中性筆設(shè)計(jì)報(bào)告

1、中性筆設(shè)計(jì)目錄  1 防滑圈 . 41.1選材 . 4 1.2加工 . 62 膠墊 . 7 2.1選材 . 72.2加工方法 . 7 3 筆芯 .7 3.1選材 . 73.2加工方法 . 83.3其他部分 . 113.4組裝方式 . 124 筆桿與筆帽 . 124.1材料選擇 . 124.2配方設(shè)計(jì) . 144.3加工成型過(guò)程 . 144.4模具設(shè)計(jì)要點(diǎn) . 175 外包裝設(shè)計(jì) . 175.1材料選擇 . 175.2配方設(shè)計(jì) . 185.3加工成型過(guò)程 .

2、 196 成本計(jì)算 . 257 結(jié)語(yǔ) . 19參考文獻(xiàn) . 22 致謝 . 231 防滑圈1.1選材1.1.1樹(shù)脂為了提高中性筆的握持手感，在中性筆桿上手持的位置包覆一層彈性材料，既美觀又實(shí)用。這種彈性材料被要求有如下性質(zhì)：1、常溫下保持橡膠態(tài)（具有一定的高彈性）；2、有一定的耐腐蝕性（考慮到握持時(shí)出汗對(duì)橡膠性能的影響）同時(shí)，考慮到加工難易程度與回收利用的難易程度，我們決定選用熱塑性彈性材料。現(xiàn)在市面上用作中性筆防滑膠圈比較成熟的材料是SBS樹(shù)脂。由于苯乙烯相中有物理交聯(lián)點(diǎn)，SBS樹(shù)脂在常溫下具有橡膠的彈性，而高溫的時(shí)候又能熔融流動(dòng)。因此，SBS可以作為制作防滑膠

3、圈的材料。SBS樹(shù)脂有線型與星型兩種不同的結(jié)構(gòu)，同時(shí)根據(jù)丁二烯和苯乙烯質(zhì)量比的不同以及是否充油都對(duì)樹(shù)脂的性能有影響。相比于線型SBS樹(shù)脂，星型SBS相對(duì)分子量高，物理交聯(lián)密度大，耐熱性更好彈性模量更好。在此我們選擇星型SBS樹(shù)脂。充油可以提高SBS的流動(dòng)性，耐曲撓性，增加回彈性，但是會(huì)使硬度，抗張強(qiáng)度和耐磨性下降。往往根據(jù)材料所需的性能靈活的選擇是否填充油品。 圖一、SBS樣品基本特征 圖二、SBS樣品性能對(duì)比由于中性筆使用環(huán)境較為單一，對(duì)物理性能并無(wú)特別的要求，處于提高加工性能的因素，我們選擇充油星型SBS樹(shù)脂為原料。我們最后選擇使用巴陵石化生產(chǎn)的YH-805 SBS擠出級(jí)樹(shù)脂。（16800

4、元/噸）1.1.2 添加劑填充劑：有機(jī)填充劑通用級(jí)聚苯乙烯，對(duì)SBS的性能有如下影響（SBS為100份）圖三、PS對(duì)SBS性能的影響如圖可知，隨著PS的增加，張強(qiáng)度變化不明顯，拉斷伸長(zhǎng)率下降,硬度有明顯變化?？梢酝ㄟ^(guò)加入PS來(lái)調(diào)節(jié)SBS樹(shù)脂的硬度，在產(chǎn)品體驗(yàn)上對(duì)手感有影響。無(wú)機(jī)填充劑為了降低成本，增加尺寸穩(wěn)定性，可以加入無(wú)機(jī)填充劑，常用的有二氧化硅或者碳酸鈣。處于價(jià)格上的考量，我們選擇較為便宜的輕質(zhì)碳酸鈣。碳酸鈣對(duì)SBS性能的影響如下圖圖四、碳酸鈣對(duì)SBS性能的影響防老劑由于SBS樹(shù)脂中含有較多的雙鍵，在加工與使用時(shí)容易被氧化降解，因此需要添加防老劑。常用的有抗氧劑264、1076、168等。

5、（由于防滑膠圈并不需要透明，可以不加入紫外線吸收劑）隔離劑（脫模劑）由于SBS是良好的熱熔型粘合劑，為了方式加工時(shí)與模具粘連，需要加入一定的隔離劑，常用的有硬脂酸或硬脂酸鹽，用量一般為0.20.3%。染色劑避免可熔性染色劑，橡膠和塑料常用的染色劑都能滿足需求。1.1.3配方材料份數(shù)YH-805 SBS100聚苯乙烯20碳酸鈣30抗氧劑 10760.10.5硬脂酸0.20.31.2加工1.2.1工藝選擇：注塑成型混合加熱塑化合模注射保壓冷卻脫模1.2.2具體操作混合：有干法混合，擠出混合與蜜煉混合三種形式，在此推薦使用高強(qiáng)度捏合機(jī)和雙螺桿擠出機(jī)聯(lián)用的方法連續(xù)擠出。在此要注意高強(qiáng)度捏合機(jī)攪拌時(shí)間不

6、能過(guò)長(zhǎng)，避免SBS熔化造成物料粘連。雙螺桿擠出機(jī)各段溫度如下加料段190 210 熔融段170 200 均化段160 180 機(jī)頭及口模130 150 上述溫度需在實(shí)際操作中受SBS流動(dòng)性，添加劑與螺桿種類不同的影響，應(yīng)當(dāng)按具體情況調(diào)節(jié)。加熱塑化：可以使用普通的塑料注射機(jī)即往復(fù)式螺桿注射機(jī)。將混合后的SBS顆粒通過(guò)料斗送入注射機(jī)中，經(jīng)加熱熔化呈現(xiàn)流動(dòng)態(tài)。注塑成型：當(dāng)熔化夠12h的用量，經(jīng)螺桿的推動(dòng)下，通過(guò)噴嘴迅速的充滿模具。在這個(gè)過(guò)程中要注意控制溫度避免過(guò)熱降解或者過(guò)低導(dǎo)致充模不滿。具體控制參數(shù)如下螺桿進(jìn)料段130150 中間段150170 噴嘴160180 注射壓力2.03.0MPa注射時(shí)間

7、35s保壓時(shí)間13s脫模溫度1060保壓時(shí)間視冷卻方法決定2 膠墊2.1 選材：硅橡膠2.2 加工方法圖五、硅膠的生產(chǎn)方法制作筆蓋中的膠墊，我們選擇在老化時(shí)將硅膠注入符合形狀的模具即可制得符合要求的硅膠膠墊。3 筆芯3.1 選材3.1.1樹(shù)脂由于筆芯使用環(huán)境極其簡(jiǎn)單，對(duì)于力學(xué)性能與熱穩(wěn)定性并無(wú)特殊的要求。從方便使用者觀察剩余墨量，筆芯應(yīng)當(dāng)透明且在使用過(guò)程中不易老化變色。同時(shí)處于對(duì)成本的控制，我們決定選擇聚丙烯作為筆芯的材料。PP中光學(xué)性能最好的是茂金屬催化的無(wú)規(guī)共聚聚丙烯，但是這種聚丙烯的產(chǎn)量很少、價(jià)格較貴，我們選擇普通的無(wú)規(guī)共聚聚丙烯加入成核劑的方法來(lái)達(dá)到我們所需要的性能。3.1.2 成核劑

8、PP的結(jié)晶機(jī)理有均相成核和異相成核兩種，通過(guò)加入成核劑可以使PP原有的均相成核變成異相成核，增加晶核數(shù)目從而使微晶數(shù)量增多，從而使晶體尺寸變細(xì)，提高其透光率，增加折光指數(shù)。在此我們選擇美國(guó)Miliken公司生產(chǎn)的Milad 3988(3 , 4-二甲基二亞節(jié)基山梨醇)，成核劑用量為0.2-0.4/100份PP。3.1.3 穩(wěn)定劑雖然對(duì)筆芯的力學(xué)性能沒(méi)有特別要求，但是為了防止聚丙烯變性或者降解帶來(lái)的使用過(guò)程中的不良影響，在此我們選擇加入抗氧化劑和紫外光吸收劑?？寡趸瘎┖妥贤夤馕談┛梢源_保產(chǎn)品在使用過(guò)程中降解老化減慢甚至停滯，延長(zhǎng)使用時(shí)間。聚丙烯最敏感的紫外光波長(zhǎng)為310微米，因此我們選擇紫外光

9、吸收劑的時(shí)候應(yīng)當(dāng)選擇在這個(gè)波長(zhǎng)吸收較好的。3.1.4 配方成分及牌號(hào)供應(yīng)商價(jià)格配方無(wú)規(guī)PPM800e上海天源化工有限公司9300塊/噸100成核劑3998美利肯化學(xué)公司13元KG0.3抗氧化劑1010東莞市常平昱信塑化經(jīng)營(yíng)部35元/KG0.5紫外光吸收劑UV 310天津中信凱泰化工有限公司  110元/KG0.153.2 加工3.2.1 工藝選擇：擠出成型由于筆芯為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的管材，且用量大，對(duì)精度要求不高，因此選用生產(chǎn)效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉的擠出成型?；旌霞訜崴芑谀D出牽引拉伸冷卻切割3.2.2 具體操作原料準(zhǔn)備PP對(duì)水不敏感且不易吸水，一般情況下不需要進(jìn)行干燥處理。

10、為了使助劑和PP更好地混合，我們采用混合效率較高的高速混合機(jī)對(duì)原料進(jìn)行混合，投入各物料助劑大概混合8-10min即得到充分混合的原料。下面是常見(jiàn)的高速混合機(jī)的示意圖。圖六、高速混合機(jī)加熱塑化使用單螺桿擠出機(jī)，我們選擇使用SJ55/28單螺桿塑料擠出機(jī)，下面是該型號(hào)擠出機(jī)的市售產(chǎn)品參數(shù):適用原料：PP類別：管材擠出機(jī)螺桿數(shù)：?jiǎn)温輻U作用類型：連續(xù)擠出自動(dòng)化：非自動(dòng)化定位精度：0.01mm型號(hào)：SJ55/28電動(dòng)機(jī)功率：22kw商標(biāo)：飛鴿友聯(lián)/Faygo最大擠出直徑：50mm產(chǎn)量：60kg/H螺桿直徑：55mm設(shè)備各部分參數(shù)：（此處為參考）螺桿：材質(zhì)38CrMoAIA滲氮處理直徑55mm長(zhǎng)徑比28：

11、1形式PP專用材質(zhì)38CrMoAIA滲氮處理形式進(jìn)料段配F推進(jìn)槽產(chǎn)能棉簽棒15萬(wàn)支小時(shí)飲料吸管7萬(wàn)支小時(shí)筆芯5萬(wàn)支小時(shí)糖果棒6萬(wàn)支/小時(shí)原料品種PP，PE，PS 料筒：擠出機(jī)各段溫度：加料段150-160熔融段170-180均化段200-220口模擠出口模：這里我們選用直通式口模結(jié)構(gòu)，通過(guò)機(jī)頭將熔體均勻而平穩(wěn)地導(dǎo)入口模，通過(guò)芯模和口模來(lái)確定管材形狀和內(nèi)外徑。下面是設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)部分：A管材的口模結(jié)構(gòu)圖七、直通式機(jī)頭1-機(jī)頭法蘭；2-機(jī)頭連接圈；3-分流器及其支架；4-壓縮空氣；5-機(jī)頭體；6-調(diào)節(jié)螺栓；7-口模；8-口模壓圈；9-芯模；10-電熱圈本品的尺寸為，外徑（直徑,后同）：0.5cm 內(nèi)

12、徑：0.34cm 壁厚0.4cm牽引拉伸牽引使管材有一定的取向，提高縱向力學(xué)性能，同時(shí)減少了因擠出速度不均而導(dǎo)致的徑向不均勻，控制牽引速度還可以起到控制筆芯管直徑的作用。常用的牽引裝置有滾輪牽引和皮帶牽引兩種方式，速度由變頻調(diào)速控制，牽引速度5200米/分鐘（參考范圍，根據(jù)已有的設(shè)備來(lái)確定，具體根據(jù)實(shí)際操作紙樣制作來(lái)確定），對(duì)于我們這款筆芯而言，由于壁徑較厚，因而選用較小的牽引速度。如果需要在筆芯管上涂有印花之類的裝飾，可以在此基礎(chǔ)上裝置印字設(shè)備。冷卻熔體經(jīng)過(guò)口模確定形狀后需要通過(guò)冷卻來(lái)固定形狀，由于真空法常使用于結(jié)晶性塑料管材的定型，因此在這里我們采用真空法來(lái)冷卻定型得到的擠出熔體。要注意的

13、是，冷卻速度不可太慢，否則PP結(jié)晶度過(guò)高，管的透明性和韌性太差，另一方面過(guò)慢冷卻使得生產(chǎn)連續(xù)性低，設(shè)備使用率降低?？紤]可使用浸水式真空定徑冷卻方式，查閱資料得知這種方法便于調(diào)節(jié)，對(duì)于成型溫度控制方便，因而選用這種方法。圖八、外真空定型裝置1口模；2-定徑套；3-冷卻水槽；4-管狀制品 切割擠出的管材，按照筆芯所需長(zhǎng)度進(jìn)行切割3.3 其他部分3.3.1 筆頭是金屬制品，由于筆頭生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、利潤(rùn)低、設(shè)備原料成本收回周期長(zhǎng)，采用直接購(gòu)買獲得，在阿里巴巴上查詢綜合考慮價(jià)格采購(gòu)率可采用義烏市小米制筆廠的進(jìn)口670筆頭，均價(jià)0.054￥/個(gè)。3.3.2 油墨目前我國(guó)油墨主要依賴進(jìn)口，進(jìn)口價(jià)格大約在1.2

14、萬(wàn)美元/噸3.3.3 尾封油對(duì)筆管中的墨水密封，防止蒸發(fā)或倒流，并隨書(shū)寫(xiě)過(guò)程墨水因減少而隨動(dòng)跟進(jìn)密封。需要滿足以下條件：與中性墨水互不相溶，界面清晰，方便判斷剩余量；無(wú)氣泡，抗蒸發(fā)；高低溫穩(wěn)定性好，隨動(dòng)觸變流動(dòng)性佳，掛壁要少，確保隨著油墨運(yùn)動(dòng)直到用完。常用的尾封油材料為鋰基酯，市面上售賣的型號(hào)與性能如下： 圖九、市場(chǎng)中尾塞油型號(hào) 圖十、各個(gè)型號(hào)的性能決定選擇BD-1210型號(hào)的鋰基酯做為尾塞油，根據(jù)具體的筆頭筆管直徑即可確定具體的尾油型號(hào)，咨詢銷售人員得成本約為為40元/千克。3.4 組裝方式：通常采用注射的方式先將油墨注入筆芯管，達(dá)到規(guī)定注射量后注入適量密封油，手工裝上筆芯頭，即可完成筆芯制

15、作。4 筆桿與筆帽4.1 選材4.1.1 樹(shù)脂我們依然選擇透明聚丙烯作為筆桿與筆帽的材料。因?yàn)槭褂铆h(huán)境簡(jiǎn)單，有很多樹(shù)脂如PET、PVC、PS都可以滿足材料性能上的需求，因此我們從三個(gè)方面對(duì)材料進(jìn)行選擇：透明度、加工難易程度、價(jià)格。其中透明PP綜合性能好，質(zhì)輕價(jià)廉，阻濕，可回收。與其他材料對(duì)比有如下優(yōu)勢(shì)：PETPP更便宜，阻濕性能好，熱穩(wěn)定性好PSPP價(jià)格便宜，耐沖擊，阻濕性能好，加工性能好，柔韌性好PVCPP無(wú)毒，可回收，抗化學(xué)腐蝕性能好4.1.2 成核劑筆桿與筆帽同樣需要有一定的透光度，因此同樣需要加入成核劑，我們繼續(xù)使用Miliken公司生產(chǎn)的Milad 3988，成核劑用量仍然為0.2-

16、0.4/100份PP4.1.3 分散劑加入分散劑的作用是使成核劑能充分均勻的粘附在PP基料表面，起到較好的預(yù)分散作用，有助于提高制品的性能與質(zhì)量。4.1.4 抗氧劑提高透明PP的抗氧化性，在加工與使用的過(guò)程中不容易因?yàn)榻到舛绊懲该鞫燃爸破返男阅?。雖然中性筆對(duì)性能要求較低，有些許的降解并不會(huì)影響實(shí)際的使用，但是因?yàn)檠趸瘜?dǎo)致產(chǎn)品透明度下降而使產(chǎn)品的美觀度受到影響會(huì)影響產(chǎn)品的銷售與使用。聚丙烯的老化受到：光、熱、熱氧與催化劑殘留的影響，催化劑是否有殘留取決于購(gòu)買的樹(shù)脂的質(zhì)量，在這里我們默認(rèn)樹(shù)脂為合格品，不存在，或者催化劑殘留在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，對(duì)產(chǎn)品性能的影響忽略不計(jì)。本小節(jié)先討論氧對(duì)于老化的影響及應(yīng)

17、對(duì)辦法。聚合物的老化機(jī)理與氧化降解相同，是具有鏈引發(fā)、鏈傳遞、鏈終止過(guò)程的完整的連鎖反應(yīng)。氧化反應(yīng)的根本是烷基自由基、烷氧自由基，過(guò)氧自由基與氫氧化物?？寡鮿┑淖饔迷谟谧柚咕郾┳詣?dòng)氧化鏈反應(yīng)的進(jìn)行，或者阻止自由基的傳遞，使之變?yōu)榉€(wěn)定的聚合物。有理論認(rèn)為在氧氣環(huán)境中，聚合物烷基自由基極易氧化成為過(guò)氧自由基，因此，抗氧劑作用的核心機(jī)理就是捕獲過(guò)氧自由基。抗氧劑分為兩類：一類是捕獲過(guò)氧自由基的主抗氧劑；另一類是分解過(guò)氧化物的輔助抗氧劑。目前常用的抗氧劑有受阻酚類抗氧劑，亞磷酸酯類抗氧劑、硫酯類抗氧劑。其中使用最為廣泛的是受阻酚類抗氧劑，主要產(chǎn)品有1010和1076。在聚丙烯材料中加入受阻酚類抗氧劑

18、，為氧提供了一個(gè)更活潑的反應(yīng)物質(zhì)，二者形成酚氧自由基，這使聚合物相對(duì)穩(wěn)定，不會(huì)進(jìn)一步發(fā)生氧化；同時(shí)，生成的酚氧自由基壽命較長(zhǎng)，且可以再次捕捉自由基，發(fā)生鏈終止反應(yīng)。亞磷酸酯類抗氧劑可以分解過(guò)氧化物，與其他氧化劑之間有很好的協(xié)同效應(yīng)，同時(shí)賦予材料一定的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性。主要用作輔助抗氧劑，其中Irgafos168常和1010或1076復(fù)合使用，有良好的協(xié)調(diào)作用。在此，我們選擇1010與168復(fù)合的抗氧劑?？寡鮿┑募尤肓坎怀^(guò)0.4份/100份PP4.1.5 光穩(wěn)定劑避免在光照下發(fā)生的老化與降解，在這里使用與筆芯相同的紫外光吸收劑。同樣選擇在聚丙烯最敏感的310微米波長(zhǎng)段有較好吸收的UV310.

19、4.1.6 染色劑為了產(chǎn)品看起來(lái)更加美觀，我們選擇在筆帽的加工上加入炭黑作為染色劑。炭黑還具有一定的紫外吸收作用，可以增加光穩(wěn)定性。4.1.7 脫模劑由于脫模劑會(huì)影響表面光滑度，我們選擇不使用脫模劑。4.2配方無(wú)規(guī)共聚PPM800E100（份）成核劑Milad 39880.20.4分散劑NF-100.10.3抗氧劑10100.020.04輔助抗氧劑1680.010.02光穩(wěn)定劑UV 3100.10.24.3 加工由于筆帽與筆桿是具有一定復(fù)雜結(jié)構(gòu)的小型制品，在這里我們選擇一模多腔的注塑成型。加料加熱塑化合模注射充模保壓冷卻開(kāi)模取出制品4.3.1 具體操作原料準(zhǔn)備混合首先，采取高速混合機(jī)對(duì)原料進(jìn)行

20、混合，原理與設(shè)備圖與外包裝和防滑套類似，在此不再贅述。加熱擠出使用普通的塑料螺桿注射機(jī)即可，將高速混合機(jī)出來(lái)的原料從料斗加入螺桿注射機(jī)進(jìn)行加熱熔融塑化。由于無(wú)規(guī)透明聚丙烯的光學(xué)性能對(duì)溫度比較敏感工性能。加工溫度不足時(shí)塑化效果不好，會(huì)影響制品的光澤度，加工溫度過(guò)高不利于晶核的形成，不僅影響透明度，還會(huì)使制品發(fā)黃。一般PP的最佳加工溫度選擇在220230。因此需要控制均化段與噴嘴處溫度在此范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)溫度如下進(jìn)料段170190熔融段190220均化段210230噴嘴220230合模：合模機(jī)構(gòu)就選擇普通的液壓式合模機(jī)構(gòu)。注射充模模具溫度模具溫度會(huì)影響制品表面光澤度與透光率。高的模具溫度有利于熔體的流

21、動(dòng)充模，可以獲得較高的表面光澤度，但是不利于晶核的形成，會(huì)降低透光率。而低的模具溫度可以提高冷卻速度，有利于細(xì)小結(jié)晶的形成，提高透明度，但是會(huì)降低表面光澤度。當(dāng)模具溫度過(guò)低時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)充模不完全，或者產(chǎn)生氣泡、空隙等缺陷。在此我們選擇5060作為模具溫度。圖十一、模具溫度與光學(xué)性能的關(guān)系注塑壓力注塑壓力高的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致透光度下降，因?yàn)楦咦⑺軌毫υ诹鹘?jīng)噴嘴與充模的時(shí)候因剪切作用發(fā)生大分子取向，會(huì)誘發(fā)晶體生長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致透光度下降，同時(shí)由于高注塑壓力帶來(lái)的高剪切會(huì)降低熔體的粘度，提高壓力可以提高表面光滑度。在筆桿與筆帽的加工過(guò)程中選擇較低的注塑壓力。圖十二、注塑壓力與光學(xué)性能的關(guān)系注射速度影響與壓力類似

22、，高的注射速度會(huì)帶來(lái)大分子取向，對(duì)透光率有不良的影響。保壓保壓過(guò)程是熔體注射完成后給予施加一定的壓力，起到防止熔體倒流和補(bǔ)料的作用。保壓壓力對(duì)制品收縮率，質(zhì)量和厚度有影響，隨著保壓壓力的增加，收縮率減小，厚度和質(zhì)量逐漸增加。這是由于保壓過(guò)程中存在補(bǔ)料的現(xiàn)象。保壓壓力對(duì)力學(xué)性能有影響，隨著保壓壓力的增加力學(xué)性能先增加后減小，這是由于保壓壓力較低時(shí)，模腔內(nèi)熔體得不到充分的補(bǔ)料，而且注射結(jié)束會(huì)可能存在熔體倒流。試片密度低且容易產(chǎn)生不穩(wěn)定的缺陷，這些缺陷會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中從而降低力學(xué)性能。隨著保壓壓力的升高，內(nèi)部缺陷不斷減少，增加了熔體凝固的過(guò)冷程度，使結(jié)晶速率加快，從而提高力學(xué)性能。當(dāng)壓力到達(dá)一定程度之

23、后，補(bǔ)料程度已經(jīng)完全，繼續(xù)提高壓力會(huì)使分子發(fā)生取向，從而產(chǎn)生力學(xué)薄弱點(diǎn)，有降低了性能。圖十三、保壓壓力與力學(xué)性能的關(guān)系在此我們選擇4MP左右的保壓壓力。冷卻由于制品較小，可以考慮采取自然冷卻的方法。脫模由于材料為聚丙烯，有良好的伸長(zhǎng)性與柔韌性，且有螺紋與分型面的存在，故采用強(qiáng)制脫模方式脫模。又因?yàn)楣P管與筆帽為薄壁制品，故采取推板推出的脫模方式。4.4 模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)首先由于產(chǎn)品是小制品，因此采用一模多腔的模具設(shè)計(jì)；其次，由于產(chǎn)品外觀透明，光滑，因此將澆口可以設(shè)置在螺紋的連接處，同時(shí)為了避免熔接痕的出現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)從螺紋的連接處以空心圓柱的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)料5 外包裝5.1 選材5.1.1 樹(shù)脂選用PVC作為

24、外包裝使用的材料，由于外包裝需要經(jīng)過(guò)壓延，吸塑兩次成型，聚氯乙烯有良好的壓延加工性能，可以滿足制作外包裝的需求。5.1.2穩(wěn)定劑外包裝需要經(jīng)過(guò)擠出壓延與熱成型（吸塑成型）兩步進(jìn)行，因擠出壓延工藝流程短,成型溫度高，熔體在機(jī)筒塑化、壓延輥上壓延時(shí)所受剪切壓力大，會(huì)使得聚氯乙烯易分解，采用有機(jī)錫類穩(wěn)定劑。（有機(jī)錫，特別是馬來(lái)酸酯類和硫醇類有機(jī)錫，是一種透明性較好的PVC穩(wěn)定劑，主要在硬質(zhì)透明制品中；金屬皂有透明性，多用在半透明制品中；無(wú)機(jī)鉛鹽不透明，只能用在不透明制品中。本產(chǎn)品為硬質(zhì)透明薄膜因此采用有機(jī)錫類穩(wěn)定劑。）考慮到衛(wèi)生性、相容性、穩(wěn)定性和透明性及PVC熔體流動(dòng)性的影響，我們選用具有以上綜合

25、效果的京錫TVS-8831和美國(guó)生產(chǎn)的有機(jī)錫TM-181FS。為了降低成本還加入少量的環(huán)氧大豆油、亞磷酸-苯二異辛酯、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅作輔助穩(wěn)定劑，同時(shí)也提高了制品抗氧和抗紫外線降解的能力。5.1.3潤(rùn)滑劑在擠出成型出口部分以及壓延成型區(qū)域會(huì)受到很大的壓力，產(chǎn)生大的摩擦力，這時(shí)產(chǎn)生較高的剪切應(yīng)力，容易產(chǎn)生不穩(wěn)定流動(dòng)的現(xiàn)象。配方設(shè)計(jì)除考慮物料凝膠化行為和熔體流動(dòng)以外, 還必須考慮剪切速率范圍, 并合理兼顧流動(dòng)、防粘和塑化時(shí)間三者的關(guān)系。選用適當(dāng)?shù)挠仓嶙鳚?rùn)滑劑，同時(shí)根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)選用硬脂酸鋅、鈣，等備用，以防止物料對(duì)設(shè)備的粘附。5.1.4改性劑為了提高PVC的加工性能和韌性，采用苯乙烯-丁二烯

26、-苯乙烯三元嵌段共聚物，即SBS作為改性劑（抗沖改性劑多用于硬質(zhì)PVC制品加工，以彈性體增韌為基本原理的抗沖改性劑）。例如獨(dú)山子石化的牌號(hào)為T171的SBS改性劑。選用的加工改性劑是丙烯酸醋類。圖十四、SBS改性劑相關(guān)參數(shù)5.1.5增塑劑常采用增塑劑分為主增塑劑、助增塑劑和共增塑劑。主增塑劑中最常用的是鄰苯二甲酸酯類。本工藝以鄰苯二甲酸二（2-乙基己酯）（DOP或DEHP）為主增塑劑。助增塑劑是一類可提供柔性但自身并不符合基本增塑劑要求的添加劑。加入石油衍生物可降低成本。這些石油衍生物通常由脂肪烴、芳香烴或氯代烴類組成。還可以加入環(huán)氧化油類，除起補(bǔ)充增塑作用外，還可增加熱穩(wěn)定性。本產(chǎn)品為硬質(zhì)P

27、VC片材，應(yīng)保證增塑劑含量小于10%。5.1.6補(bǔ)色劑P V C在加工過(guò)程總會(huì)出現(xiàn)少量由于分解產(chǎn)生的雙鍵結(jié)構(gòu)，這會(huì)因其材料的泛黃，此外助劑的加入也會(huì)使制品泛黃，因此加入少量補(bǔ)色劑進(jìn)行消色。采用透明蘭為補(bǔ)色劑5.2 配方PVC樹(shù)脂100SBS5有機(jī)錫1.5環(huán)氧大豆油3.0PDOP0.3CaSt0.2ZnSt0.1DEHP23透明蘭適量ACR1.05.3 加工5.3.1 工藝選擇：第一步 壓延成型 第二步 吸塑成型5.3.1.1 壓延成型混合擠出壓延牽引切割卷曲冷卻高、低速捏合過(guò)篩PVC樹(shù)脂卷取切邊冷卻壓延擠出喂料助 劑 成品 圖十五、壓延工藝流程圖5.3.1.2 壓延具體操作混合：設(shè)備選擇：在生

28、產(chǎn)中使用高速混合機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)。高速混合機(jī)可以全動(dòng)操作，加料不需開(kāi)啟蓋子，高速混合機(jī)混合效率高，時(shí)間短，一般僅需要810分鐘的混合過(guò)程。采用張家港市科培達(dá)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的SHR100A高速混合機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程。圖十六、高速攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)圖1卸料裝置2混合室 3葉輪 4上蓋 5折流板 6驅(qū)動(dòng)裝置混合過(guò)程：將PVC樹(shù)脂、增塑劑、穩(wěn)定劑和潤(rùn)滑劑從配料室加入，開(kāi)啟較低攪拌并升溫，溫度達(dá)到50時(shí)從頂部加料口加入加工改性劑ACR，隨后改為轉(zhuǎn)速支80，加入著色劑及填充劑。溫度達(dá)到110120，降低轉(zhuǎn)速，然后卸料至螺帶式冷卻混合器進(jìn)行冷卻攪拌, 待料溫下降到50以下時(shí)放料至料斗。圖十七、螺帶式混合器原理圖擠出：使用單

29、螺桿擠出機(jī)圖十八、單螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)圖擠出控制因素：溫度：PVC為溫度明感性樹(shù)脂，不良的溫度控制回事物料在送料塑化過(guò)程中降解，因此要合理的控制溫度。擠出機(jī)采用SJ-120X25A型擠出機(jī),總加熱功率30kw，電機(jī)功率7.5/25 kw，塑化能力為120kg/h，螺桿中心有孔，可通過(guò)導(dǎo)熱油調(diào)溫，上海擠出機(jī)廠生產(chǎn)。塑化段溫度控制如下：圖十九、擠出溫度控制速度控制：擠出速率若太快, 則可產(chǎn)生較高的摩擦熱, 使物料降解; 若過(guò)慢, 則會(huì)延長(zhǎng)物料在料筒內(nèi)受熱時(shí)間, 也會(huì)使物料降解。此外, 擠出速率應(yīng)與壓延速率匹配, 具體采用何種速率應(yīng)視制品厚度和寬度的規(guī)格而定。壓延：本產(chǎn)品的生產(chǎn)選用四輥壓延機(jī)，使得厚度更

30、薄，片材表面更加光滑，同時(shí)操作簡(jiǎn)單，也降低了成本。圖二十、四輥壓延機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖溫度控制：壓延的溫度對(duì)最終片材的性能及成型加工過(guò)性能都有很大的影響，溫度過(guò)高使得成型不均勻，而且使得無(wú)聊在高壓力作用下容易降解，溫度過(guò)低使得成型工藝?yán)щy，所以選擇合適的壓輥溫度。主輥的表面溫度控制壓輥一號(hào)輥二號(hào)輥三號(hào)輥四號(hào)輥溫度/190±2190±2185±2185±2輔機(jī)剝離輥的表面溫度控制剝離輥投料前加熱到80，生產(chǎn)正常后可停止加熱(正常生產(chǎn)后，剝離輥表面溫度可達(dá)130 140)。輔機(jī)冷卻輥的表面溫度控制冷輥1冷輥冷輥冷輥冷輥705030不加熱不加熱冷輥1和冷輥2在生產(chǎn)正常

31、后停止加熱。整個(gè)冷卻系統(tǒng)的溫度必須保持由高到低，必要時(shí)可通冷卻水調(diào)節(jié)冷卻的溫度。冷卻輥之前，不允許有急冷現(xiàn)象，以防止產(chǎn)品突然受冷收縮，產(chǎn)生應(yīng)力和縱向收縮筋。輥速控制：輥壓延主機(jī)與輔機(jī)的速比若過(guò)小，膜片容易引起包輥，不能正常生產(chǎn)；速比過(guò)大，膜片被過(guò)度拉伸，產(chǎn)生應(yīng)力，影響制品尺寸穩(wěn)定性。一般控制剝離輥速度為主機(jī)速度的20%25%，冷卻輥速度為主機(jī)速度的25%30%。料溫與余料控制料溫對(duì)產(chǎn)品透明度、光潔度及晶點(diǎn)有很大影響。另外還會(huì)因料溫影響四輥剩料的流動(dòng)性，直接影響制品幅面。一般要求擠出喂料的料溫在(195±2)；料輥間保持剩料直徑在1520左右，剩料過(guò)多會(huì)使產(chǎn)品有氣泡,過(guò)小會(huì)影響幅面和透

32、明度。牽引裝置在片材成型的最末尾添加牽引裝置，使得板材在成型完成出料過(guò)程中能良好的保持形狀并且獲得取向，增加板材的韌性和強(qiáng)度。成產(chǎn)中使用雙輪牽引裝置進(jìn)行牽引。圖二十一、牽引裝置切割裝置將壓延后的片材經(jīng)歷冷卻輥后，經(jīng)歷初次切割后送入切割流水線根據(jù)需求切割成所需要的規(guī)格，隨后適當(dāng)簡(jiǎn)裝成為成品。圖二十二、切割裝置5.3.1.2 吸塑成型原體成型直接使用中性筆作為模具，省去模具制作的步驟，本產(chǎn)品包裝采用這一方法來(lái)制作。片材加熱薄膜成型切邊修正折邊吸塑成型：將加熱軟化后的PVC硬片吸附于模具（筆本身起到模具作用）表面，軟化的薄片輸送到成型器，使薄片緊貼于陰模上形成空穴或泡罩。由于對(duì)薄膜厚度沒(méi)有要求，z只

33、需要透明即可，可以采用抽真空的方法。具體指從成型器底部抽氣而吸塑成型，形成凹凸形狀的塑料。加工溫度選擇的：硬聚氯乙烯高彈態(tài)溫度80-160，查閱文獻(xiàn)得通常加工溫度在135左右，為了提高生產(chǎn)效率，我們選擇加工溫度140，以增大不可逆形變。吸塑后之后要進(jìn)行快速冷卻，以保持形變。下圖分別是原體成型的預(yù)熱和熱合示意圖：圖二十三、預(yù)熱過(guò)程圖二十四、熱合過(guò)程裁剪：吸塑成型的制品用刀模切分.折邊：將制品折邊，便于在之后的封裝中將打印有產(chǎn)品信息的卡紙插入折邊內(nèi)，形成插卡包裝。6、成本分析：6.1、原料和助劑：6.1.1筆蓋和筆帽部分：配方：成分種類配方價(jià)格（元/KG）無(wú)規(guī)共聚PPM800E100（份）9.3成

34、核劑Milad 39880.20.413分散劑NF-100.10.316.5抗氧劑10100.020.0435輔助抗氧劑1680.010.0240光穩(wěn)定劑UV 3100.10.2110測(cè)重得質(zhì)量約為5克，代入計(jì)算得成本約為：0.011251元6.1.2筆芯部分：配方：成分及牌號(hào)價(jià)格供應(yīng)商配方無(wú)規(guī)PPM800e9300塊/噸上海天源化工有限公司100成核劑399813元/KG美利肯化學(xué)公司0.3抗氧化劑101035元/KG東莞市常平昱信塑化經(jīng)營(yíng)部0.5紫外光吸收劑UV 310110元/KG天津中信凱泰化工有限公司  0.15經(jīng)測(cè)重，筆芯約3g，經(jīng)計(jì)算單只筆芯應(yīng)需要：0.009

35、59元6.1.3膠墊部分：原料選擇硅橡膠。測(cè)重得膠墊重0.5g，0.007元。6.1.4防滑套部分：配方： 材料份數(shù)價(jià)格（/KG）YH-805 SBS10013.8聚苯乙烯2024碳酸鈣300.44抗氧劑 10760.10.531硬脂酸鈣0.20.37防滑墊重量約為2g,0.02496元。6.1.5外包裝部分：種類配方價(jià)格（/KG）PVC樹(shù)脂1006SBS511有機(jī)錫1.50.24環(huán)氧大豆油3.06.8PDOP0.324CaSt0.27.6ZnSt0.16.7DEHP236透明蘭適量8.6ACR1.012外包裝塑料部分重約5g，0.03137元。6.2、其他：6.2.1 其他部件：義烏市小米制

36、筆廠的進(jìn)口670筆頭，均價(jià)0.054￥/個(gè)；油墨進(jìn)口，價(jià)格大約在1.2萬(wàn)美元/噸；BD-1210型號(hào)的鋰基酯做尾塞油，詢問(wèn)價(jià)格約40元/千克。6.2.2設(shè)備消耗電費(fèi)：千支筆芯40元，平均每支0.04元。6.3合計(jì)：每支筆的成本（包含外包裝）為2.0182元。7 結(jié)語(yǔ)總而言之，中性筆的制作要基于材料的力學(xué)性能和成本的多重考慮，在加工和選材方面仍舊有很大的進(jìn)展空間。中性筆作為人們生活中必不可少的寫(xiě)作工具之一，由于其使用便捷，已經(jīng)有逐漸代替鋼筆的趨勢(shì)，近年來(lái)發(fā)展速度迅猛。在材料方面AS塑料的出現(xiàn)使得其有更大的進(jìn)步空間。AS為苯乙烯-丙烯睛共聚體，不易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力開(kāi)裂。透明度很高，其軟化溫度和抗沖擊強(qiáng)度

37、比PS高，具有很強(qiáng)的承受載荷的能力、抗化學(xué)反應(yīng)能力、抗熱變形特性和幾何穩(wěn)定性。SAN(AS)中加入玻璃纖維添加劑可以增加強(qiáng)度和抗熱變形能力，減小熱膨脹系數(shù)。SAN（AS）的維卡軟化溫度約為110。載荷下?lián)锨冃螠囟燃s為100。SAN（AS）的收縮率約為0.3-0.7%。SAN（AS）是一種堅(jiān)硬、透明的材料。苯乙烯成份使SAN(AS)堅(jiān)硬、透明并易于加工；丙烯腈成份使SAN（AS）具有化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。一般其加工工藝還是以注塑成型為主，但是仍舊面臨溢料飛邊、氣泡、縮痕、熔接痕、燒焦及黑紋、銀絲及斑紋、表面劃痕、表面霧狀及花紋、燒焦變色及雜質(zhì)、燒黑、光澤不良、龜裂泛白、顏色不均、脆弱、分層剝離

38、、翹曲變形、脫模不良、模具嚴(yán)重腐蝕?？傊行怨P材料的發(fā)展仍在繼續(xù)。對(duì)于生產(chǎn)工藝方面，近年來(lái)對(duì)模具的改進(jìn)例如“一模十腔”的設(shè)計(jì)大大改進(jìn)了生產(chǎn)的效率并有效降低了成本。對(duì)于中國(guó)的制筆行業(yè)來(lái)說(shuō)，目前為止，制約中國(guó)中性筆產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要原因大體有四個(gè)，其中筆尖質(zhì)量、墨水質(zhì)量和主要裝備的落后等三個(gè)問(wèn)題，歸屬生產(chǎn)和技術(shù)問(wèn)題的范疇；另一個(gè)是個(gè)別中性筆生產(chǎn)企業(yè)，以劣質(zhì)或降低質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和很難想像的低價(jià)，參與國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的競(jìng)銷，這雖然是屬于企業(yè)自身的營(yíng)銷理念問(wèn)題，但如果一旦蔓延，后果真的不可想象，中國(guó)中性筆制造產(chǎn)業(yè)還有待繼續(xù)發(fā)展。我們的制筆之路仍在前進(jìn)，相信有一天，中國(guó)的制筆行業(yè)總會(huì)站在世界的前列，我們的中性筆行業(yè)

39、也會(huì)越來(lái)越好。參考文獻(xiàn)1 保壓壓力、注射速度對(duì)聚丙烯性能測(cè)試結(jié)果的影響 趙均，王玉斌，張定 石化技術(shù)， 2013， 20（3）： 1 PETROCHEMICAL INDUSTRY TECHNOLOGY2 聚丙烯穩(wěn)定劑的穩(wěn)定效果評(píng)價(jià) 李冬，劉芳，劉春燕 山西科技， 2014 ，29（5）：SHANXI SCIENCE AND TECHNOLOGY3 無(wú)規(guī)共聚聚丙烯管材料結(jié)構(gòu)及性能研究 謝侃, 張桂云, 程志凌, 張超 , 連業(yè)波 , 張佐光 中國(guó)塑料，2004，18（12）：CHINA PLASTICS4 注塑工藝參數(shù)對(duì)聚丙烯塑料熔體表觀黏度的影響 權(quán)非，曹陽(yáng)根，張濤，寧丹，楊尚磊 輕工機(jī)械，2

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42、東塑料，2005，130（5）15 聚丙烯薄壁件的注塑成型工藝研究 徐志娟，林雪春，林峰 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，7（3）：Journal of Shenzhen Polytechnic16 聚丙烯老化及抗氧劑的應(yīng)用和發(fā)展 王世琴, 馬玉剛, 陳小平 上海塑料，2011，153（1）17 聚丙烯注塑成型收縮率影響因素探討 石海龍 河南化工，2011，28（2）：HENAN CHEMICAL INDUSTRY 18 聚丙烯注塑成型條件的優(yōu)化 鄧富強(qiáng)，陳孟磊 廣州化工，2012，40（16）：Guangzhou Chemical Industry19淺析聚丙烯改性與應(yīng)用 姚曉丹 塑料制造，2013，1220透明聚丙烯的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 王麗新 塑料包裝，2002，12（2）21透明聚丙烯的開(kāi)發(fā)應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì) 馬凱 石化技術(shù)，2013，20（2）:PETROCHEMICAL INDUSTRY TECHNOLOGY22 透明聚丙烯的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 韓朝昱, 賈潤(rùn)禮塑料，2003 ，32 (6)23 透明聚丙烯配方及工藝研究 趙曉東,李吉春,武愛(ài)軍,王保東,張長(zhǎng)軍,竺棟榮 石化技術(shù)與應(yīng)用，2002，22（4）:Petrochemical Technology& Application24無(wú)規(guī)共聚聚丙烯的結(jié)構(gòu)與性能