周次：第十周第二次课

周 次 : 第 十 周 第 二 次 课 章 节 名 称 : 第 八 章 塑 料 成 型 加 工 原 理 (8.1 塑 料 的 主 要 性 能 品 质 指 标 ;8.2 塑 料 工 业 概 述 ; 8.3 口 模 成 型 ) 授 课 方 式 : 课 堂 讲 授 教 学 时 数 :2 一 教 学 目 的 和 要 求 1) 熟 悉 塑 料 的 主 要 品 质 指 标 及 相 应 测 试 仪 器 设 备 ; 2) 认 识 单 螺 杆 挤 出 机 双 螺 杆 挤 出 机 和 压 出 机 的 基 本 结 构 及 作 用 二 教 学 内 容 提 要 引 言 : 回 顾 塑 料 的 发 展 塑 料 的 种 类 塑 料 的 加 工 方 法 及 分 类 塑 料 未 来 发 展 趋 势 8.1 塑 料 的 主 要 性 能 品 质 指 标 (1) 熔 融 指 数 热 塑 性 塑 料 在 一 定 温 度 和 压 力 下, 熔 体 在 10min 内 通 过 标 准 毛 细 管 的 重 量 值, 单 位 为 g/10min, 叫 做 熔 融 指 数 (MI) 它 表 征 的 是 热 塑 性 塑 料 的 流 动 性 好 坏, 是 加 工 性 能 的 一 个 重 要 指 标 (2) 硬 度 硬 度 是 用 来 表 示 塑 料 抵 抗 其 它 较 硬 物 体 压 入 的 能 力, 有 以 下 几 种 表 示 方 法 布 氏 硬 度 洛 氏 硬 度 邵 氏 硬 度 (3) 拉 伸 强 度 断 裂 伸 长 与 拉 伸 模 量 1 拉 伸 强 度 在 规 定 的 温 度 下, 把 试 样 放 在 拉 伸 试 验 机 上, 以 一 定 的 速 度 进 行 拉 伸 至 断 裂, 试 样 单 位 横 截 面 积 上 所 能 承 受 的 最 大 拉 力, 叫 做 拉 伸 强 度 2 断 裂 伸 长 率 : 试 样 在 断 裂 时 的 伸 长 对 原 始 长 度 的 百 分 率, 叫 做 断 裂 伸 长 率 3 拉 伸 模 量 : 在 普 弹 形 变 阶 段, 产 生 单 位 应 变 所 需 的 应 力, 叫 做 拉 伸 模 量 (4) 压 缩 强 度 压 缩 模 量 1 压 缩 强 度 在 试 样 上 施 加 压 缩 负 荷 直 至 破 坏 ( 对 脆 性 材 料 ) 或 产 生 屈 服 现 象 ( 对 非 脆 性 材 料 ) 时, 材 料 单 位 面 积 上 所 承 受 的 负 荷 2 压 缩 模 量 在 压 缩 的 应 力 - 应 变 曲 线 中, 普 弹 形 变 阶 段 的 应 力 与 应 变 的 比 值 (5) 弯 曲 强 度 弯 曲 屈 服 强 度 与 弯 曲 模 量 1 弯 曲 强 度 将 试 样 放 在 2 个 支 点 上, 施 加 集 中 负 荷, 试 样 变 形, 甚 至 完 全 破 坏 时, 材 料 单 位 面 积 上 所 承 受 的 力 2 弯 曲 屈 服 强 度 对 于 非 脆 性 材 料 而 言, 当 负 荷 达 到 某 一 特 定 值 时, 其 弯 曲 变 形 继 续 增 加, 而 负 荷 不 再 增 加, 即 发 生 屈 服 时, 材 料 单 位 面 积 上 所 承 受 的 负 荷 3 弯 曲 模 量 材 料 屈 服 前 的 应 力 与 应 变 的 比 值 (6) 剪 切 强 度 剪 切 应 力, 是 指 作 用 在 试 样 面 上 的 平 行 方 向 的 单 位 面 积 上 的 力 剪 切 强 度, 是 指 试 样 在 剪 切 应 力 作 用 下 破 坏 时, 单 位 面 积 所 能 承 受 的 负 荷 值

(7) 冲 击 强 度 冲 击 强 度, 是 指 材 料 在 高 速 冲 击 状 态 下, 韧 性 对 断 裂 强 度 的 抵 抗 能 力 冲 击 强 度 通 常 采 用 摆 锤 式 冲 击 实 验 进 行 测 定 (8) 蠕 变 蠕 变 性 能 反 应 了 塑 料 制 品 尺 寸 的 稳 定 性, 可 用 蠕 变 应 变 来 表 示, 即 在 一 定 时 间 一 定 作 用 力 下, 材 料 发 生 的 相 对 伸 长 率 8.2 塑 料 工 业 概 述 8.3 口 模 成 型 指 物 料 在 熔 融 设 备 中 通 过 加 热 混 合 加 压, 使 物 料 以 流 动 状 态 连 续 通 过 口 模 进 行 成 型 的 方 法 塑 料 的 口 模 成 型 中 最 常 用 的 是 塑 料 挤 出 机, 这 种 成 型 方 法 称 挤 出 成 型 或 挤 塑, 这 种 方 法 的 生 产 效 率 高, 可 连 续 生 产, 能 获 得 特 定 横 截 面 形 状 的 塑 料 制 品 按 对 塑 性 体 的 加 压 方 式, 还 可 分 为 连 续 式 和 间 歇 式 两 种 方 法, 前 者 是 使 用 螺 杆 挤 出 机, 后 者 是 使 用 柱 塞 式 挤 出 机, 塞 式 挤 出 机 目 前 也 已 很 少 使 用 本 节 重 点 介 绍 连 续 式 干 法 挤 出 成 型 8.3.1 螺 杆 挤 出 机 挤 出 机 的 构 成 : 通 常 由 电 动 机 传 动 机 构 料 筒 及 加 热 装 置 螺 杆 机 头 口 模 和 机 座 等 部 分 组 成 此 外 挤 出 机 还 有 调 速 控 温 压 力 测 试 和 程 序 控 制 等 系 统 以 及 各 个 设 定 程 序 辅 助 分 类 : 单 螺 杆 挤 出 机 双 螺 杆 挤 出 机 ( 一 ) 单 螺 杆 挤 出 机 的 基 本 结 构 单 螺 杆 挤 出 机 由 传 动 系 统 挤 出 系 统 加 热 和 冷 却 系 统 控 制 系 统 等 几 部 分 组 成 1 传 动 装 置 传 动 装 置 是 带 动 螺 杆 转 动 的 部 分, 通 常 由 电 动 机 减 速 机 构 和 轴 承 组 成 正 常 条 件 下 应 保 持 螺 杆 转 速 恒 定, 以 保 证 挤 出 量 的 稳 定, 从 而 保 持 制 品 质 量 的 均 匀 性,10~300r/min 2 加 料 装 置 加 料 设 备 通 常 使 用 锥 形 料 斗, 料 斗 底 部 设 有 截 留 装 置, 有 些 料 斗 还 带 有 定 量 供 料 及 内 在 干 燥 或 预 热 装 置 还 有 些 料 斗 带 有 真 空 ( 减 压 ) 装 置 在 料 斗 中 加 入 搅 拌 3 料 筒 料 筒 又 称 机 筒, 是 一 个 受 热 受 压 的 金 属 圆 筒, 是 挤 出 机 的 主 要 部 件 之 一 物 料 的 塑 化 和 压 缩 都 是 在 料 筒 中 进 行 的 挤 出 时 料 筒 的 压 力 可 达 30~60MPa, 温 度 150~350ºC 料 筒 外 部 长 度 一 般 为 其 内 径 的 15~30 倍, 其 长 度 以 使 物 料 得 到 充 分 的 加 热 和 塑 化 ( 混 合 ) 均 匀 为 原 则 在 料 筒 外 部 设 有 分 区 加 热 装 置, 通 常 还 设 有 冷 却 装 置 料 筒 ( 机 筒 ) 形 式 可 分 为 整 体 式 和 组 装 式 4 螺 杆 ( 重 点 讲 授 ) 螺 杆 是 挤 出 机 最 主 要 的 部 件, 它 直 接 关 系 到 挤 出 机 的 应 用 范 围 和 生 产 率 A 螺 杆 分 为 加 料 段 ( 固 体 输 送 区 ) 压 缩 段 ( 熔 融 区 ) 和 均 化 段 ( 熔 体 输 送 区 ) 加 料 段 : 其 长 度 随 塑 料 的 种 类 不 同 而 异, 在 该 段 螺 杆 的 功 能 主 要 是 对 塑 料 进 行 输 送 并 压 实 在 接 近 加 料 段 的 末 端, 与 料 筒 内 壁 相 接 触 的 塑 料 已 接 近 或 达 到 粘 流 温 度, 固 体 粒 子 表 面 有 些 发 粘, 但 熔 融 仍 未 开 始 压 缩 段 : 压 缩 段 的 螺 槽 容 积 是 逐 渐 减 小 的, 也 叫 熔 融 区 压 缩 段 的 主 要 作 用 是 压 实 物 料, 使 物 料 由 固 体 转 化 为 熔 融 体, 并 排 除 物 料 中 的 空 气 在 该 段 熔 融 料 和 未 熔 融 料 以 两 相 的 形 式 共 存, 至 熔 融 区 末 端, 塑 料 最 终 全 部 熔 融 为 粘 流 态 均 化 段 : 均 化 段 是 螺 杆 的 最 后 一 段, 也 称 计 量 段 挤 出 段 其 作 用 是 使 熔 体 进 一 步 塑 化 均 匀, 并 将 物

流 定 量 定 压 的 送 人 机 头, 使 其 在 口 模 中 成 型 在 该 段 螺 杆 对 熔 体 进 行 输 送 B 螺 杆 的 几 何 参 数 螺 杆 直 径 (D): 表 示 挤 出 机 的 大 小 规 格, 一 般 在 45~180mm 之 间 螺 杆 直 径 增 大, 加 工 能 力 提 高, 挤 出 机 的 生 产 能 力 与 螺 杆 直 径 的 平 方 成 正 比 螺 杆 长 径 比 (L/D): 指 螺 杆 工 作 部 分 有 效 长 度 与 直 径 之 比, 通 常 为 15~30 长 径 比 大, 能 改 善 物 料 的 温 度 分 布, 有 利 于 塑 料 的 混 合 塑 化, 并 能 减 少 漏 流 和 逆 流, 提 高 挤 出 机 的 生 产 能 力 螺 杆 过 长, 能 使 螺 杆 自 重 增 加, 塑 料 还 可 能 因 受 热 时 间 增 长 而 降 解 螺 杆 过 短, 容 易 引 起 物 料 的 混 炼 塑 化 不 良 压 缩 比 : 螺 杆 加 料 段 第 一 个 螺 槽 的 容 积 与 均 化 段 最 后 一 个 螺 槽 容 积 之 比, 称 为 压 缩 比 压 缩 比 的 大 小 对 制 品 的 密 实 性 和 排 除 物 料 中 所 含 空 气 的 能 力 等 影 响 很 大 但 压 缩 比 过 大 又 将 影 响 螺 杆 的 机 械 强 度, 在 一 定 程 度 上 降 低 挤 出 机 的 产 量 螺 槽 深 度 (h): 螺 槽 深 度 与 物 料 的 热 稳 定 性 螺 杆 的 塑 化 效 率 及 压 缩 有 关 螺 槽 浅 时, 能 对 塑 料 产 生 较 高 的 剪 切 速 率, 有 利 于 机 筒 壁 与 物 料 的 传 热, 物 料 混 合 和 塑 化 的 效 率 提 高, 但 生 产 率 降 低 螺 槽 深 时 情 况 正 好 相 反 螺 旋 角 (Ф) 和 螺 距 (s): 螺 杆 直 径 确 定 后, 螺 距 不 但 决 定 了 螺 旋 角, 而 且 也 影 响 螺 槽 的 容 积 螺 棱 宽 度 (e): 指 螺 纹 轴 向 螺 棱 顶 部 的 宽 度 太 小 会 使 漏 流 量 增 加, 导 致 产 量 降 低 ; 太 大 会 增 加 动 力 消 耗, 也 有 产 生 局 部 过 热 的 危 险 螺 杆 与 料 筒 间 隙 (δ): 机 筒 内 径 与 螺 杆 直 径 差 的 一 半 称 为 间 隙, 它 能 影 响 挤 出 机 的 生 产 能 力 通 常 控 制 δ 在 0.1~0.6mm δ 小 物 料 收 到 剪 切 作 用 大 有 利 于 塑 化 但 δ 过 小 强 烈 的 剪 切 作 用 容 易 引 起 物 料 出 现 热 机 械 降 解, 并 且 由 于 物 料 的 漏 流 和 逆 流 太 少, 在 一 定 程 度 上 影 响 熔 体 的 混 合 螺 杆 头 部 形 状 : 螺 杆 头 部 常 设 计 成 锥 形 或 半 圆 形, 有 些 螺 杆 的 均 化 段 是 一 表 面 完 全 平 滑 的 杆 体, 称 为 鱼 雷 头 这 种 设 计 主 要 用 于 提 高 螺 杆 的 塑 化 效 率 C 螺 杆 的 结 构 形 式 主 要 有 渐 变 型 和 突 变 型 两 种, 渐 变 型 多 用 于 无 定 形 塑 料 的 加 工, 突 变 型 由 于 具 有 较 短 的 压 缩 段, 适 用 于 具 有 粘 度 低 具 有 明 显 熔 点 的 塑 料 D 几 种 新 型 螺 杆 针 对 常 规 三 段 螺 杆 存 在 着 温 度 波 动, 发 展 了 各 种 新 型 螺 杆 分 离 型 螺 杆 : 这 类 螺 杆 是 在 螺 杆 的 压 缩 段 附 加 一 条 螺 纹, 这 样 就 避 免 了 单 螺 纹 螺 杆 固 液 共 存 于 一 个 螺 槽 引 起 的 温 度 波 动 屏 障 型 螺 杆 : 就 是 在 螺 杆 的 某 部 位 设 置 屏 障 段, 使 未 熔 融 的 固 态 物 料 不 能 通 过, 并 促 使 固 态 物 料 熔 融 的 一 种 螺 杆 分 流 型 螺 杆 : 这 类 螺 杆 的 某 一 部 位 设 置 许 多 突 起 部 分 沟 槽 或 孔 道 加 入 销 钉 等 5 机 头 和 口 模 习 惯 上 统 称 机 头, 作 用 是 将 处 于 旋 转 运 动 的 塑 料 流 体 转 变 为 直 线 流 动, 并 将 熔 体 均 匀 平 稳 的 导 入 口 模 塑 料 熔 体 在 口 模 中 流 动 成 为 所 需 的 形 状, 并 被 口 模 外 的 定 型 装 置 和 冷 却 系 统 冷 却 硬 化 而 定 型 机 头 与 口 模 的 组 成 部 件 包 括 多 孔 板 过 滤 网 分 流 器 模 芯 口 模 和 机 颈 等 部 件 ( 二 ) 双 螺 杆 挤 出 机 双 螺 杆 挤 出 机 是 在 一 个 字 形 机 筒 内, 由 两 根 互 相 啮 合 的 螺 杆 组 成 双 螺 杆 挤 出 机 的 工 作 原 理 和 单 螺 杆 挤 出 机 不 同, 双 螺 杆 挤 出 机 有 强 制 将 物 料 向 前 输 送 的 作 用 ( 正 向 输 送 ), 另 外 双 螺 杆 挤 出 机 在 两 根 螺 杆

的 啮 合 处 还 对 物 料 产 生 剪 切 作 用 双 螺 杆 挤 出 机 的 工 作 特 性 : a 强 制 输 送 作 用 : 由 于 啮 合 作 用 使 物 料 在 输 送 过 程 中 不 会 产 生 倒 流 或 滞 流, 同 时 还 使 物 料 的 表 层 不 断 更 新 增 进 了 排 气 效 果 b 混 合 作 用 : 由 于 啮 合 作 用 是 物 料 在 挤 出 过 程 中 的 运 动 更 复 杂, 混 合 性 更 强 c 自 洁 作 用 : 反 向 旋 转 的 双 螺 杆, 在 啮 合 处 的 螺 纹 和 螺 槽 间 存 在 速 度 差, 能 够 相 互 剥 离 粘 附 在 螺 杆 上 的 物 料, 使 螺 杆 得 到 自 洁 ( 三 ) 挤 出 机 的 辅 助 设 备 大 致 分 为 以 下 三 类 :(1) 原 料 输 送 干 燥 混 合 ( 捏 合 ) 设 备 (2) 定 型 和 冷 却 牵 引 卷 曲 切 割 设 备 (3) 挤 出 工 艺 的 控 制 设 备 讲 解 前 两 章 的 作 业 三 教 学 小 结 本 次 课 主 要 讲 授 了 塑 料 的 性 能 品 质 指 标 和 单 螺 杆 挤 出 机 的 结 构 四 讨 论 与 作 业 请 查 阅 有 关 塑 料 性 能 品 质 检 测 的 实 验 仪 器 与 设 备 五 教 学 手 段 板 书 : 章 节 名 称 重 点 知 识 以 及 小 结 多 媒 体 教 学 : 详 细 知 识 点 计 算 公 式 图 形,Flash 动 画 演 示

周 次 : 第 十 一 周 第 一 次 课 章 节 名 称 : 第 八 章 塑 料 成 型 加 工 原 理 (8.3.2 单 螺 杆 挤 出 原 理 ) 授 课 方 式 : 课 堂 讲 授 教 学 时 数 :2 一 教 学 目 的 和 要 求 1) 掌 握 固 体 塞 简 化 假 设 和 固 体 输 送 原 理 ;( 重 点 与 难 点 ) 2) 熟 悉 融 化 段 的 物 理 模 型 和 影 响 因 素 ;( 重 点 与 难 点 ) 3) 了 解 熔 体 输 送 段 最 简 流 动 方 程 的 意 义 ; 4) 初 步 了 解 挤 出 机 生 产 效 率 的 理 论 计 算 方 法 ; 二 教 学 内 容 提 要 8.3.2 单 螺 杆 挤 出 原 理 引 言 : 在 螺 杆 挤 出 机 中, 固 体 塑 料 要 经 历 玻 璃 态 的 固 体 高 弹 态 的 弹 性 体 粘 流 态 的 流 体 ; 同 时 物 料 既 有 拖 曳 流 动, 又 有 压 力 流 动 ( 一 ) 固 体 输 送 (1) 固 体 塞 的 定 义 机 筒 与 螺 杆 之 间 的 由 于 受 热 而 粘 连 在 一 起 的 固 体 粒 子 和 未 塑 化 的 冷 的 固 体 粒 子, 是 一 个 个 连 续 整 齐 排 列 着 的 并 塞 满 了 螺 槽 的 弹 性 固 体, 这 种 弹 性 固 体 叫 做 固 体 塞 (2) 固 体 塞 的 运 动 在 螺 杆 挤 出 机 中, 与 固 体 塞 运 动 有 关 的 2 个 主 要 力 : 螺 杆 的 摩 擦 推 动 力 F s, 料 筒 的 摩 擦 阻 力 F b ; 其 中, 料 筒 的 摩 擦 力 F b 在 z 轴 方 向 的 分 力 为 F bz a 当 F s =F bz =0 时, 即 物 料 与 料 筒 之 间 以 及 与 螺 杆 之 间 的 摩 擦 力 为 零, 物 料 在 料 筒 中 处 于 滑 动 状 态, 不 能 发 生 任 何 移 动 b 当 F s >F bz 时, 物 料 被 夹 带 于 螺 杆 中, 随 螺 杆 转 动 而 不 会 产 生 向 前 移 动 c 当 F bz >F s 时, 物 料 才 能 在 料 筒 中, 与 螺 杆 产 生 相 对 运 动, 并 被 迫 沿 螺 槽 向 前 移 动 (3) 送 料 能 力 的 影 响 因 素 为 了 提 高 送 料 段 的 送 料 能 力, 可 以 采 取 如 下 措 施 : a 增 加 螺 槽 深 度 h, 但 会 受 到 螺 杆 扭 矩 的 限 制 ; b 降 低 物 料 与 螺 杆 之 间 的 摩 擦 系 数 f s, 即 提 高 螺 杆 表 面 的 光 洁 度 ; c 增 大 物 料 与 料 筒 之 间 的 摩 擦 系 数 f b, 即 在 料 筒 内 开 纵 向 沟 槽 ; d 螺 杆 通 水 冷 却, 可 以 降 低 f s ( 二 ) 熔 化 过 程 (1) 压 缩 段 和 熔 融 段 的 作 用 当 固 体 物 料 从 加 料 段 进 入 压 缩 段 时, 逐 渐 受 到 越 来 越 大 的 挤 压 作 用, 在 料 筒 温 度 和 摩 擦 生 热 的 共 同 作 用 下, 固 体 物 料 在 塑 炼 中 逐 渐 开 始 熔 化, 最 后 在 进 入 均 化 段 时, 基 本 上 完 成 熔 化 过 程, 即 由 固 相 逐 渐 转 变 为 液 相, 出 现 粘 度 的 变 化 (2) 熔 融 过 程 固 相 熔 膜 熔 池 ( 液 相 )

( 三 ) 熔 体 输 送 在 一 般 正 常 生 产 情 况 下, 送 料 段 的 送 料 速 率 Q 1 压 缩 段 的 熔 化 速 率 Q 2 均 化 段 的 挤 出 速 率 Q 3, 因 此 均 化 段 的 挤 出 速 率 可 以 代 表 整 个 挤 出 机 的 生 产 率, 该 段 的 功 率 消 耗 也 是 整 个 挤 出 机 功 率 消 耗 的 基 础 (1) 熔 体 流 动 的 形 式 a 正 流 : 正 流, 也 就 是 拖 曳 流 动, 是 沿 着 螺 槽 向 机 头 方 向 的 流 动, 是 螺 杆 旋 转 时 螺 纹 斜 棱 的 推 动 力 在 螺 槽 z 轴 方 向 作 用 的 结 果 正 流 的 体 积 流 量, 用 Q D 表 示 也 正 是 由 于 这 种 正 流, 才 使 塑 料 挤 出 b 逆 流 : 逆 流, 也 就 是 压 力 流 动, 流 动 的 方 向 与 正 流 相 反, 是 由 机 头 口 模 过 滤 网 等 对 塑 料 反 压 所 引 起 的 结 果 逆 流 的 体 积 流 量, 用 Q P 表 示 c 漏 流 : 漏 流, 是 在 反 压 作 用 下, 从 螺 杆 与 机 筒 的 间 隙 δ 沿 着 螺 杆 轴 向 料 斗 方 向 的 流 动 一 般 情 况 下, 由 于 δ 很 小, 漏 流 比 正 流 和 逆 流 小 得 多 漏 流 的 体 积 流 量, 用 Q L 表 示 d 横 流 : 横 流, 是 指 沿 x 轴 方 向 的 流 动 在 螺 杆 中, 横 流 形 成 一 种 环 流, 对 总 的 生 产 率 影 响 不 大, 但 对 塑 料 的 混 合 热 交 换 和 塑 化 影 响 很 大 横 流 的 体 积 流 量, 用 Q T 表 示 (2) 挤 出 机 生 产 能 力 的 计 算 a 按 经 验 公 式 计 算 Q=n D 3 β 上 式 中 :Q 为 挤 出 量,cm 3 /s;d 为 螺 杆 直 径,cm;n 为 螺 杆 转 速,r/s;β 为 系 数, 一 般 为 0.003~0.007 b 按 理 论 公 式 计 算 Q=Q D -Q P -Q L 上 式 中,Q D 为 正 流 的 体 积 流 量 ;Q P 为 逆 流 的 体 积 流 量 ;Q L 为 漏 流 的 体 积 流 量 Q = Q ( Q + Q ) D P L 三 教 学 小 结 本 次 课 主 要 讲 授 了 单 螺 杆 挤 出 机 的 基 挤 出 原 理, 塑 料 物 料 在 单 螺 杆 挤 出 机 要 经 历 玻 璃 态 的 固 体 高 弹 态 的 弹 性 体 粘 流 态 的 流 体 ; 同 时 物 料 既 有 拖 曳 流 动, 又 有 压 力 流 动 具 体 存 在 三 个 过 程 : 固 体 输 送 熔 化 和 熔 体 输 送 其 中 在 固 体 输 送 阶 段, 为 了 获 得 最 大 的 输 送 速 率, 可 增 加 螺 槽 深, 降 低 物 料 与 螺 杆 之 间 的 摩 擦 系 数, 增 大 物 料 与 料 筒 之 间 的 摩 擦 系 数, 螺 杆 通 水 冷 却 等 在 熔 化 阶 段, 物 料 经 过 : 固 相 熔 膜 熔 池 ( 液 相 ) 在 熔 体 输 送 阶 段, 即 螺 杆 的 均 化 段, 流 体 的 流 动 包 括 正 流 逆 流 漏 流 和 横 流 四 讨 论 与 作 业 1. 普 通 螺 杆 在 结 构 上 为 何 分 段, 分 为 几 段? 各 段 的 作 用 如 何? 2. 根 据 固 体 输 送 率 的 基 本 公 式, 分 析 当 螺 杆 的 几 何 参 数 确 定 之 后, 提 高 固 体 输 送 率 的 途 径 及 工 业 实 施 方 法 3. 为 什 么 说 挤 出 机 在 正 常 操 作 条 件 下, 熔 体 在 螺 槽 中 的 流 动 无 滞 留 层, 有 搅 拌 混 合 输 送 的 作 用? 4. 何 谓 螺 杆 压 缩 比? 为 什 么 要 有 压 缩 比? 在 螺 杆 结 构 上 如 何 实 现? 五 教 学 手 段 板 书 : 章 节 名 称 重 点 知 识 以 及 小 结 多 媒 体 教 学 : 详 细 知 识 点 计 算 公 式 图 形

周 次 : 第 十 一 周 第 二 次 课 章 节 名 称 : 第 八 章 塑 料 成 型 加 工 原 理 (8.4 模 塑 和 铸 模 成 型 原 理 :8.4.1 注 射 成 型 原 理 ) 授 课 方 式 : 课 堂 讲 授 教 学 时 数 :2 一 教 学 目 的 和 要 求 1) 了 解 注 射 机 的 结 构 与 作 用, 注 射 过 程 原 理 ;( 重 点 与 难 点 ) 2) 掌 握 注 射 成 型 工 艺 及 工 艺 条 件 ;( 重 点 ) 3) 了 解 橡 胶 注 射 成 型 热 固 性 塑 料 注 射 成 型 反 应 注 射 成 型 的 工 艺 过 程 和 条 件 控 制 ; 4) 了 解 气 体 辅 助 注 射 成 型 的 设 备 特 点 和 成 型 工 艺 ; 二 教 学 内 容 提 要 模 塑 和 铸 塑 的 共 同 点 是 塑 料 原 料 在 模 具 内 腔 成 型, 得 到 形 状 与 模 腔 形 状 一 样 的 模 制 品 可 分 为 : 注 塑 成 型 压 缩 模 塑 和 铸 塑 成 型 等 8.4 模 塑 和 铸 模 成 型 原 理 8.4.1 注 射 成 型 原 理 注 射 成 型 是 一 种 注 射 兼 模 塑 的 成 型 方 法, 又 称 注 塑 成 型 注 射 成 型 的 过 程 : 物 料 在 料 筒 中 塑 化 在 压 力 的 作 用 下 将 高 温 塑 料 熔 体 经 喷 嘴 和 模 具 的 浇 到 注 入 低 温 模 腔 再 冷 却 定 型 开 启 模 具, 顶 出 制 品 ( 一 ) 注 塑 机 及 模 具 注 塑 机 按 料 筒 数 目 可 分 为 单 阶 式 双 阶 式 及 多 阶 式, 按 合 模 部 件 与 注 射 部 件 的 工 位 数 分 为 单 工 位 和 多 工 位 注 射 机 主 要 由 注 射 系 统 锁 模 系 统 模 具 三 部 分 组 成 (1) 注 射 系 统 注 射 系 统 起 塑 化 和 注 射 作 用, 由 加 料 装 置 料 筒 螺 杆 ( 或 柱 塞 及 分 流 梭 ) 及 喷 嘴 组 成 a 加 料 装 置 : 注 塑 机 上 设 有 料 斗, 常 为 倒 圆 锥 形 或 锥 形 很 多 注 射 机 上 有 计 量 器 以 便 定 量 加 料 b 料 筒 : 与 挤 出 机 的 料 筒 相 似, 料 筒 的 大 小 取 决 于 注 塑 机 最 大 注 塑 量 柱 塞 式 注 塑 机 的 料 筒 容 量 为 最 大 注 射 量 的 4~8 倍, 螺 杆 式 注 射 机 一 般 仅 为 2~3 倍 c 分 流 梭 和 柱 塞 : 分 流 梭 的 作 用 是 将 料 筒 内 流 经 该 处 的 物 料 薄 层, 使 塑 料 流 体 产 生 分 流 和 收 敛 运 动, 以 缩 短 传 热 导 程 既 加 快 了 热 传 导 又 避 免 了 塑 料 的 过 热 分 解 柱 塞 为 一 根 坚 硬 的 金 属 圆 棒, 其 作 用 是 传 递 施 加 在 塑 料 上 的 压 力, 使 塑 料 熔 体 注 射 入 模 d 螺 杆 : 与 挤 出 机 不 同, 注 射 机 中 螺 杆 的 作 用 是 输 送 压 实 塑 化 及 传 递 注 射 压 力 其 长 径 比 (L/D 10~15) 和 压 缩 比 (ε 2~2.5) 较 小, 均 化 段 短, 螺 槽 深 度 大 注 射 螺 杆 既 可 旋 转 又 可 前 后 移 动 e 喷 嘴 : 喷 嘴 起 料 筒 和 模 具 的 连 接 作 用, 所 以 它 内 径 一 般 都 是 自 进 口 逐 渐 向 出 口 收 敛, 顶 部 成 半 球 形, 使 喷 嘴 和 模 具 紧 密 接 触 (2) 锁 模 系 统 锁 模 系 统 的 所 用 是 保 证 成 型 模 具 可 靠 的 闭 合 和 实 现 模 具 开 启 作 用 的 机 构 该 系 统 由 固 定 模 板 移 动 模 板 合 模 油 缸 顶 出 装 置 等 部 件 组 成 锁 模 系 统 的 夹 持 力 大 小 及 稳 定 程 度 对 制 品 尺 寸 的 准 确 程 度 和 质 量 都 有 很 大 影 响 (3) 模 具

任 何 注 射 模 具 均 可 分 为 定 模 和 动 模 两 大 部 分, 定 模 安 装 在 注 塑 机 的 固 定 板 上, 动 模 安 装 在 注 塑 机 的 移 动 模 板 上 注 射 前 动 模 和 定 模 闭 合 构 成 成 型 腔 和 浇 注 系 统 开 模 时 动 模 和 定 模 分 离, 有 脱 模 机 构 推 出 制 品 模 具 的 组 成 :a 成 型 零 部 件,b 浇 注 系 统,c 导 向 机 构,d 脱 模 机 构,e 侧 向 分 型 或 侧 向 抽 芯 机 构,f 温 度 调 节 系 统,g 排 气 结 构 ( 二 ) 注 射 成 型 的 工 艺 过 程 按 其 先 后 次 序 包 括 : 成 型 前 的 准 备 注 塑 过 程 制 件 的 后 处 理 注 塑 过 程 包 括 计 量 塑 化 注 射 充 模 冷 却 定 型 脱 模 几 个 步 骤 (1) 预 塑 计 量 过 程 注 塑 成 型 是 一 个 间 歇 过 程, 因 此 应 保 持 定 量 加 料, 以 保 证 操 作 稳 定 塑 料 塑 化 均 匀, 最 终 获 得 良 好 的 制 品 塑 化 过 程 是 指 塑 料 在 料 筒 内 经 加 热 达 到 充 分 的 熔 融 状 态, 使 之 具 有 良 好 的 可 塑 性, 并 能 在 规 定 时 间 内 提 供 足 够 孰 料 的 熔 融 塑 料 (2) 注 射 充 模 过 程 可 分 为 注 射 充 模 流 动 阶 段 保 压 补 缩 流 动 阶 段 保 压 切 换 倒 流 阶 段 注 射 压 力 随 熔 体 经 过 喷 嘴 流 道 模 具 流 道 最 后 经 由 浇 口 充 满 模 腔, 是 一 个 随 时 间 变 化 的 非 线 性 函 数 (3) 制 件 的 后 处 理 制 件 的 后 处 理 主 要 是 指 热 处 理 和 调 湿 处 理 a 热 处 理 : 热 历 史 产 生 的 内 应 力 可 能 是 制 件 导 致 力 学 性 能 下 降 光 学 性 能 变 坏 表 面 产 生 银 纹 甚 至 变 形 开 裂 常 用 方 式 : 退 火 处 理 b 调 湿 处 理 : 多 用 于 PA 类 塑 料 的 后 处 理 ( 三 ) 注 塑 成 型 的 工 艺 参 数 ( 重 点 讲 授 ) 影 响 塑 化 和 注 射 质 量 的 重 要 工 艺 参 数 是 温 度 ( 机 筒 温 度 保 压 时 间 冷 却 时 间 ) 压 力 ( 塑 化 压 力 注 射 压 力 和 保 压 压 力 ) 和 注 射 周 期 ( 注 射 时 间 保 压 时 间 冷 却 时 间 ) 而 影 响 温 度 压 力 变 化 的 工 艺 因 素 ( 如 螺 杆 转 速 加 料 量 及 物 料 特 性 等 ) 也 是 不 可 忽 视 的 ⑴ 温 度 注 塑 成 型 过 程 需 要 控 制 的 温 度 有 机 筒 温 度 喷 嘴 温 度 模 具 温 度 等 前 两 种 温 度 影 响 塑 料 的 塑 化 和 流 动, 后 一 种 温 度 影 响 塑 料 的 流 动 和 冷 却 a 机 筒 与 喷 嘴 温 度 因 塑 化 过 程 不 同, 柱 塞 式 注 塑 机 的 设 定 温 度 一 般 比 螺 杆 式 注 塑 机 高 10~20ºC 确 定 料 筒 温 度 时, 还 应 考 虑 制 品 和 模 具 的 结 构 特 点 料 筒 温 度 的 分 布 应 设 置 从 料 斗 到 喷 嘴 由 低 到 高 一 般 在 成 型 前 通 过 对 空 注 射 法 和 制 品 的 直 观 分 析 法 来 进 行 调 整 b 模 具 温 度 : 模 具 温 度 是 指 与 制 品 接 触 的 模 腔 表 面 温 度 1 为 使 制 件 脱 模 时 不 变 形, 模 温 通 常 应 低 于 塑 料 的 玻 璃 化 温 度 或 不 易 引 起 制 件 变 形 的 温 度, 但 制 件 的 脱 模 温 度 则 稍 高 于 模 温 脱 模 温 度 取 决 于 制 件 的 壁 厚 和 残 余 应 力 2 为 保 证 充 模 时 制 品 完 整 和 质 量 紧 密, 对 熔 体 粘 度 大 的 塑 料 宜 用 较 高 的 模 温, 熔 体 粘 度 小 的 使 用 较 低 的 模 温 3 应 考 虑 模 温 对 塑 料 结 晶 取 向 制 品 内 应 力 和 各 种 物 理 性 能 的 影 响 (2) 压 力 塑 化 压 力 : 采 用 螺 杆 式 注 塑 机 时, 螺 杆 顶 部 熔 料 在 螺 杆 转 动 后 退 时 所 受 到 的 压 力, 也 称 背 压 这 种 压

力 可 通 过 液 压 系 统 中 的 溢 流 阀 来 调 节 如 果 条 件 恒 定, 增 加 塑 化 压 力 将 加 强 剪 切 作 用, 常 能 使 熔 体 温 度 均 匀, 色 料 混 合 均 匀 和 排 出 熔 体 中 气 体, 但 同 时 也 会 增 大 塑 料 降 解 的 可 能 注 射 压 力 : 注 射 压 力 是 指 柱 塞 或 螺 杆 顶 部 对 塑 料 所 施 加 的 压 力, 由 油 路 压 力 换 算 而 来, 其 作 用 是 克 服 塑 料 从 料 筒 流 向 型 腔 的 流 动 阻 力 给 予 熔 料 充 模 的 速 率 以 及 对 熔 料 进 行 压 实 保 压 压 力 : 在 注 射 压 力 的 作 用 下, 熔 体 充 满 模 腔 后, 制 品 在 模 内 变 冷 却 边 收 缩 为 了 补 缩, 需 要 继 续 维 持 熔 体 流 动 的 注 射 压 力, 称 为 保 压 压 力 特 别 注 意, 保 压 时 间 过 长 或 过 高 的 凝 封 压 力, 会 使 制 品 的 内 应 力 增 加, 制 品 因 收 缩 过 小 而 脱 模 困 难 注 射 过 程 中, 注 射 压 力 与 塑 料 温 度 实 际 上 是 互 相 制 约 的, 料 温 高 时, 注 射 压 力 减 小 ; 反 之 压 力 加 大 在 注 塑 机 上, 注 射 压 力 保 压 压 力 都 是 通 过 调 节 注 射 系 统 油 路 压 力 来 实 现 的 (3) 注 射 周 期 和 注 射 速 度 完 成 一 次 注 塑 成 型 所 需 要 的 时 间 称 为 注 射 周 期, 它 由 注 射 保 压 冷 却 和 加 料 以 及 开 模 辅 助 作 业 和 闭 模 时 间 组 成 整 个 周 期 中, 冷 却 时 间 和 注 射 时 间 最 重 要, 对 制 品 的 性 能 和 质 量 有 决 定 性 的 影 响 注 射 速 度 是 单 位 时 间 内 注 入 模 腔 中 熔 体 的 容 积 充 模 过 快, 空 气 不 易 排 净 ; 过 慢 会 延 长 充 模 时 间, 使 塑 料 表 层 迅 速 冷 却, 可 能 导 致 充 模 不 全 一 般 制 品 注 射 充 模 时 间 为 2~10s, 保 压 时 间 为 20~100s, 冷 却 时 间 为 30~130s 三 教 学 小 结 本 次 课 主 要 讲 授 了 注 射 成 型 的 注 射 机 的 组 成 及 注 射 的 原 理 注 射 机 由 注 射 系 统 锁 模 系 统 和 模 具 组 成 注 射 过 程 包 括 : 计 量 塑 化 注 射 充 模 冷 却 定 型 脱 模 以 及 制 件 的 后 处 理 ( 热 处 理 和 调 湿 处 理 ) 影 响 塑 化 和 注 射 质 量 的 重 要 工 艺 参 数 是 温 度 ( 机 筒 温 度 保 压 时 间 冷 却 时 间 ) 压 力 ( 塑 化 压 力 注 射 压 力 和 保 压 压 力 ) 和 注 射 周 期 ( 注 射 时 间 保 压 时 间 冷 却 时 间 ), 这 也 要 求 大 家 掌 握 四 讨 论 与 作 业 1 注 射 机 的 注 射 系 统 和 合 模 系 统 的 作 用 是 什 么? 其 中 注 射 系 统 主 要 由 哪 几 部 分 组 成? 2 引 导 课 堂 讨 论 : 与 挤 出 机 的 螺 杆 相 比, 注 射 机 的 螺 杆 在 结 构 上 运 动 上 及 功 能 上 有 何 特 点? 3 简 述 热 塑 性 塑 料 在 整 个 注 射 成 型 工 艺 过 程 中 物 料 温 度 和 压 力 的 变 化 规 律 4 要 缩 短 注 射 机 的 成 型 加 工 周 期, 可 以 采 用 哪 些 措 施? 5 注 射 机 的 料 筒 温 度 应 如 何 确 定? 6 注 射 机 的 模 具 温 度 应 如 何 确 定? 7 为 什 么 要 保 压? 保 压 对 制 品 性 能 有 何 影 响? 五 教 学 手 段 板 书 : 章 节 名 称 重 点 知 识 以 及 小 结 多 媒 体 教 学 : 详 细 知 识 点 计 算 公 式 图 形,Flash 动 画 演 示 引 导 与 课 堂 讨 论

周 次 : 第 十 二 周 第 一 次 课 章 节 名 称 : 第 八 章 塑 料 成 型 加 工 原 理 (8.4 模 塑 和 铸 模 成 型 原 理 :8.4.2 压 缩 模 塑 原 理 ) 授 课 方 式 : 课 堂 讲 授 教 学 时 数 :2 一 教 学 目 的 和 要 求 1) 了 解 模 压 成 型 的 设 备 和 模 具 之 类 型 特 点 及 工 艺 过 程 ( 重 点 ) 2) 了 解 热 固 性 塑 料 模 压 成 型 时 预 压 和 预 热 工 艺 的 作 用 机 理 和 优 点, 合 理 选 择 合 适 的 预 压 和 预 热 条 件 ( 难 点 ) 3) 掌 握 模 压 成 型 制 品 后 处 理 机 理 和 作 用 二 教 学 内 容 提 要 8.4.2 压 缩 模 塑 压 缩 模 塑 是 热 固 性 塑 料 的 主 要 成 型 工 艺, 通 常 称 为 模 压 成 型 其 工 艺 过 程 是 将 热 固 性 模 塑 料 在 已 加 热 到 指 定 温 度 的 模 具 中 加 压, 使 物 料 熔 融 流 动 并 均 匀 地 充 满 模 腔, 在 加 热 和 加 压 的 条 件 下 经 过 一 定 的 时 间, 使 其 发 生 化 学 交 联 反 应 而 变 成 具 有 三 维 体 形 结 构 的 热 固 性 塑 料 制 品 优 点 : 间 歇 操 作, 工 艺 成 熟, 生 产 控 制 方 便, 成 型 设 备 和 模 具 较 简 单, 所 得 制 品 的 内 应 力 小, 取 向 程 度 低, 不 易 变 形, 稳 定 性 较 好 缺 点 : 生 产 周 期 长, 生 产 效 率 低, 较 难 实 现 生 产 自 动 化, 操 作 人 员 劳 动 强 度 大, 不 宜 成 型 形 状 复 杂 和 较 厚 的 制 品 ( 一 ) 压 缩 模 塑 设 备 压 缩 模 塑 的 主 要 设 备 包 括 压 机 和 模 具 (1) 压 机 压 机 种 类 很 多, 有 机 械 式 和 液 压 式, 目 前 常 用 的 是 液 压 机 且 多 为 油 压 机 液 压 机 的 结 构 形 式 很 多, 主 要 的 是 上 压 式 液 压 机 和 下 压 式 液 压 机 压 机 的 主 要 参 数 : 公 称 压 力, 柱 塞 直 径, 压 板 直 径 和 工 作 行 程 (2) 模 具 a 溢 式 模 具 一 般 用 于 小 型 制 品 优 点 : 结 构 简 单, 操 作 容 易, 制 造 成 本 低 缺 点 : 不 易 压 缩 收 缩 率 大 的 塑 料 b 不 溢 式 模 具 特 点 : 结 构 较 复 杂, 制 造 成 本 高, 阴 模 和 阳 模 两 部 分 闭 合 十 分 准 确 优 点 : 可 提 高 制 品 密 度, 适 用 于 流 动 性 较 差 和 压 缩 率 较 大 的 塑 料 缺 点 : 操 作 过 程 中 容 易 造 成 压 力 过 大, 以 致 于 压 制 时 操 作 技 术 要 求 较 高 c 半 溢 式 模 具 介 于 两 者 之 间, 分 为 有 支 撑 面 模 具 和 无 支 撑 面 模 具 ( 二 ) 压 缩 模 塑 的 工 艺 过 程 (1) 计 量 : 分 重 量 和 容 量 法 (2) 预 压 : 在 室 温 下 将 松 散 的 粉 状 或 纤 维 状 的 热 固 性 模 塑 料 压 成 质 量 一 定 形 状 规 则 的 型 坯 的 工 序 预 压 有 如 下 作 用 和 优 点 :

1 加 料 快 准 确 无 粉 尘 2 降 低 压 缩 率, 可 减 小 模 具 装 料 室 和 模 具 高 度 3 预 压 料 紧 密, 空 气 含 量 少, 传 热 快, 又 可 提 高 预 热 温 度, 从 而 缩 短 了 预 热 和 固 化 的 时 间, 制 品 也 不 易 出 现 气 泡 4 便 于 成 型 较 大 或 带 有 精 细 嵌 件 的 制 品 (3) 预 热 : 模 压 前 对 塑 料 进 行 加 热 具 有 预 热 和 干 燥 两 个 作 用, 前 者 是 为 了 提 高 料 温, 便 于 成 型, 后 者 是 为 了 去 除 水 分 和 其 他 挥 发 物 预 热 的 优 点 : 1 能 加 快 塑 料 成 型 时 的 固 化 速 度, 缩 短 成 型 时 间 2 提 高 流 动 性, 增 进 固 化 的 均 匀 性, 提 高 制 品 质 量, 降 低 废 品 率 3 可 降 低 模 压 压 力, 可 成 型 流 动 性 差 的 塑 料 或 较 大 的 制 品 (4) 嵌 件 安 放 嵌 件 般 是 制 品 中 导 电 部 分 或 与 其 他 物 件 结 合 用 的, 嵌 件 安 放 要 求 平 稳 准 确, 以 免 造 成 废 品 或 损 坏 模 具 (5) 加 料 : 应 注 意 防 止 局 部 缺 料 现 象, 尤 其 是 对 流 动 性 差 的 塑 料 (6) 闭 模 : 要 注 意 控 制 闭 模 速 度 和 排 气 (7) 排 气 : 排 除 水 和 低 分 子 物, 方 法 为 卸 压, 需 注 意 卸 压 的 时 机, 并 可 进 行 多 次 卸 压 (8) 保 压 固 化 : 一 定 压 力, 一 定 温 度, 保 持 一 段 时 间 (9) 脱 模 冷 却 : 趁 热 脱 模, 以 缩 短 成 型 周 期 (10) 制 品 的 后 处 理 : 包 括 修 边 和 热 处 理, 热 处 理 的 目 的 主 要 是 消 除 内 应 力, 提 高 制 品 的 耐 热 性 电 性 能 和 强 度 ( 三 ) 模 压 成 型 工 艺 特 性 及 影 响 因 素 在 实 际 的 模 压 过 程 中, 模 型 中 物 料 的 体 积 温 度 压 力 的 变 化 是 互 相 影 响 且 同 时 进 行 的, 下 面 分 别 讨 论 温 度 压 力 和 时 间 等 因 素 对 模 压 成 型 过 程 的 影 响 (1) 温 度 : 模 压 温 度 是 指 模 压 时 所 规 定 的 模 具 温 度, 它 是 热 固 性 塑 料 流 动 充 模, 并 最 后 固 化 成 型 的 主 要 原 因 它 决 定 了 成 型 过 程 中 聚 合 物 交 联 反 应 的 速 度, 从 而 影 响 塑 料 制 品 的 最 终 性 能 a 模 压 温 度 升 高 的 好 处 : 随 着 温 度 的 升 高, 物 料 逐 渐 熔 化, 粘 度 变 小, 发 生 流 动 而 使 物 料 充 满 整 个 模 腔 ; 交 联 反 应 开 始 后, 熔 体 粘 度 又 逐 渐 变 大, 其 流 动 性 减 小, 并 随 着 温 度 的 升 高 而 交 联 反 应 速 度 增 大, 使 流 动 性 迅 速 降 低 一 般 来 说, 升 高 温 度 能 加 速 热 固 性 塑 料 的 固 化 速 度, 使 固 化 时 间 缩 短, 提 高 生 产 效 率 b 模 压 温 度 升 高 的 坏 处 : 但 温 度 过 高 时, 会 因 固 化 速 度 太 快 而 使 塑 料 的 流 动 性 迅 速 降 低, 并 引 起 充 模 不 满, 特 别 是 模 压 形 状 复 杂 壁 薄 深 度 大 的 制 品, 这 种 弊 病 最 明 显 ; 同 时, 高 温 下 外 层 固 化 要 比 内 层 快 得 多, 导 致 内 层 挥 发 物 难 以 排 除, 这 样 不 仅 会 降 低 制 品 的 物 理 机 械 性 能, 而 且 模 具 开 启 时, 会 使 制 品 发 生 开 裂 变 形 等 因 此, 在 模 压 厚 度 较 大 的 制 品 时, 要 适 当 降 低 温 度, 延 长 模 压 时 间 ; 对 经 过 预 热 的 塑 料 进 行 模 压 时, 由 于 内 外 层 温 度 较 均 匀, 流 动 性 较 好, 故 模 压 温 度 可 高 些 (2) 模 压 压 力 : 模 压 压 力 是 指 成 型 时 压 机 对 塑 料 所 施 加 的 压 力, 模 压 压 力 的 主 要 作 用 : a 塑 料 在 塑 模 中 加 速 流 动 b 增 加 塑 料 的 密 实 度

c 克 服 树 脂 在 缩 聚 反 应 中 放 出 低 分 子 物 及 塑 料 中 其 他 挥 发 分 所 产 生 的 压 力, 避 免 出 现 肿 胀 脱 层 等 缺 陷 d 使 模 具 紧 密 闭 合, 从 而 使 制 品 具 有 固 定 的 尺 寸 形 状 和 最 小 毛 边 e 防 止 制 品 在 冷 却 时 发 生 变 形 (3) 模 压 时 间 : 模 压 时 间 是 指 塑 料 在 模 具 中 从 开 始 升 温 加 压 到 固 化 完 全 的 这 段 时 间 模 压 时 间 太 短, 树 脂 固 化 不 完 全, 制 品 无 力 机 械 性 能 差, 外 观 无 光 泽, 制 品 脱 模 后 易 出 现 翘 曲 变 形 等 现 象 但 过 长 的 模 压 时 间 会 使 交 联 过 度, 增 加 制 品 的 收 缩 率, 引 起 树 脂 与 填 料 之 间 产 生 的 内 盈 利, 制 品 表 面 发 暗 和 起 泡, 制 品 性 能 降 低, 严 重 时 会 使 制 品 破 裂 而 且 会 浪 费 能 源 和 降 低 生 产 率 三 教 学 小 结 本 次 课 主 要 讲 授 了 模 压 成 型 的 设 备 特 点 工 艺 过 程 以 及 工 艺 参 数 的 确 定 重 点 是 要 掌 握 模 压 成 型 的 工 艺 四 讨 论 与 作 业 1 何 谓 压 缩 模 塑? 简 述 压 缩 模 塑 的 优 缺 点 2 在 压 缩 模 塑 过 程 中, 为 什 么 要 采 取 预 压 预 热 等 操 作? 预 压 预 热 有 那 些 设 备? 3 何 谓 排 气 操 作? 为 什 么 要 排 气? 4 压 制 的 工 艺 控 制 参 数 对 PVC 板 材 的 性 能 和 外 观 有 何 影 响? 举 例 说 明 6 升 温 速 率 和 降 温 速 率 为 什 么 不 能 过 快? 有 何 异 常 现 象? 五 教 学 手 段 板 书 : 章 节 名 称 重 点 知 识 以 及 小 结 多 媒 体 教 学 : 详 细 知 识 点 计 算 公 式 图 形 等

周 次 : 第 十 二 周 第 二 次 课 章 节 名 称 : 第 八 章 塑 料 成 型 加 工 原 理 (8.6 塑 料 的 二 次 成 型 ;8.7 压 延 成 型 ) 授 课 方 式 : 课 堂 讲 授 教 学 时 数 :2 一 教 学 目 的 和 要 求 1) 掌 握 二 次 成 型 的 原 理 ;( 重 点 与 难 点 ) 2) 了 解 压 延 成 型 中 空 吹 塑 薄 膜 吹 塑 的 工 艺 过 程 与 影 响 因 素 二 教 学 内 容 提 要 8.6 塑 料 的 二 次 成 型 8.6.1 二 次 成 型 的 粘 弹 性 原 理 ( 重 点 讲 授 ) (1) 二 次 成 型 的 定 义 是 指 在 一 定 条 件 下 将 管 板 片 棒 材 等 塑 料 型 材, 通 过 再 次 成 型, 加 工 为 制 品 的 成 型 方 法 (2) 与 一 次 成 型 的 区 别 一 次 成 型, 是 指 利 用 塑 料 的 粘 流 形 变 ( 书 本 上 为 : 塑 性 形 变 ) 而 成 型, 就 是 塑 料 处 在 粘 流 态 条 件 下 进 行 的 成 型, 例 如 : 挤 出 成 型 注 射 成 型 等 二 次 成 型, 是 指 利 用 塑 料 的 推 迟 高 弹 形 变 而 成 型, 就 是 塑 料 处 在 高 弹 态 条 件 下 进 行 的 成 型, 例 如 : 吹 塑 成 型 薄 膜 拉 伸 成 型 以 及 热 成 型 等 注 意 : 一 次 成 型 与 二 次 成 型 之 间, 并 没 有 严 格 的 划 分 ( 一 ) 聚 合 物 的 温 度 - 形 变 曲 线 玻 璃 态 高 弹 态 粘 流 态 ( 二 ) 二 次 成 型 的 粘 弹 性 原 理 (1) 二 次 成 型 的 T g ( 或 T m ) 大 小 二 次 成 型 的 聚 合 物 只 能 是 那 些 T g ( 或 T m ) 比 室 温 高 得 多 的 聚 合 物 (2) 二 次 成 型 的 方 法 a 将 聚 合 物 在 T g ( 或 T m ) 以 上 温 度 下 加 热, 然 后 在 外 力 作 用 下, 使 之 产 生 形 变 并 成 型 为 一 定 的 形 状 ; b 形 变 完 成 后, 将 其 放 置 于 接 近 室 温 下 冷 却, 使 形 变 冻 结 并 固 定 其 形 状, 即 定 型 对 于 结 晶 聚 合 物 的 二 次 成 型 而 言, 形 变 过 程 是 在 接 近 熔 点 的 温 度 下 进 行 的, 然 后 在 冷 却 过 程 中 产 生 结 晶, 从 而 达 到 定 型 的 目 的 (3) 二 次 成 型 的 原 理 聚 合 物 的 二 次 成 型 加 工, 是 利 用 聚 合 物 松 弛 过 程 的 温 度 依 赖 性, 辅 以 适 当 的 外 力 作 用, 使 聚 合 物 在 较 高 温 度 下 能 以 较 快 的 速 度 在 较 短 的 时 间 内 发 生 高 弹 形 变 而 获 得 所 需 的 形 状 ; 然 后 在 低 温 下 快 速 冷 却, 使 高 弹 形 变 固 定 下 来 而 得 到 形 状 一 定 的 制 品 8.6.2 薄 膜 吹 塑 成 型 薄 膜 吹 塑 成 型, 是 指 将 从 挤 出 机 的 管 状 环 形 机 头 挤 出 的 管 状 熔 体, 通 过 横 向 吹 胀 和 纵 向 拉 伸, 形 成 圆 管 状 薄 膜 的 成 型 方 法 吹 塑 法 是 薄 膜 最 主 要 和 最 广 泛 的 生 产 方 法, 我 国 约 80% 的 薄 膜 采 用 吹 塑 法 生 产, 主 要 用 于 LDPE LLDPE HDPE PP PVC 等 吹 塑 薄 膜 的 成 型 工 艺 可 以 分 为 : (1) 上 吹 法

在 上 吹 法 中, 挤 出 机 安 装 方 便, 排 列 比 较 紧 凑 ; 但 传 热 效 果 较 差 ; 不 适 于 加 工 粘 度 小 的 树 脂 上 吹 法 是 吹 塑 薄 膜 中 采 用 最 多 的 方 法, 主 要 用 于 生 产 粘 度 较 大 的 PE(LDPE LLDPE HDPE) PVC 薄 膜 等 (2) 平 吹 法 在 平 吹 法 中, 占 用 空 间 较 少 ; 缺 点 是 上 下 两 半 冷 却 不 匀, 且 重 力 的 作 用 使 中 部 有 悬 垂 现 象 ; 不 适 于 加 工 粘 度 小 的 树 脂 平 吹 法 主 要 适 用 于 加 工 直 径 在 500mm 以 下 的 PE PVC 薄 膜 (3) 下 吹 法 在 下 吹 法 中, 挤 出 机 安 装 在 高 处, 增 加 了 建 筑 空 间 和 原 材 料 的 提 升 ; 由 于 受 到 重 力 的 牵 伸 作 用, 不 利 于 薄 膜 厚 度 的 控 制 ; 但 膜 泡 运 动 方 向 与 冷 却 空 气 的 运 动 方 向 相 反, 冷 却 效 果 较 好 下 吹 法 主 要 适 用 于 粘 度 较 小 的 结 晶 度 高 的 PP PA 等 薄 膜, 因 为 它 们 不 适 用 于 上 吹 法 和 平 吹 法 8.6.3 热 成 型 (1) 定 义 : 热 成 型, 是 指 将 一 定 尺 寸 和 形 状 的 片 材, 夹 在 模 具 的 框 架 上, 在 T g ~T f 之 间 加 热, 凭 借 施 加 的 压 力, 使 其 紧 贴 模 具 的 型 面, 冷 却 定 型 后, 得 到 制 品 的 一 种 成 型 方 法 (2) 特 点 : 制 品 的 厚 度 不 大,<1~2mm; 表 面 积 可 以 很 大, 属 于 内 凹 外 凸 形 ; 制 品 的 种 类 多 (3) 影 响 因 素 1 成 型 温 度 : 成 型 温 度, 应 以 一 定 的 成 型 压 力 和 成 型 速 度 下 塑 料 片 材 伸 长 率 最 大 时 的 温 度 为 宜, 这 样 可 以 得 到 壁 厚 较 小 深 度 较 大 的 制 品 2 成 型 速 度 : 根 据 聚 合 物 链 段 运 动 的 松 弛 原 理, 如 果 成 型 温 度 不 高, 由 于 链 段 难 运 动, 则 适 于 采 用 慢 速 成 型, 这 时 材 料 的 伸 长 率 较 大, 可 以 成 型 大 的 制 品 对 于 一 定 厚 度 的 片 材, 在 适 当 提 高 加 热 温 度 的 同 时, 可 以 采 用 较 快 的 速 度 成 型 3 成 型 压 力 : 压 力 的 作 用, 是 产 生 形 变 只 有 当 压 力 在 材 料 中 引 起 的 应 力 大 于 弹 性 模 量 时, 才 能 使 材 料 产 生 形 变 ; 否 则, 只 有 提 高 压 力 或 提 高 成 型 温 度, 才 能 成 型 4 材 料 的 成 型 性 : 一 般 来 说, 伸 长 率 对 温 度 敏 感 的 塑 料 片 材, 适 用 于 较 大 压 力 和 缓 慢 成 型 ; 伸 长 率 对 温 度 不 敏 感 的 塑 料 片 材, 适 用 于 较 小 压 力 和 快 速 成 型 8.6.4 中 空 吹 塑 成 型 中 空 吹 塑 成 型, 是 指 将 管 坯 ( 型 坯 ) 趁 热 于 高 弹 态 下 放 置 在 模 具 中, 并 及 时 通 入 压 缩 空 气 将 其 吹 胀, 使 其 紧 贴 在 模 腔 壁 上 成 型, 经 冷 却 脱 模 后, 得 到 中 空 制 品 的 成 型 方 法 中 空 吹 塑 成 型, 可 用 于 生 产 口 径 不 大 的 各 种 瓶 罐 壶 桶 玩 具 等, 可 用 来 加 工 PE PP PVC 热 塑 性 工 程 塑 料 热 塑 性 弹 性 体 等 聚 合 物 及 各 种 共 混 物 ( 一 ) 成 型 的 工 艺 过 程 (1) 挤 出 - 吹 塑 成 型 的 工 艺 过 程, 包 括 如 下 4 个 阶 段 : a 管 坯 形 成 : 从 挤 出 机 挤 出 的 管 坯, 垂 挂 于 安 装 在 机 头 下 方 的 模 腔 中 ; b 入 模 : 当 下 垂 的 管 坯 达 到 合 格 长 度 后, 即 可 合 模, 并 靠 模 具 的 刀 口 将 其 切 断 ; c 吹 塑 成 型 : 通 入 压 缩 空 气, 使 管 坯 吹 胀, 紧 贴 模 壁 而 成 型 ; d 脱 模 : 保 持 充 气 压 力, 使 制 品 在 模 腔 中 冷 却 定 型, 即 得 制 品 (2) 注 射 - 吹 塑 成 型 的 工 艺 过 程 成 型 的 工 艺 过 程 为 : 管 坯 形 成 管 坯 加 热 入 模 吹 塑 成 型 脱 模

(3) 注 射 - 拉 伸 - 吹 塑 成 型 的 工 艺 过 程 工 艺 过 程 为 : 管 坯 形 成 管 坯 加 热 入 模 管 坯 拉 伸 吹 塑 成 型 脱 模 ( 二 ) 成 型 的 影 响 因 素 (1) 型 坯 温 度 型 坯 的 温 度 控 制 在 材 料 的 T g ~T f ( 或 T m ) 之 间, 并 偏 向 T f ( 或 T m ) 一 侧 (2) 吹 气 压 力 和 充 气 速 度 总 体 来 讲, 熔 体 粘 度 较 高 冷 却 速 度 较 快 的 塑 料, 可 以 采 用 较 高 的 吹 气 压 力 在 型 坯 的 膨 胀 阶 段, 要 求 较 低 的 充 气 速 度 ; 型 坯 吹 胀 后, 气 压 可 高 些 (3) 吹 胀 比 : 吹 胀 比, 是 指 制 品 尺 寸 与 型 坯 尺 寸 之 比, 也 叫 做 吹 胀 倍 数 一 般 来 讲, 吹 胀 比 为 2~4 倍 吹 胀 比 过 大, 制 品 壁 厚 变 薄, 成 型 困 难, 强 度 和 刚 度 降 低 ; 吹 胀 比 过 小, 塑 料 消 耗 增 加, 壁 厚 增 加, 冷 却 时 间 延 长 (4) 模 温 和 冷 却 时 间 材 料 的 T g 较 高 者, 可 以 有 较 高 的 模 温 ; 相 反, 尽 可 能 降 低 模 温 在 挤 出 - 吹 塑 成 型 中, 冷 却 时 间 占 成 型 周 期 的 60% 或 更 长, 因 此 提 高 吹 塑 制 品 的 冷 却 效 率, 可 以 缩 短 成 型 周 期, 提 高 生 产 效 率 8.7 压 延 成 型 压 延 成 型, 是 指 将 热 塑 性 塑 料 通 过 一 系 列 相 向 运 动 着 的 加 热 的 辊 筒, 成 为 具 有 一 定 厚 度 宽 度 的 表 面 光 洁 的 薄 片 状 制 品 的 成 型 方 法, 是 薄 膜 和 片 材 的 主 要 生 产 方 法 压 延 成 型 的 塑 料, 绝 大 多 数 是 热 塑 性 的 非 晶 态 塑 料, 主 要 是 热 稳 定 性 较 差 的 在 较 低 温 度 下 成 型 的 聚 氯 乙 烯 PVC 主 要 适 用 于 生 产 厚 度 在 0.05~ 0.5mm 之 间 的 软 质 PVC 薄 膜, 以 及 厚 度 在 0.25~0.7mm 之 间 的 硬 质 PVC 片 材 ( 一 ) 工 艺 过 程 压 延 成 型 包 括 2 个 阶 段 : 供 料 阶 段 压 延 阶 段 其 中, 供 料 阶 段 包 括 捏 合 塑 化 供 料 等 ; 压 延 阶 段 包 括 压 延 牵 引 轧 花 冷 却 卷 取 切 割 等 (1) 供 料 阶 段 压 延 机 的 供 料 阶 段, 主 要 有 密 炼 机 塑 炼 机 挤 出 机 以 及 金 属 检 测 仪 和 输 送 装 置 等 组 成 其 中, 挤 出 机 的 供 料 方 式, 其 劳 动 强 度 小, 密 闭 性 好, 塑 化 效 果 好, 适 于 压 延 薄 制 品, 并 对 压 延 机 辊 筒 起 一 定 保 护 作 用 (2) 压 延 阶 段 压 延 机 的 压 延 阶 段, 主 要 为 压 延 机, 最 常 用 的 是 3 辊 压 延 机 和 4 辊 压 延 机 显 然,4 辊 压 延 机 的 压 延 次 数 比 3 辊 压 延 机 多 一 次, 使 薄 膜 变 得 更 薄 更 均 匀, 而 且 表 面 也 较 光 滑 ; 同 时 还 可 以 增 大 辊 筒 的 转 速 以 提 高 生 产 率 辊 筒 内 部 的 加 热, 是 通 过 蒸 汽 过 热 水 油 水 等 进 行 加 热 或 冷 却 的 ( 二 ) 压 延 过 程 分 析 (1) 在 辊 缝 中 的 受 力 状 态 塑 料 的 受 力 状 态 : 压 延 成 型 过 程 中, 由 于 辊 筒 间 产 生 的 剪 切 力, 使 物 料 受 到 挤 压 剪 切 而 延 展 成 为 薄 型 的 塑 料 制 品 辊 筒 的 受 力 状 态 : 辊 筒 会 受 到 来 自 物 料 的 反 作 用 力 分 离 力 或 横 压 力, 是 指 使 2 个 辊 分 开 的 力 分 离 力, 会 使 辊 筒 发 生 弯 曲 弹 性 形 变 而 产 生 挠 曲, 其 大 小, 与 辊 筒 的 半 径 长 度 速 度 以 及 物 料 的 粘 度 成 正 比, 与 辊 间 距 成 反 比

2 压 延 效 应 压 延 过 程 中, 热 塑 性 塑 料 由 于 受 到 很 大 的 剪 切 力 作 用, 使 大 分 子 沿 着 薄 膜 前 进 方 向 发 生 定 向 作 用, 使 薄 膜 在 物 理 机 械 性 能 上 出 现 各 向 异 性, 这 种 现 象 叫 做 压 延 效 应 辊 筒 线 速 度 辊 筒 速 比 塑 料 量 粘 度 温 度 辊 距 压 延 时 间 压 延 效 应 由 于 加 工 过 程 中 压 延 效 应 的 各 向 异 性, 故 与 压 延 方 向 平 行 上 的 扯 断 强 度 和 扯 断 伸 长 率 较 垂 直 的 高 ; 但 撕 裂 强 度 则 相 反 3 辊 温 与 速 度 一 般 来 讲, 压 延 温 度 通 常 稍 <T f, 使 塑 料 能 延 展 成 型, 又 具 有 一 定 的 强 度, 以 便 于 薄 膜 能 从 辊 筒 上 引 离 下 来 辊 速 辊 速 提 高, 使 摩 擦 热 提 高, 故 物 料 的 温 度 会 升 高, 因 此 要 与 辊 温 综 合 考 虑 4 辊 速 比 : 是 指 相 邻 的 2 个 辊 筒 之 间 的 线 速 度 之 比 压 延 机 具 有 辊 速 比 的 作 用 如 下 a 使 压 延 物 依 次 紧 贴 于 辊 筒 ; b 使 塑 料 能 更 好 的 塑 化 辊 速 比 过 大, 会 发 生 包 辊 现 象 ; 辊 速 比 过 小, 会 出 现 脱 辊 现 象, 以 致 产 生 气 泡 5 辊 距 与 辊 隙 存 料 (1) 辊 距 : 调 节 辊 距, 是 为 了 适 应 不 同 厚 度 制 品 的 需 求, 也 是 为 了 改 变 存 料 量 (2) 辊 隙 存 料 : 辊 隙 存 料, 在 压 延 成 型 中 起 着 储 备 补 充 进 一 步 塑 化 的 作 用 存 料 过 多, 导 致 薄 膜 表 面 出 现 毛 糙 云 纹, 并 产 生 气 泡, 使 分 离 力 增 加 ; 存 料 过 少, 因 压 力 不 足 而 造 成 薄 膜 表 面 毛 糙 孔 洞 等 三 教 学 小 结 通 过 本 次 课 的 学 习, 要 求 大 家 掌 握 二 次 形 成 的 原 理, 聚 合 物 的 二 次 成 型 加 工 是 利 用 聚 合 物 松 弛 过 程 的 温 度 依 赖 性, 辅 以 适 当 的 外 力 作 用, 使 聚 合 物 在 较 高 温 度 下 能 以 较 快 的 速 度 在 较 短 的 时 间 内 发 生 高 弹 形 变 而 获 得 所 需 的 形 状 ; 然 后 在 低 温 下 快 速 冷 却, 使 高 弹 形 变 固 定 下 来 而 得 到 形 状 一 定 的 制 品 对 二 次 成 型 的 几 种 加 工 方 法 还 进 行 了 简 单 的 介 绍 四 讨 论 与 作 业 1 简 述 二 次 成 型 的 粘 弹 原 理 2 简 述 中 空 吹 塑 成 型 温 度 对 制 品 的 使 用 温 度 及 形 状 稳 定 性 的 影 响 3 讨 论 : 高 聚 物 材 料 在 压 延 中 的 流 动 和 变 形 特 点 五 教 学 手 段 板 书 : 章 节 名 称 重 点 知 识 以 及 小 结 多 媒 体 教 学 : 详 细 知 识 点 计 算 公 式 图 形,Flash 动 画 演 示 引 导 与 课 堂 讨 论