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工程材料與機械制造基礎第八章高分子材料成形工藝本章基本要求高分子材料的成形原理塑料零件的結構工藝性塑料和橡膠的成型工藝第八章目錄

第一節高分子材料成形原理第二節塑料成形工藝第三節橡膠成形工藝第四節薄膜成形技術簡介第五節高分子材料快速成形方法

第一節高分子材料成形原理Formingtheoryofpolymers

1.1高分子材料又稱高聚物，包括：塑料橡膠合成纖維膠粘劑、涂料高分子的結構線型分子鏈支鏈型分子鏈體型分子鏈（網狀或交聯型）均以共價鍵相聯第一節高分子材料成形原理Formingtheoryofpolymers1.3高聚物的物理狀態高聚物在不同溫度下呈現出不同的物理狀態線形非結晶高聚物隨溫度變化呈現三種狀態：玻璃態

(glassstate)高彈態

(highelasticitystate)粘流態

(viscousflowstate)Tx－脆化溫度；Tg－玻璃化溫度Tf－粘流溫度；Td－分解溫度第一節高分子材料成形原理Formingtheoryofpolymers

玻璃態分子鏈凍結可產生很小的彈性變形對塑料而言，Tg越高越好高彈態部分鏈段解凍會產生較大的彈性變形對橡膠而言，Tg越低越好粘流態分子鏈完全解凍分子鏈間的相對滑動導致塑性變形是高聚物加工成型的狀態第二節塑料成形工藝塑料的組成（樹脂＋添加劑）樹脂：是塑料的主要成分，決定塑料的類型和性能，大多數塑料以樹脂命名，如PVC（聚氯乙烯）熱固性樹脂：酚醛樹脂、環氧樹脂熱塑性樹脂：聚乙烯、聚苯乙烯、尼龍添加劑填充劑：調整性能、減少樹脂用量、降低成本增塑劑：降低軟化溫度、便于成形穩定劑染料固化劑（針對熱固性塑料）第二節塑料成形工藝塑料的性能物理性能：密度小、絕熱、不耐熱、絕緣化學性能：耐蝕性好，如PTFE力學性能：強度、剛度、韌度都較低，但減摩性好。粘彈性：形變與外力不同步蠕變:在應力保持恒定的情況下，應變隨時間延長而增加。應力松弛：在應變保持不變的情況下，應力的不斷降低。第一節高分子材料成形原理Formingtheoryofpolymers高聚物的成形性能塑料收縮性流動性熱敏性：熱穩定性，降解、變色吸水性硬化特性：熱固性樹脂交聯反應熔體彈性：擠出脹大

橡膠流動性流變性：膠料粘度隨剪切速率升高而降低。硫化性熱物理性能熔體彈性第二節塑料成形工藝塑料的分類和成形方法熱塑性：聚氯乙烯、聚苯乙烯、有機玻璃、尼龍熱固性：酚醛、環氧、呋喃塑料、有機硅塑料等成形方法注射成形（注塑成形）壓塑成形（壓縮、模壓、壓制）擠出成形（擠塑成形）壓注成形壓延成形吹塑成形PMMAFormingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝注射成形（注塑）將顆粒狀態或粉狀塑料從注射機的料斗送進加熱的料桶中，經過加熱熔融塑化成為粘流態熔體，在注射機柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過噴嘴注入模具型腔，經一定時間的保壓冷卻定型后可保持模具型腔所賦予的形狀，然后開模分型獲得成形塑件。Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝

螺桿式注射機結構示意圖1－注射液壓缸；2－料斗；3－螺桿；4－加熱器；5－噴嘴；6－定模固定板；7－模具；8－拉桿；9－動模固定板；10－合模機構；11－合模液壓缸。Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝注射成形（注塑）特點生產率高、自動化大批量尺寸精確形狀復雜應用熱塑性塑料的主要成形方法之一形狀復雜、薄壁制品占塑料制品總產量的20～30％Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝壓塑成形（壓縮、模壓、壓制）將粉料、粒狀或片狀塑料放在金屬模具中加熱軟化熔融，在壓力下充滿模具成形，塑料中的大分子產生交聯反應而固化轉變成為具有一定形狀和尺寸的塑料制件。Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝壓塑成形特點采用普通液壓機模具簡單成形收縮率小取向組織少周期長、生產效率低、自動化程度低精度低、模具壽命短應用主要用于熱固性塑料適用于形狀復雜或帶有復雜嵌件的制品電器零件、儀表殼、電閘板、電器開關、插座等Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝擠出成形（擠塑成形）使加熱或未經加熱的塑料借助螺桿的旋轉推進力通過膜孔連續地擠出，經冷卻凝固而成為具有恒定截面的連續成形制品的方法。擠出成形示意圖1－螺桿冷卻水入口；2－料斗冷卻區；3－料斗；4－料筒；5－料筒加熱器；6－螺桿；7－多孔板；8－機頭（擠出模）；9－機頭加熱器；10－定徑套；11－冷卻裝置；12－壓縮空氣堵頭；13－牽引裝置；14－切斷裝置；15－管材。Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝擠出成形特點生產過程連續、生產效率高工藝適應性強設備簡單、操作方便用途廣泛成本低塑料內部組織均衡緊密、尺寸穩定準確斷面形狀簡單應用占塑料制品的40～50％Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝壓注成形在改進壓縮成形的基礎上發展起來的一種熱固性塑料的成型方法。模具閉合后，將塑料（預壓錠）加熱以加熱到一定溫度的模具加料腔中，使其受熱熔融，在柱塞壓力作用下，塑料熔體經過模具澆注系統注入并填滿閉合的型腔，塑料在型腔內繼續受熱受壓而固化成形，最后打開模具取出塑件。特點和應用尺寸精度比壓塑高制品密度和強度較高帶有深孔或形狀復雜的塑件Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝

壓延成形使加熱塑化的物料通過一系列相向旋轉的輥筒之間，受擠壓和延展作用成為平面狀連續材料的成形方法。特點和應用生產效率高、產品質量好可直接生產出各種花紋和圖案設備龐雜、制品寬度受限用于熱塑性塑料薄膜、板材、人造革Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝吹塑成形（中空吹塑、吹塑膜塑）借助流體壓力使閉合在模具中的熱容塑料型坯吹脹形成空心制品的工藝。根據型坯的生產特征不同，包括擠出吹塑、注射吹塑和拉伸吹塑等。其生產過程都是由型坯的制造和型坯的吹脹組成。Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝塑料的加工機械加工連接加工表面處理典型模具結構注射模具壓塑模擠出模壓注模Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝

熱塑性塑料Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝

熱固性塑料Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝

熱塑性塑料Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝

熱固性塑料Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝塑料件的結構工藝性Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝塑料件的結構工藝性縮孔筋板Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝塑料件的結構工藝性Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝塑料件的結構工藝性Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝塑料件的結構工藝性Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝塑料件的結構工藝性Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝塑料件的結構工藝性Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝塑料件的結構工藝性Formingtechniquesofplastics第二節塑料成形工藝Formingtechniquesofplastics塑料件的結構工藝性第三節橡膠成形工藝第三節橡膠成形工藝橡膠室溫下具有高彈性的高聚物當施加外力時有很大的變形,外力去除后能迅速復原,永久變形極小,伸長率可達100~1000%,又稱”彈性體”橡膠制品：輪胎、膠管、膠帶、密封圈等應用：用作彈性材料、密封材料、減震材料、傳動材料。第三節橡膠成形工藝橡膠組成：(生膠／再生膠)＋配合劑＋增強材料生膠：沒有加工過的原料橡膠，天然橡膠、合成橡膠再生膠：經熱、機械、化學塑化處理過的硫化膠，通常指廢舊橡膠制品和硫化膠邊角料經再生處理制成的能重新加工的橡膠。配合劑：包括硫化劑、增塑劑、塑解劑、填料、硫化促進劑、防老化劑增強材料：纖維織品、簾布、鋼絲等。錦湖輪胎第三節橡膠成形工藝常用橡膠材料天然橡膠：從三葉橡膠樹等植物中采集天然膠乳，經過凝固、干燥、加壓等工序制成的片狀生膠優點：優異的彈性、耐磨性、耐堿性缺點：耐油和溶劑性差、不耐老化、不耐高溫（<110℃)合成橡膠：以石油、煤為原料制備單體，經聚合反應合成。通用橡膠：量大、面廣，性能與天然橡膠類似丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠、乙丙橡膠等特種橡膠：耐高、低溫的硅橡膠耐油的聚硫橡膠、丁腈橡膠耐腐蝕的氟橡膠第三節橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber橡膠加工的工藝過程凡是天然橡膠和合成出的橡膠統稱為生膠，大多數生膠需要經過塑煉后加入各種配合劑混煉、然后才能加工成形，再經硫化處理制成各種橡膠制品。

配合劑第三節橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber塑煉：目的：①減小彈性，提高可塑性；②降低分子量，粘度，改善流動性；③提高膠料溶解性和成型粘著性。工藝：生膠在氧（或塑解劑）和加熱情況下，在機械擠壓、輥軋（剪切作用）或化學作用下，生膠分子鏈斷鏈，適當降低高聚物的分子量，使彈性生膠轉變為可塑狀態的加工工藝過程。50～100萬第三節橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber塑煉設備：開方式煉膠機（開煉機）優點：設備簡單、成本低缺點：勞動強度大、環境污染、安全性差密閉式煉膠機（密煉機）優點：自動化程度高，生產效率高，節能，勞動強度低；缺點：溫度高，冷卻困難，易過煉，出料為無定形狀，需要配備相應的壓片機。第三節橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber塑煉設備：開煉機密煉機第三節橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber混煉：目的：為了提高橡膠制品的使用性能，改進橡膠的工藝性能和降低成本，必須在生膠中加入各種配合劑。工藝：將塑煉膠和各種配合劑，用機械方法使之完全均勻分散的過程。混煉設備：開煉機和密煉機第三節橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber

第三節橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber成形：將混煉膠制成所需形狀和尺寸壓延成形、模壓成形、擠出成形、注射成形（同塑料）硫化：通過改變橡膠的化學結構（線形分子鏈→網狀交聯）而賦予橡膠彈性，或改善、提高并使橡膠彈性拓展到更寬的溫度范圍。硫化劑在混煉時加入，但混煉過程中未發生硫化。硫化工藝在制品成形后進行。硫化條件：溫度140～180℃，一定壓力;或過飽和蒸汽,常壓.第三節橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber

壓延成形經過混煉的膠料通過專用的壓延設備上兩對轉輥筒，利用兩輥筒之間的擠壓力，使膠料產生塑性延展變形，制成具有一定截面尺寸規格、厚度和幾何形狀的片狀或薄膜狀聚合物或使紡織材料、金屬材料表面實現掛膠的工藝過程。特點連續生產、生產率高尺寸精確、表面光滑、內部緊實應用膠片和膠布第三節橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber

第三節橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber

模壓成形將預先壓延好的橡膠半成品按一定規格下料后置于壓制模具中，合模后在液壓機上按規定的工藝條件壓制，在加熱加壓的條件下，使膠料呈現塑性流動充滿型腔，再經一定的持續加熱時間后完成硫化，最后經過脫模和修邊后得到制品的成形方法。特點應用最早、最多的生產方法需設測溫孔、流膠槽第三節橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber

擠出成形使膠料在擠出機中塑化和熔融，并在一定溫度和壓力下連續均勻地通過機頭口模擠出，使之成為具有一定的斷面形狀和尺寸的連續板料的工藝過程。特點操作簡便、生產效率高工藝適應性強斷面形狀較簡單、精度較低應用輪胎

第三節橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber

膠料受螺桿推擠、剪切、攪拌，逐漸升溫、塑化、熔融，成為粘流體第三節橡膠成形工藝Formingtechniquesofrubber

注射成形將膠料直接從機筒注入閉合模具并硫化的生產工藝。先將膠料加熱塑化呈熔融態，再高壓注射到模具的模腔中