有機高分子材料及其成形

1、機械工業(yè)出版社 第五章 高分子材料極其成形產(chǎn)品造型材料與工藝產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形25.1 高分子材料概述 高分子材料也稱為聚合物材料，是以高分子化合物（樹脂）為基體，再配有其它添加劑（助劑）所構(gòu)成的材料。高分子材料可分為天然高分子材料、合成高分子材料及高分子復(fù)合材料等。通常所指的高分子材料指的是合成高分子材料。 5.1.1 高分子材料的類別 1.按聚合物的性能和用途分類 （1）塑料 （2）纖維 （3）橡膠 2. 按聚合物的熱行為分類 （1）熱塑性高分子材料 （2）熱固性高分子材料 v第五章 高分子材料成形 產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形35.1.2 高

2、分子材料的加工性能 高分子材料具有一些特有的加工性能，這些加工性能為高分子材料提供了適用多種的加工技術(shù)的可能性，也是高分子材料能夠得到廣泛應(yīng)用的重要原因。一、力學(xué)性能 1.高彈性 2.粘彈性：（1）蠕變和應(yīng)力松弛 ；（2）滯后和內(nèi)耗 3.強度 4.斷裂 5.韌性 6.耐磨性二、電學(xué)和物理化學(xué)性能 1.電學(xué)性能 2.熱性能 3.化學(xué)穩(wěn)定性v第五章 高分子材料成形 產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形45.1.3 高分子材料的成形加工 1. 塑料的成形加工 塑料成形加工一般包括原料的配制和準(zhǔn)備、成形及制品后加工等幾個過程。塑料成形的方法很多，包括擠出成形、注射成形、模壓成形、壓延成形、鑄

3、塑成形、模壓燒結(jié)成形、傳遞模塑、發(fā)泡成形等。 2. 橡膠的成形加工 橡膠的加工分為兩大類：一類是干膠制品的加工生產(chǎn)，另一類是膠乳制品的生產(chǎn)。干膠制品的原料是固態(tài)的彈性體，其生產(chǎn)過程包括塑煉、混煉、成形、硫化四個步驟；膠乳制品則是以膠乳為原料進(jìn)行加工生產(chǎn)的，其生產(chǎn)工藝大致與塑料糊的成形相似。 3. 化學(xué)纖維的成形加工 化學(xué)纖維的成形加工主要是紡絲方法，而紡絲又分為熔融紡絲和溶液紡絲兩大類。 v第五章 高分子材料成形 產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形55.2 塑料極其成形工藝5.2.1 塑料概述 1868年，第一種塑料問世，現(xiàn)在塑料品種已達(dá)80余種，應(yīng)用到了生產(chǎn)、生活的各個方面才，成

4、為了產(chǎn)品中利用率最高的材料。 1.塑料的特性 （1）易成形、成本低 （2）高強度、質(zhì)量輕 （3）耐腐蝕、性穩(wěn)定 （4）透明性好、著色性強 （5）絕緣性強、耐磨性高 （6）減震消音、透光保溫 2.塑料的缺陷 （1）耐熱性差 （2）易變形 （3）有“老化”現(xiàn)象 v第五章 高分子材料成形 產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形65.2.1 塑料概述 3.塑料的類別極其特性 塑料是以合成樹脂為主要原料，適量加入填充劑、增塑劑、潤滑劑、穩(wěn)定劑、固化劑、阻燃劑、著色劑等添加劑，在一定溫度和壓力下塑制成形的一種高分子材料。一般按照熱行為和應(yīng)用進(jìn)行分類 按熱行為可分為： （1）熱塑性塑料：在特定溫度范

5、圍內(nèi)能反復(fù)加熱軟化和冷卻硬化，其性能也不發(fā)生顯著改變的塑料。 （2）熱固性塑料：因受熱或者其它條件（固化劑、紫外線等）下能固化的塑料。 按應(yīng)用可分為： （1）通用塑料：指產(chǎn)量大、用途廣、成形性好、價格低廉的塑料。 （2）工程塑料：指能承受一定的外力作用，并具有良好的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性，可用作工程材料或結(jié)構(gòu)材料的塑料。 （3）特種塑料：是指具有特種功能，能滿足特殊使用要求的塑料。 （4）增強塑料：由樹脂和增強材料相結(jié)合而成，用來提高塑料機械強度的復(fù)合材料。 v第五章 高分子材料成形 產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形75.2.2 塑料的主要成形方法 1.注塑成形 注塑成形是將粉粒狀

6、的塑料原料先在加熱料筒中均勻塑化，然后由柱塞或移動螺桿將粘流態(tài)塑料用較高的壓力和速度注入到預(yù)先合模的模具中，冷卻硬化而成所需制品的成形方法。注塑成形是最重要的成形方法之一，幾乎適用于所有的熱塑性塑料，隨著技術(shù)的發(fā)展，也用于某些熱固性塑料，與產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)系最為緊密。 注塑成形一般要有專業(yè)設(shè)備，圖5-1為臥式注射機。 v第五章 高分子材料成形 圖5-1 臥式注射機產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形85.2.2 塑料的主要成形方法 2.擠出成形 擠出成形又稱擠壓模塑或擠塑成形，是在擠出機中通過加熱、加壓而使物料以流動狀態(tài)連續(xù)通過擠出模成形的方法，主要適合熱塑性塑料的成形，也適合一部分流動

7、性較好的熱固性塑料和增強塑料的成形。圖5-2為擠出成形原理圖。 v第五章 高分子材料成形 圖5-2 擠出成形原理圖產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形95.2.2 塑料的主要成形方法 3.壓制成形 壓制成形是熱固性塑料成形法的一種，又分為模壓法和層壓法兩種： （1）模壓法 將熱固性樹脂預(yù)熱后，置于開放的模穴中，然后閉模加熱加壓，直至材料硬化為止。模壓塑料的特點是質(zhì)地致密，尺寸精確，外表平整光潔，但成形效率較低，主要用來加工電器開關(guān)、插座、餐具、廚具等形狀和結(jié)構(gòu)比較簡單的日用品。 （2）層壓法 將由玻璃纖維或其它纖維做出的薄片填料布，用熱固性液態(tài)樹脂浸漬，然后將其疊成所需厚度，在高壓和

8、高溫下使其固化而成。層壓塑料的特點是強度高，表面平整光潔，生產(chǎn)效率高，用途廣，常用于加工增強塑料板材、管材、棒材和膠合板等。 v第五章 高分子材料成形 產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形105.2.2 塑料的主要成形方法 4.吹塑成形 又稱中空成形，是將擠塑機擠出的熔融熱塑性樹脂坯料夾入模具，然后向坯料內(nèi)吹入空氣，在空氣壓力的作用下、熔融的坯料膨脹與模具結(jié)合，冷卻后開模取出，形成定型產(chǎn)品的方法。該方法主要用于生產(chǎn)瓶狀的中空薄壁產(chǎn)品。圖5-3為吹塑成形過程圖。 v第五章 高分子材料成形 圖5-3 吹塑成形過程產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形115.2.2 塑料的主要成形

9、方法 5.壓注成形 又稱傳遞成形，是熱固性塑料的主要成形方法之一。是將塑料粒料裝入模具的加料室內(nèi)，在加熱、受壓下熔融的塑料通過模具加料室底部的澆注系統(tǒng)充滿型腔，然后固化成形的方法。壓注成形法的特點是兼具模壓成形和注射成形的優(yōu)點，產(chǎn)品尺寸精確，生產(chǎn)周期短，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適合于形狀復(fù)雜和帶嵌件的產(chǎn)品。圖5-4為壓注成形原理圖 v第五章 高分子材料成形 圖5-4 壓注成形原理圖產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形125.2.2 塑料的主要成形方法 6.發(fā)泡成形 又稱蒸汽成形，是先將塑料粒預(yù)發(fā)泡，經(jīng)過一定時間的熟成后，將其填入鋁合金制作的模具中使用蒸汽加熱而成形的方法。目前廣泛應(yīng)用的是聚乙烯

10、、聚苯乙烯和聚氨酯等熱塑性樹脂泡沫塑料，主要用于生產(chǎn)水杯、冰淇淋盒、周轉(zhuǎn)箱、包裝箱中的減震材料、家具用夾心材料以及建筑用隔熱材料等。圖5-5為發(fā)泡成形過程示意圖。 。 v第五章 高分子材料成形 圖5-5 發(fā)泡成形過程產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形135.2.2 塑料的主要成形方法 7.鑄塑成形 又稱澆鑄成形，是將加有固化劑和其它輔助劑的液態(tài)樹脂混合物料倒入成形模具中，在常溫或加熱條件下使其固化而成為具有一定形狀制品的方法。該成形法的優(yōu)點是工藝簡單，成本低，制品尺寸不受限制，可生產(chǎn)形狀簡單、尺寸精度不高的大型產(chǎn)品，適用于流動性大同時又具有收縮性的塑料；缺點是成形周期長，制品尺寸的

11、精確性較差等。圖5-6為鑄塑成形法示意圖。 v第五章 高分子材料成形 圖5-6 鑄塑成形法產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形145.2.2 塑料的主要成形方法 8.真空成形 將熱塑性塑料片置于模具中壓緊，借助加熱器將塑料片加熱，使之軟化，然后將模具型腔抽取真空，借助大氣的壓力將軟化的塑料片壓入模內(nèi)并使之緊貼模具，冷卻后得到所需的塑料制品的成形方法。該方法的優(yōu)點是對模具材料盒加工要求較低，缺點是制品厚度不太均勻，無法制造形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。圖5-7所示為真空成形過程。 v第五章 高分子材料成形 圖5-7 真空成形過程產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形155.2.3 塑料制品的

12、加工 通常，塑料制品的加工是指塑料制品成形后的二次加工。 1.塑料的機械加工 對有較高尺寸精度和表面質(zhì)量要求的塑料零件，需在成形后對其進(jìn)一步進(jìn)行機械加工；對于某些形狀簡單的塑料件，可用棒材、管材和板材等塑料型材直接進(jìn)行機械加工；對于帶有小孔、深孔和螺紋的塑料零件，用后續(xù)機械加工比直接成形更經(jīng)濟實用。 塑料的機械加工與金屬材料的切削加工大致相同，一般包括鋸切、鉆孔、車銷、銑削、攻螺紋、鉸孔、滾花等。 2.表面裝飾 塑料制品表面裝飾可分為兩類：一類是著色；另一類是涂飾、印刷、熱燙印等在成形后進(jìn)行的二次裝飾。 （1）著色。這種方法是將色母加入塑料原料中，攪拌均勻后與原料熔化擠出。 v第五章 高分子材

13、料成形 產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形165.2.3 塑料制品的加工 2.表面裝飾 （2）鍍飾。將塑料零件表面鍍覆金屬的一種加工工藝，它能改善塑料零件的表面性能，達(dá)到防護(hù)、裝飾和美化的目的。 （3）燙印。將刻有圖案或文字的熱模，通過一定的壓力，使?fàn)C印材料上的彩色錫箔轉(zhuǎn)移到塑料制品表面來獲得精美圖案和文字的加工方法。 （4）貼膜。是將預(yù)先印有圖案或花紋的塑料膜緊貼在模具上，在擠塑、吹塑或注塑時，依靠熔融樹脂的熱量將塑料膜熔合在產(chǎn)品上。如圓珠筆、臉盆、浴盆等產(chǎn)品上的花卉或動物圖案就是采用該方法獲得的。 （5）涂飾。 （6）絲網(wǎng)印刷。是將設(shè)計好的文字或圖案，在特制的絲網(wǎng)上腐蝕制版，然

14、后把制好的絲版放在塑料件的合適位置，用刮板刮涂顏料來印刷文字和圖案。 v第五章 高分子材料成形 產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形175.2.3 塑料制品的加工 3.塑料件的連接 在塑料制品的裝配中經(jīng)常采用將兩種塑料部件或塑料零件與金屬零件連接的方式，常用的連接方式有機械連接、熱熔粘接、溶劑粘結(jié)和膠粘劑粘結(jié)四種方式。其中，機械連接的主要方式包括鉚接和螺栓連接，其方法與金屬件的連接相同。圖5-8和5-9為常見的塑料件連接方式。 v第五章 高分子材料成形 圖5-8 連接方式（一）圖5-9 連接方式（二）產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形185.2.4 塑料制品的結(jié)構(gòu)工藝性

15、1.形狀 塑料制品的形狀應(yīng)易于成形，即在開模取出塑件時盡量避免采用復(fù)雜的分型與側(cè)面抽芯。 2.壁厚 通常，產(chǎn)品應(yīng)具有均勻的壁厚，壁與壁的連接處盡量用圓弧連模，從而避免壁厚的突然劇變。圖5-10為壁厚均勻化示意圖 3.脫模斜度 為使塑件順利脫模并防止脫模時擦傷或擦毛塑件，塑件的內(nèi)外表面沿脫模方向應(yīng)具有合理的斜度，稱為脫模斜度。圖5-11為脫模斜度。 v第五章 高分子材料成形 圖5-10 壁厚的均勻化圖5-11 脫模斜度產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形195.2.4 塑料制品的結(jié)構(gòu)工藝性 4.圓角 在設(shè)計塑料產(chǎn)品時，通常在產(chǎn)品的棱邊、棱角、加強肋、支撐底、底面、平面等處設(shè)計成圓角。圓

16、角的設(shè)計具有以下優(yōu)點： （1）可提高產(chǎn)品的成形性。 （2）可增加產(chǎn)品的強度。 （3）可防止產(chǎn)品變形。 圖5-12為圓角設(shè)計示意圖。 v第五章 高分子材料成形 圖5-12 圓角的設(shè)計產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形205.2.4 塑料制品的結(jié)構(gòu)工藝性 5.加強肋和角板 加強肋和角板能有效增加產(chǎn)品的剛性與強度。 6.嵌件 在塑料產(chǎn)品設(shè)計時，可采用各種形狀和材質(zhì)的嵌件，其中金屬嵌件應(yīng)用最廣，圖5-13為常見的金屬嵌件形式。 v第五章 高分子材料成形 圖5-13 常見的金屬嵌件形式產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形215.2.4 塑料制品的結(jié)構(gòu)工藝性 7.分模線 陰模與陽模的

17、接合線稱為分模線（PL），位于產(chǎn)品的外圍。設(shè)計分模線時應(yīng)注意：盡量設(shè)計在不顯眼的位置，以便隱藏產(chǎn)品表面分模線的痕跡；盡量設(shè)計在最外側(cè)的棱邊上，以便清除飛邊；盡量設(shè)計形狀簡潔的分模線，以便提高模具閉合時的配合精度。圖5-14為不同制品的分模線。v第五章 高分子材料成形 圖5-14 分模線產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形225.2.4 塑料制品的結(jié)構(gòu)工藝性 8.孔洞 在塑料制品上開孔洞或者切口可使其與其它零件組合從而得到更多的功能并且更具吸引力。圖5-15為孔洞的一般類型。 全孔洞比半孔洞易于加工，使用半孔洞時，其深度以不超過全穿孔銷直徑的兩倍為原則。如要加深半孔洞的深度，則可使用階

18、梯孔。v第五章 高分子材料成形 圖5-15 孔洞的類型產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形235.2.5 塑料在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用 1.工業(yè)設(shè)計中常用的塑料 （1）ABS塑料 （2）聚丙烯塑料（PP） （3）聚乙烯塑料（PE） （4）聚碳酸脂塑料（PC） （5）聚氯乙烯塑料（PVC） （6）聚苯乙烯塑料（PS） （7）酚醛塑料（PF） ：俗稱“電木” （8）聚酰胺塑料（PA） ：俗稱“尼龍” （9）脲醛塑料（UF） ：俗稱“電玉” （10）三聚氰胺甲醛塑料（MF） （11）聚甲基丙烯酸甲酯塑料（PMMA）：俗稱“有機玻璃” （12）泡沫塑料 v第五章 高分子材料成形 產(chǎn)品造型材料與工藝

19、 第五章 高分子材料極其成形245.2.5 塑料在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用 2.塑料應(yīng)用實例 （1）硅樹脂燈v第五章 高分子材料成形 由意大利設(shè)計師Luca Nichetto & Carlo Tinti于2005年為Casamania公司設(shè)計。這款名為Jerry的燈，是一種可最大程度滿足多樣化需求的多功能燈，既可作為臺燈使用，也可懸掛甚至可以鉤吊在其它物體上。這種燈由不易損壞的硅樹脂制成，質(zhì)地柔軟，卻又能保證在敲擊或者掉落時不會損壞。這種材料還具有優(yōu)良力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，無放射性，是一種安全的環(huán)保型材料。圖5-16為硅樹脂燈。圖5-16 硅樹脂燈產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形255.

20、2.5 塑料在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用 2.塑料應(yīng)用實例 （2）陳列架v第五章 高分子材料成形 由Sean Yoo 于2005年為Casamania公司設(shè)計。該陳列架或書架選用可發(fā)性聚丙烯為原料制作而成，產(chǎn)品有著數(shù)不清的用途，但是乍看之下都不顯而易見。不規(guī)則的線條融合了古羅馬的石匠技藝，從風(fēng)格上、材料上和功能上來看，都不失為一種現(xiàn)代化的物品。圖5-17為陳列架。 圖5-17 陳列架產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形265.2.5 塑料在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用 2.塑料應(yīng)用實例 （3）“海騰”茶桌v第五章 高分子材料成形 由瑞典設(shè)計師Ehlen Johansson 1992年為IKEA（宜家）設(shè)計

21、。該公司以生產(chǎn)價廉物美的產(chǎn)品而名揚天下。該桌子的桌面可以拿下來做盤子使用，桌面放在一個鼓形的盛物用具上，用戶可自己拼裝。桌面像一個花盆，“蓋”在上，“盆”在下，均由熱熔成型的脫模丙烯酸樹脂制作而成，有藍(lán)色和紅色兩種。桌腿末端裝有塑料滑塊，以防桌子移動時鋁制桌腿損傷地面。圖5-18為“海騰”茶桌。圖5-18 “海騰”茶桌產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形275.2.5 塑料在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用 2.塑料應(yīng)用實例 （4）“平”碗v第五章 高分子材料成形 該產(chǎn)品由意大利設(shè)計師Marco Susani和Mario Trimarchi于1996年設(shè)計，是21世紀(jì)“零系列”設(shè)計中的一件作品。非常

22、薄的、透明的、沒有折痕的聚丙烯材料可以互相插接，最后成為一只碗，如圖5-19所示。 圖5-19 “平”碗產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形285.2.5 塑料在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用 2.塑料應(yīng)用實例 （5）Mayday便攜式電燈v第五章 高分子材料成形 由Konstantin Grcic于1998年為Flos Spa公司設(shè)計，作為德國著名的工業(yè)設(shè)計師，Konstantin Grcic已經(jīng)為多家歐洲著名設(shè)計公司設(shè)計了家具、產(chǎn)品、燈飾等。這款由聚乙烯制作而成的便攜式電燈簡潔、精致，以人的術(shù)語來界定功能，將常規(guī)與值得思考的思想敏銳性、幽默結(jié)合在一起。圖5-20為便攜式電燈。 圖5-20 便攜

23、式電燈產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形295.2.5 塑料在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用 2.塑料應(yīng)用實例 （6）托盤v第五章 高分子材料成形 由Michael Young Studio于2001年為Magis Sri公司設(shè)計，如圖5-21所示。該托盤由空注模壓塑料和不銹鋼制作而成，Magis公司對空氣制模技術(shù)的不斷探索使得這個盤子的設(shè)計得以實現(xiàn)。因為制模氣流非常復(fù)雜，而且十分平坦的托盤表面只有3mm厚，還需要有一個強有力的彈簧構(gòu)件在托盤支架打開或折疊時將支架固定，因此產(chǎn)品在這方面的設(shè)計特別成功。 圖5-21 托盤產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形305.2.5 塑料在工業(yè)設(shè)計中

24、的應(yīng)用 2.塑料應(yīng)用實例 （7）“令人驚異”花瓶v第五章 高分子材料成形 由荷蘭設(shè)計師John Bakemans于1992年設(shè)計，如圖5-22所示。該花瓶的瓶身和底座是兩個可疊放的獨立部件，錐形瓶身是用熱塑性塑料注塑而成，底座用的是同一材料，也是注塑而成?；ㄆ靠谌彳?，可翻卷成各種形狀 。圖5-22 “令人驚異”花瓶產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形315.2.5 塑料在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用 2.塑料應(yīng)用實例 （8） Speedo劃水監(jiān)測器v第五章 高分子材料成形 由Fred Bould設(shè)計的Speedo劃水監(jiān)測器是Storke Digital體育用品公司1997年為Speedo制造的，

25、該劃水監(jiān)測器是先進(jìn)的訓(xùn)練工具，它對游泳性能作出瞬間的定量反饋。這些監(jiān)測器只是游泳訓(xùn)練設(shè)備，能自動記錄下劃動的次數(shù)和提供有意義的數(shù)量反饋，監(jiān)測器模仿手表的外觀設(shè)計。監(jiān)測器的表框由ABS注塑而成，透明的丙烯酸透鏡用超聲波焊接到表框上，表帶則由聚亞胺酯注塑而成。圖5-23為Speedo劃水監(jiān)測器。 圖5-23 Speedo劃水監(jiān)測器產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形325.2.5 塑料在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用 2.塑料應(yīng)用實例 （9） Eko Snow-Comet 120滑雪車v第五章 高分子材料成形 此項產(chǎn)品的設(shè)計師和制造商建立起了一個色彩斑斕、價格便宜的兒童塑料產(chǎn)品系列，包括了簡單的雪撬、

26、滑雪板、滑雪標(biāo)桿和鏟等。該產(chǎn)品除了金屬的制動把手和方向桿之外，所有的部件都是由聚乙烯制成的，這種可轉(zhuǎn)向的系列滑雪車可在直線或者彎曲的賽道上安全、有效地進(jìn)行，大人和兒童都可以乘坐它們。圖5-24為Eko Snow-Comet 120滑雪車。 圖5-24 Eko Snow-Comet 120滑雪車產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形335.2.5 塑料在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用 2.塑料應(yīng)用實例 （10）圓桌v第五章 高分子材料成形 由法國設(shè)計師Christophe Pille 設(shè)計，該設(shè)計師自1988年為“孟菲斯”設(shè)計一款燈飾以來一直都很活躍。在設(shè)計這款桌子時，他大膽地將金屬與高溫生成的塑料結(jié)

27、合在一起，這種稱作聚碳酸酯的塑料產(chǎn)生一種猶如雕花玻璃般的半透明效果，如圖5-25所示。 圖5-25 圓桌產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形345.3 橡膠極其成形工藝5.3.1 橡膠概述 橡膠是具有高彈性的高分子材料，亦被稱為彈性體。橡膠在工業(yè)設(shè)計上的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，不僅可制作輪胎、密封件、減震片、防震件等，還常用于制作輸送帶、電纜以及電線的外絕緣材料。 。 1.常用橡膠的分類 （1）按其來源可分為天然橡膠和合成橡膠 （2）按使用范圍可分為通用橡膠和特種橡膠。 （3）根據(jù)橡膠的物理形態(tài)可分為生橡膠、軟橡膠、硬橡膠、混煉膠和再生膠 2. 橡膠的特性 （1）高彈性 （2）粘彈性 （3）電

28、絕緣性 （4）導(dǎo)熱性 v第五章 高分子材料成形 產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形355.3 橡膠極其成形工藝5.3.1 橡膠概述 2. 橡膠的特性 （5）可燃性 （6）溫度依賴性 （7）具有老化現(xiàn)象 （8）必須硫化5.3.2 橡膠的成形 橡膠的成形加工是用生膠和各種配合劑，通過煉膠機混煉而成混煉膠（又稱膠料），再根據(jù)需要加入能保持制品形狀和提高其強度的各種骨架材料，混合均勻后置于一定形狀的模具中，經(jīng)加熱、加壓（即硫化處理）獲得所需形狀和性能的橡膠制品。 橡膠的成形方法與塑料成形方法類似，主要有注射成形、壓制成形、擠出成形和壓延成形等。 v第五章 高分子材料成形 產(chǎn)品造型材料與工藝

29、 第五章 高分子材料極其成形365.3 橡膠極其成形工藝5.3.2 橡膠的成形 1. 注射成形 注射成形又稱注壓成形，是利用注射機的壓力，將預(yù)加熱成塑性狀態(tài)的膠料通過注壓模的澆注系統(tǒng)注入模具型腔中硫化定型的方法。 橡膠注射成形設(shè)備有螺桿式注射和柱塞式注射兩種，圖5-26為螺桿式注射裝置示意圖。 v第五章 高分子材料成形 圖5-26 螺桿式注射裝置產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形375.3 橡膠極其成形工藝5.3.2 橡膠的成形 2. 壓制成形 壓制成形是將經(jīng)過塑煉和混煉預(yù)先壓延好的橡膠坯料，按一定規(guī)格和形狀下料后，加入到壓制模中，合模后在液壓機上按規(guī)定的工藝條件進(jìn)行壓制，使膠料在

30、受熱受壓下以塑性流動充滿型腔，經(jīng)過一定時間完成硫化，再進(jìn)行脫模、清理毛邊，最后檢驗得到所需制品的成形方法。該方法模具結(jié)構(gòu)簡單、通用性強、實用性廣，操作方便，是橡膠制品生產(chǎn)中應(yīng)用最早而又最廣泛的加工方法 v第五章 高分子材料成形 產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形385.3 橡膠極其成形工藝5.3.2 橡膠的成形 3. 擠出成形 又稱壓出成形，是橡膠制品生產(chǎn)中的一種基本成形方法。是將在擠出機中預(yù)熱與塑化后的膠料，通過螺桿的旋轉(zhuǎn)，使膠料不斷推進(jìn)，在螺桿尖和機筒筒壁的強大的擠壓力下，擠壓出各種斷面形狀的橡膠型材半成品的加工方法。圖5-27所示為擠出機及擠出機頭示意圖。 v第五章 高分子材

31、料成形 圖5-27擠出機及擠出機頭示意圖產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形395.3 橡膠極其成形工藝5.3.2 橡膠的成形 4. 壓鑄成形 v第五章 高分子材料成形 圖5-26 壓鑄成形示意圖 又稱傳遞法成形或擠膠法成形，是將混煉過的、形狀簡單的、限量的膠條或膠塊半成品放入壓鑄模的型腔中，通過壓鑄塞的壓力擠壓膠料，并使膠料通過澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔中硫化定型的方法。壓鑄成形適用于制作普通壓制成形不易壓制的薄壁、細(xì)長制品以及形狀復(fù)雜難于加料的橡膠制品，所生產(chǎn)的制品致密性好，質(zhì)量優(yōu)越。圖5-28為壓鑄成形示意圖。產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形405.3 橡膠極其成形工藝

32、5.3.3 橡膠的加工 橡膠加工基本過程包括塑煉、混煉、壓延或擠出、成形和硫化等基本工序，每個工序針對制品有不同的要求，分別配合以若干輔助操作。 1. 塑煉 將橡膠生膠在機械力、熱、氧等作用下，從強韌的彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳浂哂锌伤苄缘臓顟B(tài)，即增加其可塑性（流動性）的工藝過程稱為塑煉。 2. 塑煉 混煉是將塑煉膠或已具有一定可塑性的生膠，與各種配合劑經(jīng)機械作用使之均勻混合的工藝過程。 3. 壓延與壓出 4. 成形 根據(jù)制品的形狀把壓延或壓出的各種膠片、膠布等裁剪成不同規(guī)格的部件，然后進(jìn)行貼合制成半成品，這一過程被成為橡膠的成形。 5. 硫化 由塑性橡膠轉(zhuǎn)化為彈性或硬質(zhì)橡膠的過程，稱為硫化。 v第

33、五章 高分子材料成形 產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形415.3 橡膠極其成形工藝5.3.4 橡膠制品的結(jié)構(gòu)工藝性 橡膠制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)當(dāng)符合橡膠成形工藝和模具設(shè)計的要求。 1. 脫模斜度 橡膠制品零件的脫模斜度的設(shè)計可參考以下原則：零件的軸向尺寸越大、壁厚越薄、直徑越小，脫模斜度越小。在不影響制品使用的前提下，脫模斜度可設(shè)計的大一些 。 2. 壁厚 為減少橡膠制品的內(nèi)應(yīng)力和收縮變形，制品的壁厚應(yīng)均勻，通常不小于1mm。設(shè)計壁厚時，在確保制品強度要求的前提下，盡可能使壁薄一些，以減輕制品零件的質(zhì)量，減少膠料的消耗。 3. 圓角 橡膠制品各個部分的交接處應(yīng)盡量設(shè)計成圓角，這樣既有

34、利于成形時膠料的流動，又可提高制品模具的使用壽命。 v第五章 高分子材料成形 產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形425.3 橡膠極其成形工藝5.3.4 橡膠制品的結(jié)構(gòu)工藝性 4. 孔 對于各種類型的孔洞，都應(yīng)當(dāng)給定并明確指出脫模斜度的方向和大小。如果不允許有較大的脫模斜度，則應(yīng)注明。 5. 嵌件 6. 文字與圖案 v第五章 高分子材料成形 出于使用功能、工作條件以及工作環(huán)境的需要，橡膠制品中常常鑲有各種不同結(jié)構(gòu)形式和材料的嵌件：如金屬和非金屬嵌件、硬體嵌件和軟體嵌件等，嵌件的結(jié)構(gòu)形式如圖5-29所示。 圖5-29嵌件的結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形435.3

35、.5 橡膠在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用 1.工業(yè)設(shè)計中常用的橡膠 （1）天然橡膠（NR） （2）丁苯橡膠（SBR） （3）順丁橡膠（BR） （4）異戊橡膠（IR） （5）氯丁橡膠（CR） （6）丁基橡膠（IIR） （7）丁晴橡膠（NBR） （8）乙丙橡膠（EPMEPDM） （9）硅橡膠（QR） （10）氟橡膠（FPM） v第五章 高分子材料成形 產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形445.3.5 橡膠在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用 2.橡膠應(yīng)用實例 （1）Molle臺燈 v第五章 高分子材料成形 由法國設(shè)計師Chris-tophe Pillet于1995年設(shè)計的這款燈具應(yīng)用了新技術(shù)，材料是橡膠的。燈具的外

36、觀類似于人的手臂，像手腕那樣靈活。燈罩的透光鏡以乳白色聚碳酸酯塑料熱塑成形，燈體是高密度橡膠成形的，里面裝有金屬膠皮管，如圖5-30所示。 圖5-17 Molle臺燈產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形455.3.5 橡膠在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用 2.橡膠應(yīng)用實例 （2） “Artergo 1”寫字筆v第五章 高分子材料成形 日本設(shè)計師Takahiro Okamoto 嘗試著做了無數(shù)不同形狀和色彩的筆的模型，以適合不同的人、不同的手型和不同的書寫方式?！癆rtergo 1”寫字筆追求最符合人手的造型，這些“Ergo-Boys”都是以廉價的橡膠制成的，形狀盡管多種多樣，但都為藍(lán)色，基座也相同

37、，如圖5-31所示。 圖5-31 “Artergo 1”寫字筆產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形465.3.5 橡膠在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用 2.橡膠應(yīng)用實例 （3）圣色羅椅 v第五章 高分子材料成形 由意大利設(shè)計師Fabrizio Ballardini和Lucio Costanzi設(shè)計，此款椅子外形有趣，結(jié)構(gòu)富于革新，然而卻對藝術(shù)、坐與功能的界限提出了疑問。它的設(shè)計充分利用了橡膠的彈性，椅座本身是一個獨立的直徑為500mm的球體，由兩半橡膠球經(jīng)無毒粘合而成，用乳膠將金屬碎片貼在球體表面，球體還有一個充氣閥門。圖5-32為“圣色羅”椅。 圖5-32 圣色羅椅產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高

38、分子材料極其成形475.3.5 橡膠在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用 2.橡膠應(yīng)用實例 （4）啄木鳥冰斧 v第五章 高分子材料成形 這種硺木鳥冰斧沿用了早期的傳統(tǒng)鍛造工藝，制成冰斧的鋼材和特種纖維通過機械設(shè)備一次加工而成，并能達(dá)到最大強度，無需焊接。冰斧把手7075鋁合金外覆有杜邦的Hypalon（氯磺?；垡蚁┖铣上鹉z），把手處的橡膠覆層是由硫化注塑成形的。編織的尼龍和橡膠帶纏繞在登山者的腰上，防止冰斧脫落。 圖5-33 啄木鳥冰斧產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形485.3.5 橡膠在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用 2.橡膠應(yīng)用實例 （5） MaxGlo網(wǎng)球v第五章 高分子材料成形 由Dunlop公司開發(fā)設(shè)計這種網(wǎng)球由14種不同的成分組成，選用馬來西亞進(jìn)口的純正、高質(zhì)量的橡膠原料，橡膠殼體的邊緣被打磨光整后，在其上涂上一種橡膠液，然后將這種半球形的橡膠殼體硫化，或在壓型機中被加熱加壓而彼此封合。圖5-34為MaxGlo網(wǎng)球。 圖5-34 MaxGlo網(wǎng)球產(chǎn)品造型材料與工藝 第五章 高分子材料極其成形49