第3.2章-高分子材料成形工藝

第三章高分子材料成形工藝§1高分子材料簡介

§2塑料成形工藝

§3橡膠成形工藝

§4薄膜成形工藝

高分子材料：相對分子質(zhì)量大于10000的高分子化合物為主要成分，與各種添加劑配合，經(jīng)加工而成的有機合成材料。

分類：塑料、橡膠、纖維、粘合劑、涂料

質(zhì)量輕、耐腐蝕、電絕緣、易加工。§1高分子材料簡介（1）高分子鏈的化學(xué)組成

（2）高分子鏈的形態(tài)（3）高分子鏈中結(jié)構(gòu)單元的鍵連接方式（4）高分子鏈的空間構(gòu)型（5）高分子鏈的構(gòu)象及柔順性1.高分子鏈的結(jié)構(gòu)2.高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)一、高分子化合物的結(jié)構(gòu)§1高分子材料簡介（1）高分子鏈的化學(xué)組成

A．碳鏈高分子—C—C—C—C—C—或—C—C＝C—C—。側(cè)基多樣，產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣。B．雜鏈高分子—C—C—O—C—C—，—C—C—N—C—C—，—C—C—S—C—C—。

雜原子的存在改變聚合物的性能。側(cè)基簡單。C．元素有機高分子

主鏈由無機元素硅、鈦、硼等和有機元素氧組成，如：—O—Si—O—Si—O—。

側(cè)基為有機基團。有機基團使聚合物具有高的強度和彈性；無機原子則能提高耐熱性。A．線型分子鏈分子鏈呈細線條狀，可由直線、螺旋型、折疊形等形狀，通常卷曲成線團狀。彈性、塑性好，硬度低——熱塑性材料B．支鏈型分子鏈大分子主鏈上連接著相當(dāng)數(shù)量的長短不一的支鏈。高聚物的性能和加工接近線型分子鏈?！獰崴苄圆牧螩．體型分子鏈分子鏈之間通過化學(xué)鍵相互連接形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，在空間呈三維網(wǎng)狀。硬度高、脆性大、無彈性和塑性——熱固性材料

a）線型；b）帶有支鏈;

c）體型（2）高分子鏈的形態(tài)A．頭—頭（尾—尾）連接：

B．頭—尾連接

C．共聚物中單體的連接方式

（3）高分子鏈中結(jié)構(gòu)單元的鍵連接方式

無規(guī)共聚；交替共聚；嵌段共聚；接枝共聚（4）高分子鏈的空間構(gòu)型

空間構(gòu)型：高分子中由化學(xué)鍵所固定的原子在空間的排列方式。1）全同立構(gòu)取代基R全部處于主鏈的同側(cè)。2）間同立構(gòu)

取代基R相間地分布在主鏈的兩側(cè)。3）無規(guī)立構(gòu)

取代基R在主鏈的兩側(cè)無規(guī)則的分布。（5）高分子鏈的構(gòu)象及柔順性

單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)：每一個單鍵圍繞相鄰單鍵按一定角度進行旋轉(zhuǎn)。

構(gòu)象：由于單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)所引起的原子在空間占據(jù)不同位置所構(gòu)成的分子鍵的各種形象。

柔順性：大分子鏈改變構(gòu)象時而卷曲，時而伸展的特性。

單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)示意圖2.高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)

聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：高分子內(nèi)部大分子鏈的幾何排列和堆砌結(jié)構(gòu)。晶態(tài)部分在高聚物中所占質(zhì)量分數(shù)或體積分數(shù)為結(jié)晶度。結(jié)晶度越高，分子間作用力越強，聚合物的強度、剛性、硬度越高，但與鏈活動有關(guān)的性能如彈性、伸長率、韌度越低。

a）晶態(tài)；b）部分晶態(tài)；c）非晶態(tài)二、高分子材料的物理狀態(tài)§1高分子材料簡介玻璃態(tài)(T<Tg)：聚合物分子鏈凍結(jié)，具有較好強度、受力只產(chǎn)生很小彈性變形高彈態(tài)(Tg<T<Tf)：聚合物分子鏈部分鏈鍛解凍，在外力作用下產(chǎn)生較大彈性變形粘流態(tài)(T>Tf)：聚合物分子鏈完全解凍，很小的外力產(chǎn)生明顯的塑性變形高聚物有幾種物理狀態(tài)，塑料與橡膠分別在什么物理態(tài)下加工，什么物理態(tài)下使用？

三、高分子材料的分類（自學(xué)）1．分類

1）按合成反應(yīng)：加聚聚合物和縮聚聚合物。

2）按高聚物的熱性能及成型工藝特點：熱固性和熱塑性。加熱加壓成型后，不能再熔融或改變形狀的高聚物稱為熱固性高聚物。相反，加熱軟化或熔融后，冷卻固化的過程可反復(fù)進行的高聚物稱為熱塑性高聚物。

3）按用途：塑料、橡膠、纖維、膠粘劑、涂料等?！?高分子材料簡介四、常用的高分子材料1.塑料：以合成樹脂為基本原料，加入各種添加劑制得的在室溫下呈玻璃態(tài)的聚合物。

2.橡膠：提取橡膠樹、橡膠草等植物的膠乳加工后制成的室溫下處于高彈態(tài)的聚合物。3.纖維：長度與直徑之比大于100甚至1000，有一定柔韌性的物質(zhì)?！?高分子材料簡介（1）塑料的分類

1）根據(jù)塑料中樹脂的分子結(jié)構(gòu)及熱性能分類

①熱塑性塑料：加熱軟化或熔融后，冷卻固化的過程可反復(fù)進行的高聚物。如聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、有機玻璃、尼龍等；②熱固性塑料：加熱加壓成型后，不能再熔融或改變形狀的高聚物。如酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧樹脂塑料等。塑料2）根據(jù)塑料性能及用途分類①通用塑料：非結(jié)構(gòu)材料，產(chǎn)量大、用途廣、價格低、性能一般的常用塑料；—生活用品、包裝材料、小型零件等。②工程塑料：工程技術(shù)中用作結(jié)構(gòu)材料的塑料，具有較高的機械強度、耐磨性、耐腐蝕性、自潤滑性及尺寸穩(wěn)定性等?！獧C械制造、輕工、電子、導(dǎo)彈、原子能等。

塑料（1）橡膠材料的組成

1）生膠：

沒有加工過的原料橡膠包括天然橡膠和丁苯、順丁、氯丁等合成橡膠。2）再生膠：

經(jīng)熱、機械、化學(xué)塑化處理過的硫化膠用廢舊橡膠制品和硫化膠邊角料經(jīng)再生處理制成的能重新加工的橡膠。用做橡膠稀釋劑、增量劑等配合劑。3）配合劑

加到橡膠或膠乳中以形成混合物的物質(zhì)。提高橡膠制品的使用性能和改善加工工藝性能。如硫化劑、增塑劑、塑解劑、填料、防老化劑、著色劑等。4）增強材料

增加橡膠制品的強度并限制其變形。如纖維織品、簾布及鋼絲等，如輪胎中的簾布。橡膠（2）橡膠的分類

1）按原料來源：

天然橡膠：以天然橡膠樹的乳液，經(jīng)過凝固、干燥、壓制成片狀生膠，再經(jīng)硫化處理后制成可以使用的橡膠制品。合成橡膠：用人工的方法將單體聚合而成的。2）按應(yīng)用范圍通用橡膠：天然橡膠以及能夠用來代替天然橡膠制造輪胎、工業(yè)用品、日常生活用品和其它大宗橡膠制品的合成橡膠；

特種橡膠：在特殊條件（如高溫、低溫、酸、堿、油、輻射等）下使用的橡膠材料。橡膠

人造纖維：利用自然界中纖維素或蛋白質(zhì)作原料，經(jīng)過化學(xué)處理與機械加工制得的纖維；

合成纖維：利用煤、石油、天然氣、水等不含天然纖維的物質(zhì)作為原料，經(jīng)過化學(xué)合成與機械加工等制得的纖維。人造纖維合成纖維纖維天然纖維：棉花、羊毛、蠶絲、麻等化學(xué)纖維纖維一、塑料的工藝性能（自學(xué)）

1.收縮性2.流動性3.熱敏性4.吸水性5.硬化性§2塑料的成形工藝二、塑料成形方法

塑料成形：將原料（樹脂與各種添加劑的混合料或壓縮粉），在一定溫度和壓力下塑制成一定形狀的制品的過程。

塑料加工：將成型后的塑料制品再經(jīng)后續(xù)加工（如機械加工等）制成成品零件的工藝過程。

§2塑料的成形工藝注射成形擠出成形壓塑成形壓注成形壓延成形塑料成形§2塑料的成形工藝（1）注射成形（注塑成形）

（1）注射成形（注塑成形）

工藝特點及應(yīng)用

占塑料成形的20％～30％制品尺寸精確，可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜、壁薄和帶金屬嵌件的塑料制品?？蓪崿F(xiàn)高度機械化、自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)率高。大批量生產(chǎn)，幾乎適用于所有熱塑性塑料。（1）注射成形（注塑成形）

將熔融的塑料通過螺桿的旋轉(zhuǎn)推動力，通過?？走B續(xù)擠出，冷卻固化后得到具有恒定截面的制品。（2）擠出成形（擠塑成形）

（2）擠出成形（擠塑成形）

擠出成形工藝特點及應(yīng)用

擠出制品占熱塑制品的40%-50%設(shè)備簡單，操作方便，生產(chǎn)過程連續(xù)，生產(chǎn)效率高，工藝適應(yīng)性強，用途廣，成本低。塑件內(nèi)部組織均衡緊密，尺寸穩(wěn)定準確。制品斷面形狀較簡單且精度低，需二次加工。用于熱塑性塑料型材生產(chǎn)，如管材、板材、薄膜、異型材、電線電纜包覆物和中空制品等。（2）擠出成形（擠塑成形）

（3）壓塑成形（模壓成形）a）加料；b）壓縮；c）制品脫模粉狀、粒狀、片狀塑料—放入模具—加熱軟化熔融—在壓力下充模—交聯(lián)固化—開?！破穳核艹尚喂に囂攸c及應(yīng)用模具結(jié)構(gòu)簡單，可成形流動性差的物料及大面積的薄壁制品。內(nèi)部取向組織少，塑件收縮率小，制品性能均勻。成形周期長，生產(chǎn)效率低、勞動強度大，塑件精度難以控制，模具壽命短，不易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。主要用于熱固性塑料，特別適于形狀復(fù)雜或帶有復(fù)雜嵌件的制品，如電器零件、儀表殼、電閘板、電器開關(guān)、插座或生活用具等。（3）壓塑成形（模壓成形）在壓塑成形基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種熱固性塑料的成形方法。模具閉合—熱固性塑料放入加料室—受熱熔融—塑料在壓力下經(jīng)澆注系統(tǒng)充滿型腔—固化成形—開模取件（4）壓注成形（4）壓注成形圖3-18壓注成形過程a)塑料（預(yù)壓錠）加入；b)閉合的型腔；c)取出塑件1-柱塞；2-加料腔；3-上模板；4-凹模；5-型芯；6-型芯固定板；7-下模座；8-澆注系統(tǒng)；9-塑件壓注成形工藝特點及應(yīng)用塑料在型腔內(nèi)預(yù)先受熱熔融，在壓力作用下注入型腔，塑件的密度和強度高。加料前模具完全閉合，塑料飛邊薄，尺寸精確，質(zhì)量較高?？沙尚紊羁?、形狀復(fù)雜、帶精細嵌件的塑件。（4）壓注成形

（5）壓延成形塑料加熱塑化后通過一系列相向旋轉(zhuǎn)的輥筒之間，受擠壓和延展作用成為平面狀連續(xù)材料壓延成形工藝特點及應(yīng)用生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好，且可直接制出各種花紋和圖案。設(shè)備龐雜、維修復(fù)雜，且制品寬度受限制。用于各類熱塑性塑料，主要產(chǎn)品有薄膜、片材和人造革等。

（5）壓延成形

（5）壓延成形2.塑料加工

塑料加工：將模塑制件、棒材、管材、片材、擠出型材或其它形狀材料，通過適當(dāng)操作如機加工和裝配制成制品。是塑料成形后的再加工，亦稱二次加工，將成形后的塑件通過適當(dāng)?shù)墓に嚪椒ㄖ瞥芍破?。?塑料的成形工藝機械加工連接加工表面處理吹塑成形塑料加工2.塑料加工

1.機械加工采用鉆、磨、銑、車削等機械加工方法的二次加工操作。

2.連接加工采用焊接、粘接、機械連接等方法，使塑料型材或零件固定在一起?？梢詫⑿《唵蔚臉?gòu)件組合成大而復(fù)雜的構(gòu)件。

3.表面處理對塑料制品表層修整和裝飾，以改變塑料零件的表面性質(zhì)，提高其抗老化、耐腐蝕能力的加工方法，也可起著色裝飾作用。

4.吹塑成形

用于制造空心塑料制品的成形工藝。

2.塑料加工吹塑成形：在壓縮空氣作用下，使閉合在模具中的熔融塑料發(fā)生膨脹變形，然后經(jīng)冷卻定型獲得中空制品。中空吹塑成形加工方法：擠出－吹塑、注射－吹塑、拉伸－吹塑等。吹塑成形方法吹塑原理圖吹塑機吹塑模具吹塑制品①擠出管坯進入開啟的兩瓣模具之間；②模具閉合夾住管坯，將吹塑口插入管坯一端，管坯另一端被切斷；③通入壓縮空氣吹脹管坯，成型制品；④冷卻后啟模取出制品，切除余料。擠出－吹塑工藝過程

一、橡膠的工藝性能（自學(xué)）1．流動性：一定溫度、壓力作用下，能夠充滿型腔各個部分的性能。2．流變性：膠料的粘度隨剪切速率的升高而降低的特性。3．硫化性能：橡膠用交聯(lián)劑（硫磺）進行交聯(lián)，生成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，賦予橡膠彈性。

4．熱物理性能：熱導(dǎo)率、熱擴散率、比熱容等?！?橡膠的成形工藝二、橡膠加工的工藝過程

生膠的塑煉膠料的混煉橡膠成形制品的硫化

§3橡膠的成形工藝塑煉塑煉：通過熱、氧、機械力或化學(xué)試劑的作用使生膠由強韌性的彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳浀目伤苄誀顟B(tài)，從而使彈性材料增加流動性的工藝過程。塑煉后易于配合劑混合，并便于成形加工。圖3-20開煉機結(jié)構(gòu)混煉混煉：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。配合劑：改善橡膠的加工性能及制品性能?；鞜捲O(shè)備：開煉機和密煉機。成形成形：將混煉膠制成所需形狀、尺寸和性能的橡膠制品的過程。

壓延成形、模壓成形、擠出成形和注射成形

硫化

硫化：通過改變橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)（交聯(lián)）而賦予橡膠彈性，或改善、提高并使橡膠彈性擴展到更寬溫度范圍的工藝過程。硫化使橡膠各部位組織不同程度地形成了空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使混煉膠變?yōu)楦邚椥曰蛴操|(zhì)的硫化膠，從而獲得更完善的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，拓寬應(yīng)用范圍。壓延成形模壓成形擠出成形注射成形橡膠成形§3橡膠的成形工藝三、橡膠成形方法1．壓延成形

膠料混煉—進入對轉(zhuǎn)輥筒—利用兩輥筒間擠壓力，使膠料產(chǎn)生塑性延展變形—制成具有一定斷面尺寸、厚度和幾何形狀的片狀或薄膜狀制品

§3橡膠的成形工藝分為兩個階段：供料階段和壓延階段1．壓延成形經(jīng)過四輥壓延機的第一道輥隙，物料壓延成料片，然后依次通過第二道和第三道輥隙而逐漸被擠壓和延展成厚度均勻的薄層材料。最后由引離輥承托而撤離壓延機，并經(jīng)拉伸，若需制品表面有花紋，則進行軋花處理，再經(jīng)冷卻定型、測厚、切邊、輸送后，由卷繞裝置卷取或切割裝置切斷成品。1．壓延成形壓延成形工藝特點及應(yīng)用生產(chǎn)過程連續(xù)，生產(chǎn)效率高；制品厚度尺寸精確、表面光滑、內(nèi)部緊實；工藝條件控制嚴格、操作技術(shù)要求高。用于制造膠片和膠布等。包含加料、閉模、硫化、脫模及模具清理等步驟。橡膠半成品下料后置于模具—合模—加熱加壓—膠料塑性流動充滿型腔—硫化—脫模、修邊—得到制品

橡膠模壓成形工藝流程2．模壓成形膠料在擠出機中塑化和熔融，并在一定的溫度和壓力下連續(xù)均勻地通過機頭?？讛D出成為具有一定的斷面形狀和尺寸的連續(xù)材料。

膠料擠出過程

3.擠出成形

擠出成形工藝特點及應(yīng)用設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、生產(chǎn)效率高、工藝適應(yīng)性強。制品斷面形狀較簡單且精度較低。用于成形輪胎外胎胎面、內(nèi)胎胎筒和膠管等。

3.擠出成形

將膠料直接從機筒注入閉合模具硫化的生產(chǎn)工藝。

4.注射成形注射成形工藝特點及應(yīng)用能一