緒論一.塑膠及其特性1.三大合成材料:

合成塑膠(syntheticplastics),纖維(fiber)和橡膠(rubber).2.定義:

以樹脂(resin)為主要成分,加入能夠改善其加工或使用性能的添加劑(additive),在一定溫度,壓力或溶劑等作用下,能夠塑製成設計要求的形狀,並可在常溫常壓下保持其形狀的一類材料.3.分類:根據受熱後材料的熱行為不同分為熱塑性塑膠(thermoplastic)

熱固性塑膠(thermoset)4.塑膠總的特點品質輕(比重0.9~2.3,除泡沫塑料外比重最大的是PTFE,最輕的是聚4-甲基-1-戊烯0.8)良好的絕緣性(用作雷達,半導體,電纜的包覆材料)耐腐蝕性好優良的耐磨性和自潤滑性(如聚四氟乙烯PTFE,聚碳酸酯PC,聚甲醛POM做齒輪軸承材料)易成型加工不耐老化耐熱性低(耐熱溫度60~300℃)二.塑膠成型加工及其在塑膠工業中的地位1.塑膠工業概貌

塑膠工業可分為:塑膠生產(樹脂和半成品生產)塑膠製品生產(也稱塑膠成型加工工業)圖1-1從單體原料到塑膠製品的生產流程示意圖

圖1-2塑膠製品生產系統的組成

2.塑膠成型加工成型:將各種形態的成型材料製成所需形狀及尺寸的製品或坯件的過程.本書討論的重點是塑膠的成型過程3.我國塑膠成型加工工業的發展

建國初期:幾乎空白,只在少數大城市有十幾家小型塑膠製品廠,年產幾百噸的賽璐珞,酚醛膠木粉的日用塑膠製品;上世紀50年代:平均每年以71%的高速增長,產品類別單一,主要是酚醛和脲醛等熱固性塑膠製品;60年代:由於50年代末大批量PVC樹脂投產,轉為生產熱塑性塑膠製品為主,產量以18.6%的速度遞增;70年代:合成樹脂產量大幅提高,產品結構變化大;80年代:應用擴展到國民經濟的各個領域;90年代至今:品種及應用範圍大幅擴展,許多新的成型方法和技術的應用,如CAD/CAE/CAM,使得塑膠成型加工工業步入一個新的發展時期.4.重點需要解決的問題

①共混技術的應用,以彌補聚合物的不足;②模具設計技術的改進(CAD/CAE/CAM);③節能及三廢治理.三.本課程的主要內容成型加工中的基本原理,各種成型方法的工藝條件及生產控制過程(包括機械和模具等).

第一章塑膠成型的理論基礎

第一節概論聚合物成型加工時不僅形狀,材料結構發生變化,材料的性質也會改變.一.聚合物的聚集態及加工性1.聚集態:成型材料的溫度發生變化時,其所處的力學狀態也會發生變化(主要表現在材料的變形能力上).2.聚合物的聚集態形式:主要有玻璃態,結晶態,粘流態和高彈態.無定型聚合物:玻璃態----高彈態-----粘流態如PS,PMMAT<TgTg<T<TfT>Tf結晶型聚合物:結晶態----粘流態如PE,PA,POM,PVC,PC等(真實情況下有高彈態,因為結晶度不可能是100%)重點:線性非結晶型聚合物(無定形聚合物)的力學狀態

3.聚集態與加工性的關係①T<Tg玻璃態適於機械加工,如車削,銼削,制孔,切螺紋等.加工使用的最低溫度是脆化溫度Tb.②Tg<T<Tf高彈態可進行較大變形的成型加工,如壓延,中空吹塑,熱成型等.但此形變是可恢復的.③T>Tf粘流態(Tf為粘流溫度)可進行變形大,形狀複雜的成型如注射,擠出等.此時的力學特點是,整個分子鏈的運動變為可能,在外力作用下,可發生不可逆的粘流持續形變.④T>Td(降解溫度),製品外觀品質和力學性能下降.第二節聚合物的流變行為一.牛頓和非牛頓流體（一）.基礎知識

1.流體在流動和變形時主要受剪切,拉伸和壓縮三種應力.

注射擠出時主要受剪應力;吹塑,薄膜拉伸、中空吹塑、熔體在錐形流道內的流動、單絲的生產等成型時拉伸與剪切應力同時存在;壓縮應力成型時一般不予考慮.

2.液體在平直導管內受剪切應力而發生流動的形式有：層流和湍流兩種。層流:液體主體的流動是按許多彼此平行的流層進行，同一流層之間各點的速度彼此相同，但各層之間的速度不一定相等.湍流:當流速超過臨界值時，流體會出現擾動，再大會變為湍流。雷諾準數Re=D作為層流和湍流的區分係數其中D為導管的直徑，v為液體的平均速度

Re<2100~2300層流通常Re<2100~4000穩態流

Re>4000湍流成型時的雷諾準數通常小於10，一般為層流3.剪應力和剪切速率的概念剪應力：單位面積所受的剪切力=P/A（或Pa）剪切速率:dv/dr()按照流體流動時剪切應力與剪切速率的關係可將流體分為牛頓和非牛頓流體兩種.（二）、牛頓流體Newtonfluid

描述流體層流最簡單的規律是牛頓流動定律：當有剪切應力於定溫下加於兩個相距為dr的液體平行層面以相對速度dv移動時（見上頁圖），則剪應力與剪切速率dv/dr之間呈下列線性關係：牛頓流體流動方程牛頓粘度Pa.s與分子結構和外界條件有關2005-4-20止2節

圖2-2牛頓流體的流動曲線

（三）、非牛頓流體

凡是流體的流動性為不遵從牛頓流動定律的，均稱為非牛頓型流體。聚合物成型過程時表現的流動性一般為非牛頓流體流動行為。如果不考慮聚合物熔體的彈性，我們將非牛頓流體歸納為粘性系統和有時間依賴性的系統。（Ⅰ）、粘性系統

特徵：在受到外力作用流動時其剪切速率只依賴於所施加剪應力的大小，根據剪應力和剪切速率的關係，又可分為假塑性流體、膨脹性流體和賓哈流體三種。表觀粘度的定義：

在一定溫度下不再是常數,不僅依賴於流體的組成、結構和所處溫度，還隨剪應力、剪切速率甚至時間而變。1.假塑性流體pseudoplasticfluid（1）流動方程：指數定律另一種形式其中n<1或m>1K熔體稠度的量度，n非牛頓指數，mk流動度熔體的表觀粘度隨著剪切應力的增加而減小，聚合物流體中最常見的形態。(2).剪切變稀：粘度隨剪應力或剪切速率的增加而減小的現象可能的原因：①高分子鏈的嚴重不對稱；②流動單元不是單個分子，而是超分子群集體，剪切速率增加，尺寸變小，減小③大分子的纏結，形成大分子的物理交鏈點，受到破壞後使得下降。的大小為：或2.膨脹性流體特點：表觀粘度隨剪應力的增加而上升流變方程：原因：靜態時，流體勉強充滿固體粒子之間的小空隙，當剪應力不大時，流體可在移動的固體粒子間充當潤滑劑，表觀粘度不高，但當剪應力增高時，固體粒子間的緊密堆砌就被破壞，整個體系顯得有些膨脹，潤滑作用受到限制，表觀粘度就增大。3.賓哈流體特點：只有當剪應力高到屈服應力值時才發生塑性流動，且與呈線性關係流動方程：式中為剛度係數，等於流動曲線的斜率。當剪應力小於屈服應力時為固體，一旦大於該值立刻呈現流動行為，原因是流體靜止時形成了凝膠結構，外力增大受到破壞開始流動。如牙膏、油漆、潤滑脂、泥漿等都屬於或接近賓哈流體三種粘性系統非牛頓流體的流動曲線（Ⅱ）、有時間依賴性的系統

流體剪切速率不僅與所施加的剪切應力有關，還依賴於應力所施加時間的長短，又有搖溶性和振凝性流體兩種1.搖溶性液體，又叫觸變性流體特點：隨剪切應力持續時間下降的流體為搖溶性流體，如塗料和油墨。

(2).振凝性流體，與上述溶液性質相反的流體。如某些漿狀物和石膏的水溶液。目前這兩種流體的具體機理尚不清楚，幾種可能的解釋①靜止時，粒子間形成一種非永久性的次價交鏈點，是一種締合現象，當受外力作用時，交鏈點被破壞，表觀粘度下降，停止時，締合又開始，粘度上升。②振凝性解釋類似，在攪動狀態下形成締合交鏈，與上邊作用相反。含氫鍵的易形成次價交鏈點，以上兩種變化均可逆，尚未發生永久性變形，主要是溶液和聚合體又搖溶性現象，高聚物很少見。重點是掌握這幾種流體的流變特點、流動方程和流動曲線形式

二.彈性1.流體的三種基本形變由於在熔體流動時存在剪切應力、法向應力和拉伸應力，這些裏都會產生彈性形變，所以在高聚物流體中存在三種基本形變，即能量耗散形變或粘性流動、儲能彈性或可回復彈性形變和破裂。典型的彈性效應是聚合物在擠出時的離模膨脹，彈性形變的實質是大分子長鏈的彎曲和延伸，應力解除後，還須克服內部的粘性阻滯，因而需要一定的時間。2.離模膨脹(模口膨脹效應,Barus巴拉斯效應,出口膨脹)(1).定義：聚合物粘彈性熔體在壓力下擠出模口或離開管道出口後,熔體流柱截面直徑增大而長度縮小的現象.(2).特點:①從口模擠出的製品尺寸(直徑或厚度)大於口模相應尺寸

②若模口截面不規則,製品出現不均勻脹大,即沿截面周邊各點脹大程度不同

③穩定的擠出物尺寸及形狀的獲得是一個緩慢的鬆弛過程Barus效應的存在對成型很不利,導致製品變形,扭曲,引入內應力.可通過增加口模平直部分長度,適當降低成型壓力和提高成型溫度,對擠出物加以適當牽引和拉伸等方法進行改善(3).原因:①入口效應熔體從較大儲器到較小模口時流速提高,壓降突然增大,產生沿流動方向的縱向速度梯度,在縱向速度梯度拉伸下,分子鏈沿流動方向伸展開,產生高彈形變.(若流體在口模中停留時間足夠長,在入口區由於拉伸流動產生的高彈形變會全部鬆弛掉,否則,來不及完全鬆弛的形變被帶出口模再鬆弛膨大)②剪切流動流體流動,高分子構象發生變化,分子從未受剪切時的自由捲曲狀態變為沿剪切方向伸展開狀態的同時儲存了高彈形變,被帶出口模後鬆弛,表現為Braus效應3.粘性和彈性形變聚合物熔體在受有應力時，存在粘性和彈性兩種形變(1)特點：粘性變形沒有回復的可能，但彈性變形可以回復。(2)鬆弛過程：彈性變形的發展和恢復過程鬆弛時間：聚合物熔體受應力作用時表觀粘度對彈性模量的比值(3)變形大小的量度：無論受剪應力還是拉伸應力作用變形經歷時間>鬆弛時間，不可回復的粘性變形為主變形經歷時間<鬆弛時間，可恢復的彈性形變為主例如錐形流到中既存在剪切形變也有拉伸形變，但流道越長，拉伸彈性變形的貢獻越小，在截面不變的流道中不存在拉伸變形三.流體在圓形管道內的流動假設(1):恒溫下的穩態流

(2):管壁處無滑移

(3):粘度服從指數定律

受力分析及推導四.端末效應端末效應:入口端有壓力降,出口端熔體先收縮後膨脹的現象叫做端末效應.原因:(1).入口端,流體從大管到小管流動要變形,但聚合物有彈性,消耗一部分能量;流體從大管到小管流動時,流體速度有變化,也要消耗能量,使得入口端壓力降較大.(2).出口端,由於突然間無阻力,平均流速提高,而總流量不變,表現為流體截面減小;而後由於彈性回復的作用,熔體再膨脹.

理論上的收縮程度五.不穩定流動unsteadyflow當聚合物熔體從擠出機口模,注射機噴嘴和流變儀毛細管流出時,隨流出速率的增加,速度達到一臨界值時,彈性形變過大,出現不穩定流動.流柱由------

剪切速率增大光滑----波浪型----鯊魚皮----竹節狀----螺旋形-----斷裂鯊魚皮癥----|-----熔體破裂1.鯊魚皮癥:形狀出現畸變的熔體流柱表面十分粗糙,與鯊魚皮相似,常稱為擠出物的”鯊魚皮癥”(使熔體柱表層破壞,不會延伸到內部)產生的原因(多認為)①由於大分子伸展產生彈性形變鬆弛,熔體流動時在管壁處產生週期性滑移②熔體離開流道口時受到拉伸作用,這種拉伸時大時小,使熔體表層移動速度時快時慢,流柱表面出現不同的皺紋.2.熔體破裂:擠出物表面出現凸凹不平或外形發生畸變及斷裂的總稱.原因是彈性變形,但機理不十分清楚.一般認為:當剪應力增大到臨界值時易發生;熔體在粗細管介面處,發生流線中斷,彈性破裂(例如設計機頭處若有死角,會產生”酒杯”效應,易出現大的變形如熔體破裂.臨界剪應力為105~106Pa,過高會陸續將死角料帶走,表面產生缺陷,因此機頭儘量設計成流線型).第四節聚合物的結晶crystallization聚合物結晶包括兩個階段:晶核的生成和晶體生長,結晶溫度範圍在玻璃化Tg與熔點Tm之間。結晶形態：單晶，球晶，串晶，柱晶，伸直鏈晶等影響聚合物結晶的主要因素①化學結構簡單，鏈較規整的聚合物易結晶；②分子間作用力強易結晶，如帶氫鍵的聚醯胺；③分子鏈節小，柔順性差易結晶；④有相同單體的縮聚，加聚物相比，加聚物易結晶；⑤模具溫度高易結晶。結晶對聚合物性能的影響用一種聚合物在晶態和非晶態下的性能對比做說明：如聚對苯二甲酸乙二酯

Tg(℃)比重非晶態：室溫下透明671.33晶態：室溫下不透明871.455一般結晶性聚合物呈乳白不透明狀，是因為光線在晶區，非晶區介面處反射和折射的結果。但若晶區和非晶區密度接近或晶區尺寸小於可見光波長，結晶聚合物也可能有良好的透明性。

第五節成型過程中的定向作用orientation1.定向：聚合物的鏈段，分子鏈，結晶聚合物的晶片及具有幾何不對稱性的纖維狀填料，在外力作用下做某種形式和程度的排列，叫定向或取向。2.分類：根據外力作用方式不同分為：流動取向，聚合物處於流動狀態時，由於受剪切力作用流動，取向單元沿流動方向所做的平行排列；拉伸取向，取向單元在拉伸力作用下產生，並特指熱塑性塑膠在Tg～Tm之間發生的取向。有用：可使製品在拉伸方向上的強度和光澤提高有害：無論何種取向，都會使製品性能表現為各向異性，造成製品內應力，翹曲變形，沿與取向方向垂直方向上的力學及其它性能變劣，取向後熱收縮率變大等，都應極力避免。成型時的流動取向，可分為填充物和聚合物分子取向例如纖維會在剪應力作用下發生定向排列。定向特點①一般定向方向與流動方向一致②其產生主要依賴與剪切應力而非溫度③製品使用時不會解取向

概述塑膠成型時常用的物料形態有四種：粉料、粒料、溶液和分散體，其中粉料用的最多。本章主要介紹熱塑性塑膠中各組分的工作原理、配製方法及成型工藝性能。

成型用物料及其配製第一節粉料及粒料的製備一.粉料及粒料的組成聚合物,要求為均一連續相，還要考慮其相對分子量大小及分佈，顆粒大小結構，與填料作用的難易等助劑,增塑劑、穩定劑、填充劑、增強劑等。P45自學（作用、特點及種類）二.製備過程1.預處理方式：過篩（如做薄膜用的PVC粒子）；吸磁；預熱；制漿料；三輥磨研磨等2.混合的含義工業上的混合有兩方面的含義：簡單混合和分散混合①．簡單混合：具有兩種以上組分的物料，無論在其任何部位的組成比例均相同的操作，只使各組分做空間無規分佈②．分散混合：除增加各組分空間無規分佈外，還要求組分聚集體尺寸減小，除增加粒子的無規程度，還有粒子尺寸的減小。實際進行的混合多是在簡單混合和分散混合並存情況下完成的.三.混合的基本原理潤性物料：配製物料時常在粉狀固態聚合物中加入相當數量液態助劑的物料叫潤性物料，反之叫非潤性物料。1.幾種常見的混合方式①混合：固態組分間，如粉狀組分與小顆粒狀組分的混合，可用於非潤性物料的混合。②捏合：液態與固性物料的混合，在捏合機中借助強剪切作用充分混合，可用做潤性或非潤性物料，一般固態料多或固液差不多時的混合③塑煉（混煉）：用於塑性與固性或塑性料間的混合，借助熱或機械功，在熔融狀態下與其它組分均勻混合。2.混合機理物料間的均勻混合要借助三種力的作用:剪切、對流、擴散(1).擴散：靠各組分間濃度差推動微粒從濃度高向濃度低的區域遷移。（對固、液態物料，這種作用不明顯）(2).對流：靠各組分在外界因素下向其他組分所占空間流動，達到各組分在空間上的均勻分佈（主要手段為機械攪拌）(3).剪切：機械作用產生剪切力使物料各組分的物料塊形變甚至分離崩潰，達到均一混合的目的（物料初混以對流為主，塑煉主要靠剪切作用）3.混合程度的評價：P61液態物料：各組分比例與平均比例相似相等為混勻固態物料：一方面是組成的均勻程度：從混合物中隨機取樣分析測定，所得某一組分的百分含量與理論或總體百分含量的差值；另一方面是看相鄰同一組分間的距離，越小分散得越好。四.初混和過程1.非潤性物料：以樹脂、穩定劑、色料、填充劑、潤滑劑的順序加入混合設備；2.潤性物料：樹脂、增塑劑、穩定劑、其他助劑投料3.常用初混合設備①．轉鼓式混合機，靠混合室的轉動來完成。用於非潤性物料的混合②．螺帶式混合機，多用在高速捏合後物料的冷卻上，也叫冷混合機③．捏合機，混合時間長，均勻性差，效率較前兩者高④．高速捏合機五.初混物的塑煉

1.選用粒料的原因：混勻程度高；提高物料的塑性；縮短成型時的塑化時間；成型工藝性能得以提高。2.塑煉的目的：借助加熱和剪切力使聚合物在熔化、剪切、混合等作用下驅出其中的揮發物並進一步分散其中的不均勻組分，同時具有相當的塑性。3.塑煉前初混的原因：①先使原料獲得一定的均勻性（塑煉條件苛刻，設備承載能力低）②不初混，塑煉時間過長物料易降解（為混勻要加長時間，溫度上升，易使物料降解）4.要控制的工藝條件：塑煉時間、溫度、剪切力、用雙輥塑煉機的翻轉次數5.塑煉終點的判斷：可用撕力機測定材料的撕力來判斷，生產中一般依經驗確定，即用刀切開塑煉料，截面上不顯毛粒，並且顏色和品質均齊勻即可。

5.設備①.雙輥機（開煉機）②.密煉機③.擠出機六.造粒或粉碎目的均為減小固體尺寸，基本的作用有：壓縮、衝擊、磨擦和切割,所用的設備有擠出機、造粒機、粉碎機等七.熱固性材料（多用粉料）製備：初混、塑煉、粉碎、研磨、過篩八.粉料和粒料的工藝性能1.熱固性塑膠⑴．收縮性：成型塑膠製品尺寸或體積小於型腔相應尺寸或體積的現象。①．收縮率L0為模具尺寸L：製品尺寸P77②．原因：a.固化收縮；b.彈性回復；c.塑性變形；d.熱收縮③．降低收縮率的措施：適當提高注射壓力、注射速度、增大澆口和流道尺寸，增加澆口數目；製品退火處理；預熱；嚴格遵守工藝規程和採用不溢式模具等。（2）.流動性：熱固性材料因受熱、受壓軟化而移動的性能，會影響材料的充模能力。①．三種測定方法：測流程、流動時間、流程時間（流動速度）法（第一種方法最簡單，我國通用拉西格法P72圖3－12。將7.5~10g熱固性塑膠粉置於型腔直徑為28mm的冷壓模中，在（502）MPa壓力下壓成冷坯，放入（150）℃的拉西格模具加料室中，以8.5mm/s的速度壓至規定壓力(30MPa)或在20s內使壓力達到(301)MPa,保壓1~3min開模,測定成型物光滑部分長度(mm計)）②.影響流動性的因素材料本身模具及成型工藝（3）.水分及揮發分含量，測定方法：將約5g料放入溫度為100～105℃烘箱中半小時，取出稱重，烘後重量損失百分率即為水分及揮發分含量。（4）.細度和均勻度細度又稱粉末度、細末度，指塑膠顆粒直徑的大小，用mm表示。（顆粒小，可提高製品外觀品質，但太小，壓制時包入的空氣不易排出，脫模後會起泡）均勻度：塑膠顆粒直徑大小的差異程度或稱分散程度通常通過篩分析衡量，先過粗篩，再過細篩，將顆粒分級，區別選用。（5）.壓縮率為塑膠表觀密度壓縮率K越大，所需模具裝料室越大，耗模材還不利於壓制時加熱，帶入的空氣增加，不利於成型，降低K的方法：預壓（6）.硬化速率：用塑膠壓制標準試樣（直徑100mm,厚0.2mm的圓片）時使製品物理，化學性能達到最佳值時的速率s/mm厚，該值小，硬化速率越大測定方法：繪製標準試樣的性能/壓制時間曲線，從曲線上確定最好的硬化時間圖3－13。2．熱塑性塑膠（除硬化速率外，其他與熱固性塑膠相同）第三節溶液一.組成溶質，聚合物及有關助劑溶劑，烴、芳烴、氯代烴、酯、醚、醇等二.溶解過程溶脹溶解三.製備設備：帶強力攪拌和加熱套的釜方法：1.滿加快攪法

2.低溫分散法第四節分散體一.組成樹脂、分散劑、稀釋劑、膠凝劑、填充劑、表面活化劑等二.分類按組成和性質不同分為四類塑性溶膠（增塑糊） 有機溶膠（稀釋增塑劑）塑性凝膠（增塑膠凝糊）有機凝膠（稀釋增速膠凝糊）前兩者符合假塑性或膨脹性流體，後兩者符合賓哈流體特徵三.製備方法及步驟色料、穩定劑、膠凝劑先用部分增塑劑在三輥磨上混勻，在與其它助劑和樹脂一起加入球磨機中混合，脫泡後使用

擠出成型extrusionmolding第一節概述擠出成型又叫擠塑、擠壓、擠出模塑.是借助螺桿和柱塞的擠壓作用,使塑化均勻的塑膠強行通過模口而成為具有恒定截面和連續製品的成型方法.特點:①連續化,效率高,品質穩定

②應用範圍廣

③設備簡單,投資少,見效快

④生產環境衛生,勞動強度低

⑤適於大批量生產2.適用的樹脂材料絕大部分熱塑性塑膠及部分熱固性塑膠，如PVC、PS、ABS、PC、PE、PP、PA、丙烯酸樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂及密胺樹脂等3.應用：塑膠薄膜、網材、帶包覆層的產品、截面一定、長度連續的管材、板材、片材、棒材、打包帶、單絲和異型材等等，還可用於粉末造粒、染色、樹脂摻和等。4.幾種典型製品的生產線擠出管材和異型材的生產、擠出片材、棒材生產、電纜包覆、擠出吹塑薄膜、擠出中空吹塑擠出管材生產管材擠出的輔助設備擠出片材生產擠出線纜包覆成型擠出吹塑薄膜擠出中空吹塑成型第二節單螺桿擠出原理擠出過程：預處理料加料——在螺桿中熔融塑化——口模擠出——定型——冷卻——牽引——切割要使製品品質、產量穩定，須滿足以下兩個條件：熔體的輸送速率=固態物料的熔化速率沿螺桿軸向任一截面物料的品質流率=擠出機生產率一.固體輸送理論

1．假設條件：

物料與螺槽和料筒壁緊密接觸形成固體塞（床），恒速移動；略去及物料重力、密度變化的影響；

Hf恒定，壓力是螺槽長度的函數；螺桿不動，料筒以的速度移動；螺槽為矩形為分析方便，將一個螺距內的螺桿做平面展開,當螺桿轉動一周，設物料固體塞中的一點由A運動到B點。物料的輸送速率是單位時間內從螺桿軸向截面所輸送的物料體積，其值等於螺槽在軸向的投影面積A與物料在軸向的運動速度Vpl的乘積。2.公式推導3.討論4．提高Qs的措施①適當提高N和H;②採用錐形或強烈冷卻的進料段料筒結構；在加料段料筒內壁開設縱向溝槽（提高fb）；③冷卻螺桿加料段（減小fs）,增加螺桿表面光潔度（減小fs）一等螺桿Ra=0.8μm,優等0.4二.熔融理論壓縮段物料固-液共存1．目的：預測螺槽中任一點未熔化物料量熔化全部物料所需螺桿長度熔融與螺桿參數、物料特性、工藝參數間的關係2．冷卻試驗和熔融機理冷卻試驗：本色料+3~5%著色料擠出——穩定後停止並迅速冷卻螺桿和料筒——取出螺桿、剝下物料——切斷螺旋帶狀料並觀察截面形狀現象：①熔融料呈流線型，未塑化料始終呈固態②固—液兩相有一明顯分界線③固相逐漸消失，固體塑化完全集中在熔膜處熔融機理：加料段壓實——逐漸熔融成一層熔膜——超過後邊螺槽刮落於前側形成熔體池——固體床減小——直至物料完全熔融三.熔體輸送理論將螺桿、料筒展開，料筒與螺桿的相對速度Vb被分解為平行於螺槽方向的分速度Vbx和垂直於螺槽方向得分速度Vbz,使熔體產生了不同方向的流動，從而實現了熔體的輸送和混合。1.假設P1232.熔體輸送、混合機理在機頭阻力下，產生了沿螺桿方向的壓差，另外由於螺桿和料筒有間隙，使熔體有四種形式的流動：正流、逆流、環流和漏流。

正流(拖曳流)Qd(cm3/h)，由分速度Vbz產生沿螺槽向機頭方向的流動。由於螺桿轉動，塑膠在螺桿根部與機筒間形成相對運動造成的，決定擠出量的大小逆流（反流）Qp，與Qd相反的流動。由機頭、多孔板等阻力元件對熔體的反壓力造成，也叫壓力流，隨機頭壓力的升高而增加橫流（環流）Qt,由分速度Vbx引起的在螺槽內與正流垂直的流動。對總擠出量影響不大，可忽略不計，但對熔體的混合、塑化、熱交換起重要作用漏流Ql，由機頭阻力元件引起的物料反向流動，沿螺桿與料筒間隙向加料口方向流動，可降低擠出量。正常情況很小0.1~0.6mm，Ql小，但磨損嚴重時，Ql的增加與平方成正比。3.擠出量的計算若忽略漏流4.討論（影響擠出量的因素）①②

③④

四．擠出機的工作狀態1．螺桿特性線，擠出機穩定後

A,B為常數，只與螺桿結構尺寸有關，是一組與螺

桿轉速相對應的斜率為負值的平行直線，稱螺桿特性線2．口模特性曲線熔體通過機頭和口模時的流動方程為

K為阻力係數（口模常數），僅與口模形狀和尺寸有關，為口模兩端壓差給定螺桿和口模時，N一定,壓差及Qm也確定下來了,這樣可求出指定擠出機配合不同口模時的擠出量.3.擠出機工作曲線螺桿、口模特性已知，n選定後，可找出擠出機工作點C當螺桿或口模改變一項，C點改變，可得到相應的熔體輸送速率和機頭壓力第三節常用機頭和口模形式機頭：機頭和口模常連為一體,通稱機頭,包括過濾網、多孔板、分流梭（有時與模芯結合為一個部件）、模芯、口模等機頭的作用：

改變熔融物料的流動方向，使其由螺旋變為直線運動；

產生必要的壓力使製品密實；使物料進一步塑化均勻；成型製品。濾網screen，過濾機械雜質、未熔物料；增加料流阻力，提高混合、塑化效果。由若干片疊在一起的30~120目不銹鋼網組成，用多孔板支承。多孔板（篩板、分流板）厚度為螺桿直徑的1/3~1/5，上邊鑽有φ3~6mm的中間疏、兩邊密的同心圓孔，距螺桿頭部0.1D,即約為計量段一個螺槽容積，太大易積料分解，太小料流不穩定。分流器（魚雷頭），將圓柱形料流變為薄環狀並便於進一步加熱塑化。大型分流器內設加熱器，支架用以支承分流器及芯棒，同時使料流分束以加強攪拌，小型分流器與芯棒做為一體。擠管機頭1.直通式熔體在機頭中流動方向與螺桿軸向一致結構簡單易製造適於硬、軟PVC,PE,PA2.直角式熔體在機頭中流動方向與螺桿軸向垂直從料筒流出的熔體繞過芯模再向前流動，會產生一條分流痕，流動阻力小，料流穩定，出料均勻，但其結構複雜，占地面積大。適於PP、PE及尺寸要求嚴格的管材3.旁側式熔體經過一個近似直角的過渡區才流入機頭阻力大，結構更複雜。上述幾種機頭由於存在分流器支架,會產生熔接線,影響製品外觀及品質消除熔接線的方法:

適當加大口模平直段(成型段)長；增大分流器支架與出料口的距離；使進口角(擴張角)大於出口角(收縮角)；加大機頭進口處截面與出口截面比;

採用異型芯棒(目的是增大料流阻力).4.篩孔板式：(生產聚烯烴類大管時,可克服自重產生的薄厚不均現象)無分流梭和芯模,物料經篩孔板進入口模成型段可保證物料充分熔融、塑化無熔接痕，強度高，結構緊湊，占地面積小。二.板（片材）機頭

口模由引流道、分配腔和模唇組成1.支管式為將圓柱狀流體變為扁平的矩形截面且有相等流速的流體，要設置一個縱向切口為管狀的分配腔，其作用是對熔體穩壓、分流，使其均勻地擠出寬幅製品。優點是結構簡單，製造容易；可調幅寬；溫度易控制；體積小，重量輕2.魚尾形：熔體從中部進入沿扇形擴展開來優點是物料呈流線型流動；物料停留時間短，適用的溫度範圍廣；結構簡單缺點是魚尾形部分擴張角不可過大（避免中心處壓力速度太大造成中心出料多兩端少）；不能生產寬幅製品3.衣架式：分配腔為兩根直管遞減的支管並有一個擴張角可大至160~170o的型腔，（吸收了支管式和魚尾形機頭的優點）優點是支管小，縮短了物料在機頭內的停留時間；扇形型腔提高了製品的薄厚均勻性，製品幅寬可達4~5m4.螺桿分配式：在直支管式機頭模腔中插入一根旋轉的分配螺桿分配螺桿的作用是將模腔內的熔體進一步塑化並沿寬度方向均勻分佈；壓力沿橫截面各點一致，擠速均勻；減少機頭內積料的可能性優點：生產能力高，製品均勻；可以發泡成型，易成型寬、厚板材；機頭內料溫易控制；可連續運轉缺點是加工困難，成本高；分配螺桿旋轉，使料流到口模區變為直線運動的距離短，易在製品中留下波浪形痕跡三.吹膜用機頭芯棒式：（側進料）料流在芯棒處分為兩股，再沿芯棒尖的斜刀口處匯合，向模口呈薄管擠出，芯棒中通壓縮空氣吹脹。優點是機頭內通道間隙小，存料少，物料不宜過熱分解，適於加工PVC料；只有一條熔接線；加工方便。缺點是芯棒尖處易積料；壓力作用到芯棒尖上，易偏中，造成製品不均勻開裂。2.十字形：（中心進料）PP,PE等熱穩料優點是壓縮比可大到7~8，無偏心缺點是有分流器支架，存在3~4條熔接線（可在支架上方開設緩衝槽改善）3.螺旋式：存在漸變的4~8條螺紋形流道，物料逐漸由螺旋變為軸向運動，再自環形間隙擠出膜管優點是無熔接線；芯棒不偏心，成型穩定，厚薄均勻；芯棒粗，不易變形缺點是加工複雜

4.旋轉式芯棒和口模各自能單獨旋轉優點是使厚度不均勻性被平均分配到整個圓周上，卷取平整；消除了熔接線缺點是加工、控制複雜四.異型口模板接式,PP,PE，結構簡單，但波動大；流線型，硬PVC,造價高，加工難度大。第四節擠出機的加熱冷卻系統一.加熱料筒熔融段和機頭外部方式有電、液體和蒸汽加熱。二.冷卻螺桿加料段逆向通冷卻水以加大輸送能力加料口下方用冷卻水冷卻，防止熱量傳向傳動側燒壞電機，並防止料斗中“架橋”料筒非工作側用鼓風機帶走過多的熱量防止物料分解。第五節幾種製品的擠出工藝一.管材的擠出（棒材、板材、異型材擠出類似）(一)擠出流程及主要輔助設備常見的是圓管，材料有PE、PP、PCPA軟質PVC、ABS,國內以PE、PP、軟質PVC、ABS等為主，是國際公認的金屬管替代品，也是綠色節能產品1.生產流程:機頭擠出，冷卻定型、冷卻、牽引、切割或捲曲2.定型(定徑)作用：將機頭擠出材料的形狀穩定下來，得到更為精確的截面形狀、尺寸和表面粗糙度，有內定徑和外定徑法兩種(1)內徑定徑法一般用於直角機頭上，連在口模芯模上內通冷卻水，定型套有0.6%~1%錐度，長80~300mm,外徑比管材內徑大2%~4%，利於收縮後尺寸在控制範圍內並保證管材內壁粗糙度(2)外定徑法（我國常用方法）真空定徑：管外抽真空而將管外壁吸附在冷卻定型套內壁上內壓法定徑：管內加壓縮空氣，管外加冷卻定型套4.牽引裝置橡膠帶式滾輪式履帶式（二）幾種管材生產工藝1.PE管材優點突出，成型加工容易，具有良好的韌性、無毒、耐腐蝕、耐寒性和電性能廣泛用於自來水管、煤氣管、排汙管、灌溉管、化工管道及電線絕緣套管LDPE擠出時溫度分五段控制機身：供料段90～100℃，壓縮段100～140℃，計量段140～160℃；機頭：分流器140～160℃，模口140～160℃HDPE溫度一般較LDPE高20℃另定型套水溫30～50℃一般PE管材口模溫度低於料筒最高溫度，原因是：熔體粘度低，成型溫度範圍寬，降低溫度利於成型，使製品更密實；利於定型，提高生產率；節約能源。2.PP管材無毒、耐腐蝕、強度高、耐熱性好、重量輕廣泛用作腐蝕性化工液體和氣體的輸送管，農田排灌管普通PP性能缺陷很大，一是低溫脆性大，二是耐老化性差，一般要改性處理，常用改性配方如下：

PP100HDPE10~20抗氧劑10100.5~1CaCO310工藝溫度機身：供料段165℃，壓縮段180℃，計量段220℃；機頭：一區230℃，二區220℃，口模195℃一般採用外定徑法(真空定徑或內壓外定徑法)3.硬質PVC管材耐腐蝕、絕緣性好主要做輸送流體及做電線套管等生產工藝擠出(粒料)溫度：機身依次為100~120℃，120~140℃，140~160℃，分流器160~180℃，口模180~190℃，機頭185~190℃螺桿轉速：直徑為45mm的單螺桿擠出機轉速為20~40r/min牽引速度：比擠出速度快1%~10%螺桿冷卻：材料流動性差，螺桿溫度偏高會粘料，適當降低螺桿溫度可使塑膠與螺桿間的摩擦係數降低，減少摩擦生熱，防止物料分解。冷卻介質用水二.雙向拉伸薄膜的平擠生產流程擠出----冷卻---預熱---縱向拉伸---再冷卻---橫向拉伸—熱處理-切邊卷取擠出後的厚片先急冷，目的是控制結晶度<5%預熱：將溫度調整到熔點以下縱向拉伸後再冷卻的目的：使結晶停止並固定分子的取向結構；張緊厚片防止其回縮工藝示例PP:薄膜厚度10~60μm，擠出溫度250~270℃，流延溫度30~40℃，縱向拉伸溫度125~145℃、拉伸比4.5~6.0，橫向拉伸溫度160~170℃，拉伸比9.0~10.0,熱處理溫度，170~180℃陳化處理2~3天，釋放拉伸應力和薄膜表面和起作用的添加劑遷移到表面三.吹塑薄膜生產薄膜的方法主要有：擠出吹塑、壓延、T型機頭擠出法、雙向拉伸法及流延法，其中擠出吹塑用的最多且產量最大特點：筒狀，便於用熱風機械生產袋子或切割展開成膜材料：PE、PP、PVC、PS、PA等分類：平擠上吹、平擠平吹和平擠下吹法工藝過程：擠出膜管---吹膜---冷卻---牽引---卷取—陳化工藝條件：溫度、吹脹與牽引、冷卻定型、厚度調節等三種擠出吹塑薄膜方法四.電線電纜包覆放線－矯直－預熱－機頭擠出包覆－冷卻－測試－卷取導線預熱的目的：使導線和包覆層更好的熔合；防止在包覆層中引入內應力五.擠出中空吹塑型坯的擠出——型坯在吹塑模中吹脹——冷卻——取出製品吹脹比：型坯吹脹的倍數，製品最大外經與型坯外徑之比六.其他擠出成型方法塗層拉絲擠出發泡擠出生產絲、帶、繩、網

壓縮模塑compressionmolding第一節緒論壓縮模塑是一種壓制成型方法,依靠外力的壓縮作用實現成型物料的造型,並且是研究材料性能最常採用的一種工藝方法

。1．成型過程(熱固性材料)將已加熱到成型溫度的模腔中加入物料、閉模加熱加壓、定型固化、脫模取出製品從工藝角度看,上述過程可分為三個階段流動階段、膠凝階段、硬化階段2.適用對象①．幾乎所有熱固性塑膠。常見的有酚醛、脲醛、環氧塑膠、不飽和聚酯、氨基塑膠、聚醯亞胺、有機矽等，也可用於熱塑性的聚四氟乙烯和PVC唱片生產；②．適於形狀複雜或帶有複雜嵌件的製品，如電器零件，電話機件、收音機外殼等.無翹曲變形的薄壁平面熱塑性塑膠製品。**3.優點設備投資少，工藝簡單，易操作；壓力損失小，多用以成型大型平面製品及多型腔製品；材料取向小；無流道及澆口，材料浪費少；適用的材料廣泛（可成型帶碎屑狀、片狀及纖維狀填料製品）4.缺點固化時間長，生產效率低；精度不高；合模面處易產生飛邊；對形狀複雜或帶嵌件的製品不易成型；自動化程度低。*5.幾種模壓產品實例聚四氟乙烯產品*PP&HDPE材料生產的菜板*第二節成型材料的預處理預壓將鬆散的原料預先用冷壓法（模具不加熱）壓成形狀規整，品質一定的密實體的過程

1．預壓的作用P87①～⑦２．壓縮粉的性能對預壓的影響①水分及揮發分②顆粒大小，最好是大小相間③傾倒性（120g壓縮粉通過管徑為10mm，錐角為60度的標準漏斗時間來衡量，一般取25～30s）④壓縮率在3.0左右⑤潤滑劑用量要適當⑥溫度，一般為室溫⑦壓力,以預壓物的密度達到製品密度的80％為適宜。約40～200MPa3.設備和操作壓模，上下陽模和陰模組成預壓機，偏心式（尺寸較大的預壓物，但效率不高）旋轉式（尺寸小的預壓物，效率高）液壓式（用於鬆散性較大的預壓物，效率高，緊湊）*二．預熱為了改善物料的成型性能及除去多餘的水分和揮發分，對預壓物進行加熱處理1．作用①縮短成型週期②提高製品的力學性能③提高塑膠流動性④降低模壓壓力2．預熱工藝①預熱溫度的確定：測定物料的曲線，其粘度值降至最低時的初始溫度Ti或稍低即為預熱溫度②時間，找出Ti時的曲線，粘度呈最低值的時間段內取一合適的值即可3．預熱方法熱板加熱烘箱加熱（料層不要超過2.5cm，加熱均勻）紅外線加熱高頻加熱（不宜加熱水分含量大的物料和非極性物料）*第三節設備一.壓機1.形式:

上動式和下動式液壓機2.結構組成：上、下壓板，固定（活動）墊塊，柱塞（主機筒）。3.特點上動式:下壓板固定，上壓板與主柱塞連並上下運動；頂出機構由位於下部機座內的頂出活塞帶動下動式:上壓板固定，主柱塞位於下壓板下並與之相連；脫模一般由安裝在活動板上的機械裝置完成陽、陰模分別裝在上、下壓板上**壓機Press二.模具

由陰陽模組成按結構特徵分為三種：

溢式不溢式半溢式配合：無，導柱定位較緊密單側間隙0.07~0.08mm陰模上部略向外傾斜約3度單側間隙0.025～0.075mm加料室：無有有，上壁做成15～20度錐度加料量：不準確，稍過量加料準確（稱量法）稍過量製品性能：外形簡單品質不高無明顯毛邊高度可較大料從非配合面溢出，有水準飛邊尺寸大外形複雜、壓縮率大的製品精度較好*第四節模壓過程

工序：安裝嵌件、加料、閉模、排氣、固化、脫模、模具清理1．安放嵌件①埋入塑膠的部分要採用滾花、鑽孔或設有凸出的棱角、型槽等以保證連接牢靠②安放時要正確平穩③嵌件材料收縮率要儘量與塑膠相近2．加料加料方法：品質法（準確但麻煩）；容量法（方便但不準確）；計數法（只用於預壓過的物料）3．閉模陽模未觸及物料前要快；觸及物料後要放慢速度4.排氣，閉模後需再將塑模鬆動少許時間，以便排出其中的氣體。一般一到兩次，20s/次5.固化，熱固性塑膠依靠在型腔中發生交聯反應達到