1、塑料儲物箱的設計目錄1、塑料儲物箱的特點 21.1 塑料儲物箱的簡介 21.2 塑料儲物箱及其使用圍 21.3 塑料儲物箱的使用環境及性能要求 22、塑件設計原則 33、原材料選擇 33.1 選擇依據 43.2 材料配方 43.2.1 聚合物（樹脂） 53.2.2 增塑劑 53.2.3 穩定劑 63.2.4 填充劑 83.2.5 著色劑（色料） 93.2.6 潤滑劑 103.2.7 防靜電劑 104、成型方法 124.1 注塑成型工藝過程 124.2 聚丙烯塑料注塑 125、模具結構 136、制品工藝性分析 146.1 制品尺寸 146.2 結構 156.3 脫模斜度（拔模斜度） 156.4

2、塑件的壁厚 166.5 加強筋及及增強措施 176.6 支承面和凸臺 186.7 圓角設計 197、失效分析 207.1 塑料制品的失效形式 207.2 影響塑料制品失效的因素 207.3 塑料的力學特性 217.3.1 靜載荷下的形變行為 217.3.2 動態載荷分析 228、參考文獻 2211、塑料儲物箱的特點1.1塑料儲物箱的簡介儲物箱主要用于運輸、冷藏、超市、五金、儲物（蔬菜、水果） 家用、周轉、整理（文件、衣物、玩具）等。給人們日常工作生活帶 來方便，它在現實生活中是廣泛應用的一種塑料產品。1.2塑料儲物箱及其使用圍塑料儲物箱通常也稱塑料整理箱、塑料儲物盒、塑料整理盒、塑 料收納箱。

3、塑料儲物箱的使用圍主要是：1. 食品加工中的儲存、周轉、清洗。2. 化學工業中的酸洗、脫脂。3. 釀造、蔬菜加工行業中的發酵、腌制、儲存。4. 藥品、食品、化學行業中的拌料、兌制。5. 五金、電子、工具、零件業的儲存、中轉、酸性。6. 紡織、印染業中的漂、洗、染。1.3塑料儲物箱的使用環境及性能要求塑料儲物箱通常在常溫下使用，不宜暴曬，也不宜跌落，塑料 儲物箱也具備環保、能耐酸耐堿、耐油污、無毒無味、清潔方便、堆放整齊、便于管理、承載強度大、可套疊、節省空間、重量輕、耐腐 蝕等特點！塑料儲物箱應該具有良好的化學性能，能夠耐酸、耐堿、 耐腐蝕，并且具有較好的耐熱性能以及韌性好、抗壓強度高、緩沖防

4、 震、抗彎曲變形和較好的尺寸穩定性等良好的力學性能，此外，塑料 儲物箱還應該具備防水、防潮、防靜電以及造型美觀等使用要求。2、塑件設計原則2.1滿足使用要求和外觀要求2.2在保證塑件的使用性能、物理、化學、介電性能與力學性能等 的前提下，盡量選用價格低廉和成形性能較好的塑料，并力求結構簡 單、壁厚均勻、成形方便。2.3在設計塑件時應考慮其模具的總體結構，使模具型腔易于設計 制造，模具抽芯和推出機構簡單，盡量簡化模具結構。2.4在設計塑件時，應考慮原料的成形工藝性，如流動性、收縮性 等，塑件形狀便于成型加工。3、原材料選擇塑料儲物箱是采用高密度聚乙烯HDP或者聚丙烯PP生產制造的, 安全無毒，但

5、是根據塑料儲物箱的使用要求以及成本考慮在此選用聚 丙烯PP作為塑料儲物箱的材料。3.1選擇依據聚丙烯的強度、剛度和硬度都比較高，光澤性也好，還具有優良 的抗彎曲疲勞性，其制品在常溫下可彎折一百萬次而不損壞。 聚丙烯 也是一種非極性的聚合物，具有優異的電絕緣性能，在塑料材料中屬 于較高水平，而且具有良好的耐熱性，可在 100C以上使用，是絕好 的保溫材料。同時聚丙烯也是非極性結晶型的烷烴類聚合物， 具有很 高的耐化學藥品性。該塑料儲物箱選用燕山石化公司的牌號為K1505的聚丙烯，其主要性能指標如表1所示：類別熔體流動速率ASTMD1238 (g/1omi n)密度ASTM D1505(g/cm3

6、拉伸屈服強度ASTMD638/斷裂伸 長率ASTMD638/%彎曲模 量ASTM D790A/ Gpa懸臂梁 沖擊強 度 ASTMD256/( J/m)熱變形 溫度ASTMD648,66Psi/C洛氏硬 度ASTMD785/R適用加 工方法)MPa均聚物5.00.90538.62001.7932125103注塑表13.2材料配方塑料都是由聚合物和助劑兩類物質組成的，其中聚合物是主要成 分，助劑則是為使復合物或其制品具有某種特性而加入的一些物質。常用的塑料助劑種類有很多，主要有增塑劑、穩定劑、加工助劑、沖 擊改性劑、填充劑、增強劑、著色劑、潤滑劑、防靜電劑、阻燃劑、 防霉劑等20多類。加至塑料中

7、的助劑是隨制品的不同要求而定的， 并不是各類都需要，加入的各類助劑必須以相互發揮為要則，切忌彼此抑制。321聚合物（樹脂）聚合物是塑料的主要成分，所以它決定了制品的基本性能。在塑 料制品中，聚合物應成為均一的連續相，其作用在于將各種助劑粘結 成一個整體，從而具有一定的物理力學性能。由聚合物與助劑配制成 復合物需要有良好的成型工藝性能，例如，在成型過程中，一般應在 一定的溫度、壓力下具有可塑性（連續流動的行為）。對于該塑料儲物 箱，選用聚丙烯PP作為其聚合物（樹脂），聚丙烯樹脂為白色蠟狀物 固體，密度很低，只有0.905g/cm3,聚丙烯樹脂具有綜合性能良好， 原料來源豐富，生產工藝簡單，而且價

8、格低廉等特點。在此聚丙烯 PP的用量為100份（質量分數）。322增塑劑為降低塑料的軟化溫度圍和提高其加工性，柔韌性或延展性，加 入的低揮發性物質稱為增塑劑，而這種作用則稱為增塑作用。增塑劑 通常是一類對熱和化學試劑都很穩定的有機物，大多是揮發性低的液 體，少數則是熔點較低的固體，而且至少在一定圍能與聚合物相容。經過增塑的聚合物，其軟化點、玻璃溫度、脆性、硬度、拉伸強度、 彈性模量均下降，目前工業上大量應用增塑劑的聚合物只有聚氯乙 烯、醋酸纖維、硝酸纖維等少數幾種，由于聚丙烯本身較為柔軟，故 不需要使用增塑劑。323穩定劑凡在成型加工和使用期間為有助于材料能保持原始值或接近原始值而在塑料配方中

9、加入的物質稱為穩定劑， 在塑料中加入穩定劑是制 止或抑制聚合物因受外界因素（光、熱、氧、細菌以至長期存放等） 引起的破壞作用，穩定劑可分為熱穩定劑、光穩定劑（紫外線抗御劑， 紫外線促滅劑、光屏蔽劑）及抗氧劑。由于聚丙烯的耐候性差，叔碳 原子上的氫易氧化，對紫外線很敏感，在紫外線作用下易降解，所以 要在其中加入紫外線抗御劑，紫外線抗御劑的作用有兩種：（1）先于聚合物吸收入射的紫外線而放出無破壞性的長波能或熱能，從而使聚合物減緩或免除降解。（2）移除聚合物吸收的光能，使其儲的光能達 不到光降解所需要的水平。目前工業上用的以前一種居多，后一種很 少，僅限于某些重金屬絡合物。常用的紫外線抗御劑有以下幾

10、類：（1）2羥基二苯甲酮的衍生物。（2）2連二氮雜茚的衍生物。（3）取代的丙烯酸酯類。（4）芳酯類，包括水酸芳酯類和間苯二酚的酯類。（5）含鎳絡合物，主要是硫代雙酚，氨荒酸和膦酸的鎳鹽或鎳絡合 對于聚丙烯類的聚烯烴，建議采用的紫外線抗御劑是 2羥基二苯甲 酮的衍生物，且用量為0.2% （質量分數）。聚丙烯受熱時容易氧化降解，在咼溫下對氧特別敏感，為防止加 工中發生熱降解，一般在樹脂合成中加入抗氧劑。抗氧劑加至塑料中， 就可以制止或推后聚合物在正常或較高溫度下的氧化，按照抗氧劑是 抗氧作用可分為兩類：（1）自由基或增長鏈的終止劑。屬于這一類的 主要物質的化合酚和芳基仲胺類，這些化合物都具有不穩定

11、的氫原 子，借此可以與自由基或增長鏈發生作用， 從而免除自由基或增長鏈 從聚合物中奪取氫原子的作用。這樣，聚合物的氧化降解就被停止， 其反應如下：ROO*+AHROOH+A*RO*+AHROH+A*HO*+AHHO+A*A*+ROO穩定化合物2A*穩定化合物R*+AHRH+A*其中最后一個反應是比較不重要的，其次，A*雖是自由基，但是比較 穩定，幾乎沒有與氧發生作用或從聚合物分子中奪得氫原子的能力， 因此也就不會引起氧化降解作用中的引發和傳遞。（2）氫過氧化物的 分解劑。屬于這一類的主要物質有亞磷酸酯類和各種類型的含硫化合 物（如金屬硫化物、硫代二羥酸酯、硫撐二丙烯酸酯類）。這些物質都能使氫過

12、氧化物分解非自由基型的穩定化合物，從而避免因氫過氧化物分解成自由基而引起的一系列降解，分解的簡單形式可表示為： ROOH+PD非自由基型的穩定化合物；上述兩類抗氧劑的作用是相輔 相成的，所以通常都是兩種兼用。目前使用的前一類抗氧劑主要有：2, 6二特丁基一4甲酚、2, 2雙（3甲基一4羥基苯基）丙 烷（雙酚0、雙酚A 1, 1, 3三（2甲基一4羥基）丁烷（CA、 四3 （3, 5二特丁基一4羥基苯基）丙酸季戊四醇酯（1010）、3, 5二特丁基一4羥基苯丙酸（1076）、N苯基N 環己基對苯二 胺（防老劑4010）等。而后一類則有：硫代二丙酸二（十八）酯（DSTP） 硫代丙二酸二月桂酸（DL

13、TP、亞磷酸三苯酯（TPP、亞磷酸三（壬 基苯酯、等。對于聚丙烯塑料來說，應加入防氧能力強的抗氧劑，如 兼用相對分子質量和揮發度低的酚類和硫撐二丙烯酸酯類。兩者的用 量均為0.010.05% （質量分數）。填充劑填充劑一般都是粉末狀物質，而且對聚合物都呈惰性。配制塑料時加入填充劑的目的是改善塑料的成型加工性能，提高制品的某些性能，賦予塑料新的性能和（或）降低成本。填充劑的加入并不是單純 的混合，而是彼此之間存有次價力。這種次價力雖然很弱，但是具有 加和性，因此當聚合物相對分子質量較大時，其總力顯得可觀，從而 改變了聚合物分子的構象平衡和松弛時間， 還可以使聚合物的結晶傾 向和溶解度降低以及提高

14、玻璃化溫度和硬度等，此外，填充劑的加入 量一般為塑料組成的40%以下。對于塑料儲物箱，根據其使用性能和 要求，在此選用的填充劑有重質型碳酸鈣，用量為 10% （質量分數）， 滑石粉，用量為10% （質量分數），粘土，用量為3.5% （質量分數）， 二氧化硅（白炭黑），用量為1.5%（質量分數），中空微球，用量為 0.5% （質量分數）。325著色劑（色料）給予塑料以色彩或特殊光學性能或使之具有易于識別等功能的 材料稱為著色劑。加入色料不僅能使制品鮮艷、美觀，有時也能改善 制品的耐候性。在成型加工中對色料的一般是要求性能穩定、 不分解、 易擴散、耐光和耐候性優良、不發生從制品部移向表面的洇色現象

15、（如 滲霜、滲出或滲移）以至移向與其接觸的其他物品的遷移現象。選用 色料時，除應熟悉具體品種的性能外，還應著重考慮以下三點。（1）塑料在配制和成型過程中的具體情況：各種塑料在配制和成型過程中 所遇外界條件是各不相同的，因此，必須根據具體情況進行選擇。在 聚丙烯中，一般不能加入含銅、鋅、鉆、錳等元素的色料以免其促進 降解反應，此外，所用的色料對聚合物及其它助劑有無不良影響，是 否增加成型加工的困難等也應注意。（2）色料的用量：聚合物與色料 的比率不僅決定色調的濃淡深淺，而且這一比率只能高至一定數值， 否則就得不到好的效果。各種色料對一種塑料可加入的最高比率值是 不同的，最高比率值越大的其著色力越

16、強。此外，最高比率值小的則 顏色對光的穩定性就大些，但洇色現象也增強。色料的加入量一般均 小于2%某些情況下可低至0.01%。（3）著色制品的用途：選用色料 應著重考慮制品的限定用途。對于聚丙烯塑料，其在配制成型時常常 處于中性高溫狀態，要求色料耐高溫、耐光牢度強、不洇色，在此， 對于聚丙烯塑料來說，其著色劑選用特制炭黑母料，用量為0.3% （質 量分數），以及酞青蘭，用量為0.01% （質量分數）。326潤滑劑為改進塑料熔體的流動性能，減少或避免對設備的摩擦和粘附以 及改進制品表面光亮度等，而加入的一類助劑稱為潤滑劑。常用潤滑 劑有脂肪酸及其皂類、脂肪酸酯類、脂肪醇類和酰胺類、石蠟、低相 對

17、分子質量聚乙烯、合成蠟、丙烯酸酯類及某些有機硅化合物。對于 聚丙烯塑料來說，選用氯化石蠟作為其潤滑劑，用量為0.5% （質量分數）。防靜電劑塑料制品表面，常因在成型過程中與模具或設備表面分開而積累 靜電，這種靜電還會在制品后加工或運轉中增加。 帶有靜電的制品表 面容易積灰，對生產與使用不利。為使制品具有適量的導電能力以消 除帶靜電的現象，可在塑料中加入防靜電劑，防靜電劑主要有胺的衍 生物、季胺鹽類、磷酸酯類和聚乙二醇類。防靜電劑的加入量一般均 小于1%對于聚丙烯塑料，選用聚乙二醇作為其防靜電劑，用量為 0.5% （質量分數）。材料的配方如表2所示:配方原料名稱用量樹脂聚丙烯1002羥基二苯甲酮

18、衍生物 酚類和硫撐二丙烯酸酯0.20.010.05填料10101.53.50.5重質型碳酸鈣滑石粉二氧化硅（白炭黑） 粘土中空微球色料特制炭黑母料酞青蘭0.30.01潤滑劑氯化石蠟0.5防靜電劑聚乙二醇0.54、成型方法4.1注塑成型工藝過程首先閉合模具，螺桿向前推進進行注射，熔料填充型腔，其次螺 桿旋轉后退，對熔料進行預塑化，同時進行型腔保壓補縮，最后當塑 件冷卻定型后開啟模具，頂出塑件，然后閉合模具，開始下一個循環。4.2聚丙烯塑料注塑聚丙烯為非極性的結晶性高聚物，吸水率很低，約為0.03%0.04% 注射時一般不需要干燥，必要時可在 80100C下干燥34h。聚丙烯 的熔點為160175

19、C，分解溫度為 350 C，成型溫度圍較寬，約為 205315C，其最大結晶速度的溫度為120130C .注塑用的聚丙烯塑 料熔融指數為5g/10min，熔體流動性較好，在柱塞式或螺桿式注塑 機中都能順利成型。一般料筒溫度控制在210280C，噴嘴溫度比其低 1030C,生產薄壁制品時，料筒溫度可提咼到280300C ;生產厚壁制品時，為防止熔料在料筒停留時間過長而分解,料筒溫度應適當降低至200230C，料筒溫度過低，大分子定向程度增加，制品容 易產生翹曲變形。聚丙烯熔體的流變特性是粘度對剪切速率的依賴性 比溫度的依賴性大，因此在注塑充模時，通過提高注射壓力或速度來 增大熔體的流動性比通過提

20、高溫度更有利，注射壓力控制在 70120Mpa聚丙烯的結晶能力較強，提高模具溫度有助于制品結晶 度的增加，甚至能夠提前脫模，生產上常采用的模溫約為7090C,這不僅有利于結晶，又有利于大分子的松弛，減少分子的定向作用， 并可降低應力。如模溫過低，冷卻速度太快，澆口過早冷凝，不僅結 晶度低、密度小，而且制品應力較大，甚至引起充模不滿和制品缺料， 冷卻速度不僅影響結晶度，還影響晶體結構。急冷時呈碟狀結晶結構， 緩冷時呈球晶結構。由于聚丙烯的玻璃溫度低于室溫，當制品在室溫 下存放時常發生后收縮現象，原因是聚丙烯在這段時間仍在結晶。 后 收縮量隨制品厚度而定，越厚收縮越大，后收縮總量的90%勺在制品脫

21、模后六小時完成，剩余10%勺發生在隨后的十天，所以，制品在脫 模24h后基本可以定型，成型時，縮短注射和保壓時間，提咼注射和 模具溫度都可以減小后收縮。5、模具結構模具結構如圖1所示。1 定模座板2 定模板3 導柱4 推件板5 動模板6支撐板7 螺釘8 墊塊9 動模座板10 推板11推板12 推桿固定板13 推桿14 限位釘15 型芯 16螺釘17 澆口套18 限位圈6、制品工藝性分析6.1制品尺寸塑件尺寸的設計原則：受到塑料的流動性制約，流動性好的塑料可以成形較大尺寸的塑 件，反之能成形的塑件尺寸就較小。受成形設備的限制，注射成形的塑件尺寸要受到注射機的注射量、 鎖模力和模板尺寸的限制。塑料

22、儲物箱的尺寸（mm如圖2所示6.2結構當塑件的外側凹陷較淺，同時成型塑件的塑料為PE PP POM這類在脫模溫度下仍帶有足夠彈性的塑料時，模具可采取強制脫模。為使強制脫模時的脫模阻力不要過大引起塑件損壞和變形，塑件 側凹深度必須在要求的合理圍，同時還要重視將凹凸起伏處設計為圓 角或斜面過渡結構。強制脫出的淺側凹，尺寸應滿足：(A-B)/C X 100 % 三 5%即(560.7-542 ) /528.7 X 100%=3.54% 5% .所以該塑料儲物箱可以強制脫模。6.3脫模斜度(拔模斜度)由于塑料冷卻后產生收縮，會緊緊地包在凸模上，或由于粘附作 用，塑件緊貼在型腔，為了便于脫模，在設計時應

23、考慮塑件表面具有 合理的脫模斜度。拔模斜度的原則：(1) 沿脫模方向必須設置足夠的脫模斜度，塑件表面脫模斜度通常大于外表面；脫模斜度取值：熱塑性塑料0.5 ° 3° ;熱固性塑料0.5 ° 1°性能硬而脆的塑件，其脫模斜度比柔韌的大。(2) 脫模斜度的取向應根據塑件的外形尺寸而定，塑件孔以型芯小 端準，斜度沿擴大方向變出，塑件外形以型腔大端為準，斜度沿減少 方向標出。(3) 塑件形狀復雜，應取較大脫模斜度。(4) 長條形、高深塑件應取較小脫模斜度。(5) 精度要求高時，取較小脫模斜度。(6) 如果要求脫模后塑件保持在型芯一邊，則塑件的表面的脫模斜度可選的

24、比外表面小；反之，要求脫模后塑件留在型腔，則塑件的外 表面的脫模斜度應小于表面。(7) 塑件側面帶文字、圖案時，脫模斜度取 10°15° ;塑件側面 帶花紋時，脫模斜度取4°6 °。根據拔模斜度選擇原則，該塑料儲物箱的外表面拔模斜度為2°,表面拔模斜度為30'。6.4塑件的壁厚壁厚設計要點：塑件應有一定的厚度才能具有足夠的強度和剛度，即使產品設計時對塑件的強度要求不高，為了承受脫模推出力，也要考慮塑件應 有一定的壁厚，應合理設計壁厚。(1) 壁厚太厚，收縮率加大，塑件變形大，冷卻時間處長，易 產生部氣孔、外部凹陷、生產效率低。(2) 壁

25、厚太薄，強度和剛度下降，影響使用性能，成型時流動 阻力大，成型困難，成型后脫模困難。(3) 壁厚應盡量均勻，否則制品成型收縮不均，易產生應力，導致制品開裂、變形。受力大的部件可設加強筋（4）當無法避免壁厚不均時，可做成傾斜的形狀，使壁厚逐 漸過渡。或者使壁厚相差過大的兩部分分別成型，然后粘合成為制品。（5）應根據塑件外形尺寸及塑料品種合理選擇塑件的壁厚。根據塑料制品壁厚設計原則，該塑料儲物箱設計壁厚為5mm6.5加強筋及及增強措施增加塑件剛強度：單純增加壁厚是不合理的，會帶來成型問題 方法一：增設加強筋 方法二：采用高剛度結構，如球面、拱形面、凸緣或皺折。方法三：采用預變形補償；需要有完善的成

26、型性能數據庫。加強筋的作用： 在不增加壁厚的情況下提高 塑件強度、剛度，避免翹曲變形 在一定程度上可以改善塑料 的充模流動性。加強筋的形狀尺寸： 高度L=（13） 5筋條寬A=（1/41） 5收縮角a =2°5 根部圓角R=（1/81/4） 5頂部圓角r= 5 /8 根據加強筋尺寸計算公式，可知，塑料儲物箱加強筋尺寸為:頂部圓角r=0.625mm.收縮角a =3° .筋條寬A=2.5mm.壁厚3 =5mm.加強筋設計要求： 加強筋的厚度應小于塑件厚度，并與壁面圓弧過渡。 加強筋端面高度不應超過塑件高度，宜低于 0.5 mm以上。 盡量采用數個高度較矮的筋代替孤立的高筋，筋與

27、筋之間的距離 應大于壁厚2倍。 加強筋的設置方向應與受力方向一致，并盡可能與熔體流動方向 一致。同一面上，如果設置多根加強筋，其分布排列應互相錯開，以 減少收縮不均引起的變形。 在布置加強筋時，應避免或減少塑料的局部集中。 一些加強筋會引起塑件局部凹陷，可采用以下措施來修飾和隱藏。 將薄殼狀的塑件設計為球面，拱曲面等，可以有效地增加剛性、減 少變形。6.6支承面和凸臺固定用的凸耳或臺階應有足夠的強度，以承受緊固時的作用力。應避免臺階突然過渡和支承面過小，凸耳應用加強筋加強。凸臺設計要點：（1）凸臺一般應位于邊角部位。（2）其幾何尺寸應小。（3）其高度不應超過直徑的2倍 對于塑料儲物箱來說，其凸

28、臺半徑為 80mm高度為20mm6.7圓角設計除特殊要求外，塑件轉角處均應采用圓弧過渡。1）減小應力集中，提高了塑件強度及美觀。使模具在淬火和使用時 避免產生應力集中而開裂，提高模具的堅固性。2）改善熔體充模特性，避免流痕和充不滿。同時利于脫模。圓角的作用：（1）圓角可避免應力集中，提高制件強度。（2）圓角可有利于充模和脫模。（3）圓角有利于模具制造，提高模具強度。圓角尺寸設計：（1）壁圓角半徑應為壁厚的0.5。（2）外壁圓角半徑可為壁厚的1.5倍。（3）一般圓角半徑不應小于 0.5 mm（4）壁厚不等的兩壁轉角可按平均壁厚確定、外圓角半徑。（5）理想的圓角半徑應為壁厚的1/3以上。根據圓角尺寸設計原則，塑料儲物箱圓角尺寸為：外壁圓角半徑為7.5mm壁圓角半徑為2.5mm7、失效分析7.1塑料制品的失效形式：1 ）屈服失效是塑料產生塑性變形的起點。塑料制品的極限應力應少于屈服點 的應力。2）蠕變和松馳失效長期負載作用的塑料件會產生蠕變