工领域中得到越来越广泛的应用。,热成型制品成型工艺,SMC是把低黏度的树脂化合物浸到玻璃纤维中，而制成的连续片状预成

16、型材料。玻璃纤维切成短纤维之后，落在塑料薄膜上成为片状的垫，也可直接使用玻璃纤维毡垫。浸渍用树脂含有增稠剂，把黏度调整到成型时可以流动的程度。这种方法不采用混炼，而是直接把树脂浸到玻璃纤维垫中，因而纤维不受破坏，强度比较高。另外，SMC材料制成片状，有利于模压成型，可以提高生产率。,热成型制品成型工艺,1.3.2.1 主要原材料 SMC材料的主要原料有不饱和聚酯、玻璃纤维、填充剂，此外必不可少的是增塑剂、引发剂、内脱模剂，有时还根据设计需要添加颜料、界面活性剂、偶联剂等。总体上讲，由一定长度的玻璃纤维、粒状填充剂和聚酯树脂三要素结合而成。在三要素中树脂含量应占3035，以便充分的润湿玻璃纤维和

17、填充剂；其余6570是增强材料和填充材料，其中，玻璃纤维含量为30，填充剂为3540。玻璃纤维含量高时，可以得到高强度、高弹性模量的材料，但流动性差，表面不光洁。填充剂含量高时，流动性增加，得到表面粗糙度较好的产品，但强度低。,热成型制品成型工艺,1.3.2.2 制造工艺 在制造SMC材料时，上述各种原料分为两大类，也就是说，除玻璃纤维和增稠剂外，其他组分均匀混合成糊剂，为防止粒子二次凝集，最好使用高速透平式搅拌机。由A、B两个组分构成低收缩树脂时要保证两个组分的均匀分散。把增稠剂加到混合物中，其黏度开始上升，因此加完增稠剂的树脂糊最好在30分钟内用完。,热成型制品成型工艺,SMC的制造过程如

18、下图所示。在两张内侧涂有树脂的PE薄膜中间加入玻璃纤维，接着通过压辊把树脂复合物浸渍到玻璃纤维毡中去。为把树脂均匀的涂覆在薄膜上，应备有刮板。制好的SMC片材厚为24mm，单位面积质量为35 。将浸渍好的SMC片材卷起来，经过一定的熟化后使用。为使树脂均匀的浸透玻璃纤维毡垫，树脂的黏度不能太高，玻璃纤维厚度也不允许太厚。因此受到SMC材料厚度的限制，在制造某些汽车零件时，需两层甚至三层重叠起来模压成型,塑料制品的成型工艺,热成型制品成型工艺,TMC的制造过程比SMC多了一个混合树脂和玻璃纤维的捏合辊。切断的玻璃纤维和树脂首先通过捏合辊均匀混合，混合后的复合物被离心式刮胶辊分散到下部托带上的PE

19、薄膜上，上面再盖一层PE薄膜后，用压紧辊压紧成一定规格的板材，其厚度取决于上面供给的料量和托带前进的速度。由于TMC采用混合而不是浸渍的方法，因此可以使用高黏度的树脂（4000Pa.s），而SMC最高允许使用黏度为100150Pa.s的树脂。,热成型制品成型工艺,热成型制品成型工艺,1.4 BMC团状膜塑料 团状膜塑料（ BMC ）是利用捏合机将树脂糊与短切纤维（长312mm）充分搅拌、浸渍，成为用于干法模塑或注射模塑工艺的半成品松散模塑料。 团状膜塑料（ BMC ）主要由不饱和聚酯、玻璃纤维、填充剂（碳酸钙等）、增稠剂 （氢氧化镁）低收缩树脂（PMMA等热塑性塑料）等组成的团状成型材料；片状

20、膜塑料（SMC）与团状膜塑料（ BMC ）不同的是玻璃纤维用量多，填充剂用量少，纤维强度损失小，但没有团状膜塑料成型方便的优点。,热成型制品成型工艺,2 热成型制品设计 热成型制品的大小和壁厚的适应性强，因此应用范围广泛。由于热成型所需压力 不大，设备投资小。其设备成本是注射设备的15左右。而且其模具制造和修整方便，其成本是注射模具的110，大批量生产的热成型制品成本低，效率高。尽管常见的热成型制品结构并不复杂，但成型制品的壁厚和片坯厚度的预测性设计计算是相当困难的。,热成型制品成型工艺,2.1 结构设计 热压成型制品种类很多，小的有药片包装，常用的有杯、碟、盘、箱、壳、架、盆，汽车装饰件有保

21、险杠、仪表板、门内护板、侧围护板、顶盖护面、地毯等。制品结构设计应满足产品的使用功能性和热成型工艺可行性的要求。表5是常见的一些结构设计的改进意见 。,热成型制品成型工艺,热成型制品成型工艺,塑料制品的成型工艺,2.2 引伸比的预测 引伸比是热成型制品形体设计的重要依据。只有经过制品与片坯的引伸比的预测和校核，才能保证制品成功的成型。进而计算出片坯的面积。 如下图所示，在热成型制品工程计算中有三种引伸比： 面积引伸比 线形引伸比 高经比,塑料制品的成型工艺,二 注射成型,注射成型,注射成型,气体辅助注塑成型的优点 ： 降低制品内应力。 降低锁模力。 节约原材料约25 %30 %左右。 可注射大

22、型厚壁制品，成型周期短。 制品表面平整、光滑、无收缩痕迹，减小翘曲变形。 注塑压力降低。 制品的强度和刚度得到加强。 生产效率高。 提高产品一体化程度，简化结构。,注射成型,三 挤出成型,塑料挤出成型一般是指借助螺杆或柱塞的挤压作用，迫使塑化好的塑料强行通过开口模成为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。按挤出过程中成型物料塑化方式的不同，挤出工艺可分为干法挤出和湿法挤出两种。 挤出成型原理：挤出过程一般由物料塑化、塑化物料通过口模成型和挤出物料固化定型三阶段组成。对热塑性塑料干法挤出而言，固体物料（粉状或粒状）首先靠重力从料斗进入机筒内，在旋转螺杆的作用下，被向前输送、熔融、均化，并沿螺杆增

23、压；熔融的物料通过连接在挤出机“头部” 的口模被挤出，形成高温型坯；最后高温型坯在辅助设备中被冷却定型，形成固定截面的制品。,四 吹塑成型,近年来，吹塑成型技术在汽车制造业中的应用范围不断扩大，因为吹塑可成型复杂形状的制品，生产设备省力节能，塑料成品成本较低。特别是汽车上采用塑料制品，可大大减轻汽车自身质量，这对于节约燃料降低油耗意义重大。用吹塑成型工艺可生产汽车暖风管道、燃油箱、后导流板等部件。 吹塑也称中空吹塑，是指借助压缩空气的压力，将闭合模具内处于熔融状态的塑料型坯，吹胀成中空制品的一种成型方法。,吹塑成型,吹塑成型,吹塑成型,吹塑成型,3 多层吹塑 多层吹塑是用注塑法或挤出法制取的多

24、层型坯制造中空制品的吹塑方法。例：用多层共挤吹塑法生产的燃油箱。 为使燃油箱的渗漏量达到2g/ 24h的要求，选用多层共挤出吹塑法来成型，即五层共挤：HDPE + 粘接剂+ PA + 粘接剂+ HDPE。这种工艺要用3 台单螺杆挤出机和一个五层共挤吹塑机头，再加一台吹塑机。用此工艺制成的复合燃油箱，其渗漏量可以达到0.120.15g/ 24h 的效果。但投资大，工艺比较复杂，成本较高。主要用于中高档轿车。,五 搪塑成型,搪塑成型的技术性能优于真空吸塑成型，与真空吸塑成型不同的是表皮的制造，其余工艺基本相同。主要设备由搪塑加热炉、成型模具、转台式浇注机和修边机等组成。搪塑成型机是整套设备的关键。

25、搪塑成型过程全由电子仪器自动控制。 搪塑成型工艺过程： 模具涂消光剂加热装入粉料（ PVC ） 旋转 冷却 取出制品 放入骨架 浇注泡沫 修整 包装。,六 低压成型,又叫注射压制成型，是将注射与压制相结合的一种成型方法，所用注射机与普通机型没有太大的区别，只是模具装在压机上，先将塑化好的塑料定量的注射到半开启的模具型腔里，再开动压机进行合模加压，在低压下，塑料均匀的充满膜腔，冷却后再开模取件。,低压成型,可复合面料的低压成型法 这种方法适合薄壁大型零件的制造，如：轿车车底护板、行李箱底板、车门内护板等 。在此法基础上，还可以引伸一种复合织物、人造革类面料的成型方法。,七 反应注射成型,反应注射成型（RIM）是将两种或两种以上的高活性原料在压力下，通过混合头撞击混合后，注入模具内，在发生化学反应的同时制得产品的一种成型工艺过程。,八 结构反应注射成型,结构反应注射成型是先将玻璃纤维预制的织物或毡片铺垫在模具中，再将两种液体输送到混合头中混合后注入模具进行反应注射成型，从而得到不同厚度的泡沫制品，即PURM。例：