特殊塑料成型工艺课件

第第19章章 特殊塑料成型工艺特殊塑料成型工艺 教学目的、要求教学目的、要求：了解了解压延、铸塑、搪塑、烧结、旋转、压延、铸塑、搪塑、烧结、旋转、缠绕、喷射、流涎等成型的原理；缠绕、喷射、流涎等成型的原理；掌握掌握各成型方法的特点及应用；各成型方法的特点及应用；重点重点：压延成型原理、设备及应用压延成型原理、设备及应用7/9/2024119-1 压延成型压延成型 生生产产薄薄膜膜和和片片材材的的主主要要方方法法，它它是是将将已已经经塑塑化化的的接接近近粘粘流流温温度度的的热热塑塑性性塑塑料料通通过过一一系系列列相相向向旋旋转转着着的的水水平平辊辊筒筒间间隙隙，使使物物料料承承受受挤挤压压和和延延展展作作用用，成成为为具具有有一一定定厚厚度度、宽宽度度与与表表面面光光洁洁的的薄片状薄片状制品。制品。大大多多是是热热塑塑性性非非晶晶态态塑塑料料，聚聚氯氯乙乙烯烯及及其其共共聚聚物物最最多多，适适于于生生产产厚厚度度在在0.050.050.50.5毫毫米米的的软软质质PVCPVC薄薄膜膜和和厚厚度度0.3 0.3 1.01.0毫毫米米硬硬质质PVCPVC片片材材。7/9/20242压压延延成成型型具具有有较较大大生生产产能能力力（可可连连续续生生产产，且且易易于于自自动动化化），较较好好的的产产品品质质量量（优优于于吹吹塑塑薄薄膜膜和和T型型挤挤出出薄薄膜膜），还还可可取取制制复复合合材材料料（人造革、涂层纸等），（人造革、涂层纸等），印刻花纹印刻花纹等，等，但但所所需需加加工工设设备备庞庞大大，精精高高要要求求高高，辅辅助助设设备备多多，同同时时制制品品宽宽度度受受压压延延机机辊辊筒筒最最大大工工作作长长度度的限制。的限制。7/9/20243一、压延原理一、压延原理 借助于辊筒间产生的借助于辊筒间产生的剪切力剪切力，让物料多次受到，让物料多次受到挤压、剪切挤压、剪切以增大以增大可塑性可塑性，在进一步塑化的基础，在进一步塑化的基础上上延展延展成为成为薄型制品薄型制品。物料与辊间的物料与辊间的摩擦摩擦和本身的和本身的剪切摩擦剪切摩擦产生产生大大量热量热，局部过热，局部过热降解降解；故应注意故应注意辊筒温度、辊速比辊筒温度、辊速比等。等。（下图）（下图）表示物料在两辊筒间表示物料在两辊筒间挤压挤压情况情况 7/9/20244物料同时受到物料同时受到两辊作用两辊作用的区域的区域钳住区钳住区7/9/202451压力分布情况压力分布情况 在在y轴轴方向，辊筒对物料方向，辊筒对物料压力压力 是是不变不变的的在在x轴轴方向，压力是方向，压力是变化变化的的（见右图（见右图a）A、DPx=07/9/20246 2速度分布情况速度分布情况 （右图（右图b)速度分布速度分布直线直线，在在BD点，压力梯度点，压力梯度0，速度分布速度分布曲线曲线呈呈凸形凸形。3剪应力、剪切速率分布剪应力、剪切速率分布剪应力剪应力与移动速度与移动速度V、熔体粘度、熔体粘度成成正比正比，与辊间距与辊间距h0成成反比反比。即即V大、大、h0小、小、大大愈大愈大7/9/20247而剪切速率而剪切速率 与与V、成正比，成正比，与与h0成反比，成反比，且且和和 在在y方向分布方向分布直线直线（右图（右图a）。）。中性面中性面 ；物料与辊筒接触表面物料与辊筒接触表面 、但但物物料料在在B点点、D点点速速率率分分布布直直线线关关系系，故故 ，7/9/20248另一方面，由于物料沿另一方面，由于物料沿x方向方向压力压力是是变化变化的，的，故故x方向方向、也是也是变化变化的。的。物物料料在在辊辊筒筒间间所所受受到到的的剪剪切切作作用用及及其其变变形形程程度度（右图（右图b）7/9/202494热量分布情况热量分布情况由由于于剪剪切切作作用用不不同同各各点点热热量量产产生生速速率率也也不不相同相同辊筒表面辊筒表面 热量产生速率最大热量产生速率最大中性层中性层 ，热量产生速率热量产生速率=0沿沿x方向方向：AB压压力力P、均均增增加加辊辊筒筒进进料料端端较较大大摩摩擦热擦热吸热升温吸热升温7/9/202410BD，P、逐渐逐渐降低降低摩擦热减小摩擦热减小，物料可能物料可能放热降温放热降温。辊辊筒筒对对塑塑料料的的挤挤压压和和剪剪切切作作用用改改变变了了物物料料的的宏宏观观结结构构和和分分子子的的形形态态，在在温温度度配配合合下下使使塑料塑料塑化塑化和和延展延展。辊压的结果辊压的结果使使料层变薄料层变薄，而延展后使料，而延展后使料层的层的宽度、长度宽度、长度均均增加增加。7/9/202411注注：压压延延时时，辊辊筒筒对对物物料料挤挤压压、剪剪切切，物物料料对对辊辊筒筒也也有有反反作作用用力力分分离离力力使使辊辊筒筒沿沿轴轴向向长长度度上上发发生生弯弯曲曲弹弹性性形形变变产产生生挠挠曲曲两两辊辊中中心间距最大，两端逐渐减小心间距最大，两端逐渐减小腰鼓形腰鼓形。分分离离力力与与辊辊筒筒半半径径、长长度度、速速度度成成正正比比；而而与与辊间距辊间距成成反比反比。腰鼓形腰鼓形制品中间厚、两边薄（制品中间厚、两边薄（降低尺寸精度降低尺寸精度）7/9/202412克服或减轻分离力有害作用克服或减轻分离力有害作用 a.辊筒辊筒设计和加工成略带设计和加工成略带腰鼓形腰鼓形b.调整调整两辊筒两辊筒的轴，使其的轴，使其交叉一定角度交叉一定角度c.加加预应力预应力压压延延时时，很很大大剪剪切切作作用用大大分分子子顺顺着着薄薄膜膜前前进进方方向向发发生生定定向向作作用用，薄薄膜膜物物理理机机械械性性能能出出现现各各向向异异性性压压延延效效应应，其其大大小小受受压压延延温温度度、转速、供料厚度、物料性能等影响。转速、供料厚度、物料性能等影响。升温升温或或增加压延时间增加压延时间减轻压延效应减轻压延效应。7/9/202413二、压延设备二、压延设备 压压延延机机是是关关键键设设备备，其其辊辊筒筒数数目目有有双双辊辊、三三辊辊、四辊四辊、五辊五辊甚至甚至六辊六辊，以以三辊和四辊三辊和四辊用得用得最普遍最普遍。辊辊筒筒数数目目的的增增加加压压延延次次数数增增加加更更薄薄制制品，且品，且更均匀，更光滑，质量更均匀，更光滑，质量；但但设设备备太太复复杂杂庞庞大大，目目前前只只有有五五辊辊压压延延机机同在硬质同在硬质PVC片材生产上。片材生产上。7/9/202414辊筒的排列形式很多辊筒的排列形式很多三辊三辊I型、三角型型、三角型四辊四辊I、L、倒倒L、Z型、斜型、斜Z型等（型等（见下图见下图）以以倒倒L型型（e）、）、斜斜Z型型（g）应用最广应用最广。7/9/202415压延机主要由压延机主要由压延辊筒压延辊筒、加热冷却装置加热冷却装置、制、制品品厚度调整机构厚度调整机构、传动设备传动设备及其它及其它辅助装置辅助装置等组成等组成（下图）（下图）7/9/202416辊筒是最主要部件辊筒是最主要部件，中空圆柱体，内部，中空圆柱体，内部可通可通蒸汽蒸汽、过热、过热水或油水或油（加热、冷却）（加热、冷却）空心式空心式 钻孔式钻孔式（下图）（下图）钻孔式优越钻孔式优越，多用；多用冷铸钢或冷硬铸铁制造。，多用；多用冷铸钢或冷硬铸铁制造。7/9/202417三、压延工艺过程三、压延工艺过程两个阶段两个阶段：供料阶段供料阶段（塑料的配制、混合、塑化、喂料等）（塑料的配制、混合、塑化、喂料等）压延阶段压延阶段（压延、牵引、刻花、冷却定型、输送（压延、牵引、刻花、冷却定型、输送 及卷取或切割等）及卷取或切割等）（如下图）（如下图）7/9/202418压延制品：压延制品：软质薄膜软质薄膜 硬质片材硬质片材 以以软质聚氯乙烯软质聚氯乙烯薄膜和薄膜和人造革人造革为例为例 7/9/2024191软质聚氯乙烯薄膜生产软质聚氯乙烯薄膜生产 生产过程生产过程如（如（下图下图）所示）所示 7/9/202420树脂树脂加入加入高速捏合机高速捏合机中，中，增塑剂增塑剂、稳定剂稳定剂等先经等先经旋涡式大混合器旋涡式大混合器混合后，加入高速捏合机中混合后，加入高速捏合机中充充分混合分混合螺杆式挤出机螺杆式挤出机（或密练机）中（或密练机）中预塑化预塑化辊筒机内辊筒机内反复塑炼反复塑炼、塑化塑化四辊压延机四辊压延机受受到到几次压延几次压延和和辗平辗平 形成厚薄均匀的形成厚薄均匀的薄膜薄膜冷冷却卷却卷绕。绕。注注：将将辊辊筒筒之之间间隙隙调调节节在在0.25mm0.25mm以以上上时时，产产品品便成便成薄片薄片或或薄板薄板，其流程基本同上。，其流程基本同上。7/9/202421 2人造革的生产人造革的生产 以以布布（或（或纸纸）为基材，在其上覆以）为基材，在其上覆以聚氯乙烯塑料膜层聚氯乙烯塑料膜层后制得。后制得。其方法主要有：其方法主要有：涂刮法涂刮法压延法压延法用用压延薄膜压延薄膜与与布布贴合制得人造革贴合制得人造革 布（或纸）应先经布（或纸）应先经预热预热，聚氯乙烯聚氯乙烯经经挤压塑化挤压塑化或或辊压辊压塑化塑化，喂入压延机的，喂入压延机的进料辊进料辊上，辊筒的上，辊筒的挤压和加热挤压和加热，使，使聚氯乙烯与布（或纸）紧密结合，再经聚氯乙烯与布（或纸）紧密结合，再经压花、冷却压花、冷却、切切边边和和卷取卷取而得制品而得制品（见下图）（见下图）7/9/2024227/9/202423直直接接贴贴合合压压延延膜膜冷冷却却前前与与布布基基贴贴合合，薄薄膜膜的的成成形形与与布布基基贴贴合合是是在在同同一一生生产产线线上上连连续完成。续完成。分步层合分步层合薄膜成形、贴合分别完成。薄膜成形、贴合分别完成。贴合操作贴合操作擦胶法、贴胶法擦胶法、贴胶法7/9/20242419-2 铸塑成形铸塑成形 类类似似于于金金属属的的浇浇铸铸，包包括括：静静态态铸铸塑塑、嵌铸、离心铸塑等。嵌铸、离心铸塑等。铸铸塑塑是是将将聚聚合合物物的的单单体体、预预聚聚的的浆浆状状物物、塑塑料料的的熔熔融融体体、高高聚聚物物的的溶溶液液、分分散散体体等等倾倾倒倒到到一一定定形形状状规规格格的的模模具具里里，而而后后使使其其固固化化定定型型从从而而得得到到一一定定形形状状的的制制品品的的一一种种方法方法。7/9/202425一般工艺过程一般工艺过程：原原料料浇浇铸铸液液的的配配制制过过滤滤和和除除泡泡浇浇铸铸硬硬化化脱模脱模后处理和后加工后处理和后加工制品制品铸铸塑塑的的特特点点设设备备较较简简单单，不不需需要要加加压压设设备备，对对模模具具强强度度要要求求也也低低。对对制制品品尺尺寸寸限限制制较较少少，制品的内应力较低，制品的内应力较低，质量较好质量较好。缺缺点点成成形形周周期期较较长长，制制品品尺尺寸寸准准确确性性较较差差（有机玻璃有机玻璃最典型）最典型）7/9/2024261静态铸塑静态铸塑（浇铸浇铸）较简便，使用较较简便，使用较广泛的铸塑成形工艺广泛的铸塑成形工艺 塑塑料料品品种种主主要要有有：聚聚甲甲基基丙丙烯烯酸酸甲甲酯酯、聚聚苯苯乙乙烯、聚酰胺、环氧树脂，酚醛树脂等，烯、聚酰胺、环氧树脂，酚醛树脂等，工艺要求工艺要求：流动性好流动性好，易充塑，易充塑 硬化时生成的硬化时生成的低分子副产物尽可能少。低分子副产物尽可能少。聚聚合合所所得得冷冷却却凝凝固固产产物物的的熔熔融融温温度度，应应明明显显高于高于成形物料的成形物料的熔点或流动温度熔点或流动温度7/9/202427工艺过程：工艺过程：模具准备模具准备浇铸液的配制和处理浇铸液的配制和处理浇铸及固化浇铸及固化制品脱模及后处理制品脱模及后处理7/9/2024282嵌铸嵌铸又称又称封入成形封入成形 将将各各种种非非塑塑料料物物件件包包封封到到塑塑料料中中间间去去的的一一种种成成形形技技术术，在在模模型型内内预预先先要要放放经经过过处处理理的的嵌嵌件件，然然后后将将浇浇铸铸原原料料倒倒入入模模中中一一定定的的条条件件下下固化成形固化成形。常常用用于于各各种种标标本本、商商品品、样样品品、纪纪念念品品的的包封，包封，长期保存长期保存。如：如：透明性好的透明性好的丙烯酸酯类塑料及有机硅、不饱丙烯酸酯类塑料及有机硅、不饱和聚酯、环氧树脂等。和聚酯、环氧树脂等。7/9/202429 3离心浇铸离心浇铸 制制品品大大多多是是圆圆柱柱形形或或近近似似圆圆柱柱形形，如如大大型型的的管管材材、轴轴套套等等，也也用用于于垫垫圈圈、滑滑轮轮、转转子子、齿齿轮轮的的生产。生产。塑塑料料常常用用于于熔熔融融粘粘度度较较小小、热热稳稳定定较较好好的的热热塑性塑料塑性塑料，如，如聚酰胺，聚烯烃聚酰胺，聚烯烃等。等。优优点点宜宜生生产产薄薄壁壁或或厚厚壁壁的的大大型型制制品品，且且精度较度，机加工量少，精度较度，机加工量少，缺点缺点设备较复杂。设备较复杂。7/9/202430设备设备：卧式卧式轴线方向尺寸很大、轴线方向尺寸很大、立式立式直径较大，轴线方向尺寸较小直径较大，轴线方向尺寸较小 （见下图）（见下图）7/9/20243119-3 流涎成型流涎成型 将将热热塑塑性性塑塑料料溶溶于于溶溶剂剂中中配配成成溶溶液液（一一定定浓浓度度），以以一一定定速速度度流流布布在在连连续续回回转转的的基基材材（一一般般为为无无接接缝缝的的不不锈锈钢钢带带）上上，加加热热排排除除溶溶剂剂使使塑塑料料硬硬化化成膜，从基材上成膜，从基材上剥离剥离即为制品。即为制品。薄薄膜膜的的宽宽度度取取决决于于钢钢带带的的宽宽度度，长长度度可可以以是是连连续续的的，厚厚度度取取决决于于溶溶液液浓浓度度和和钢钢带带的的回回转转速速度度、胶液的流布速度胶液的流布速度与与次数次数等。等。7/9/202432流涎薄膜的特点流涎薄膜的特点 厚厚度度小小（可可达达510m）且且厚厚薄薄均均匀匀、不不易易带带入入机机械械杂杂质质、透透明明度度高高、内内应应力力小小，较多用于较多用于光学性能要求高光学性能要求高的场合。的场合。缺缺点点生生产产速速度度慢慢，需需耗耗用用大大量量溶溶剂剂，且且设备昂贵设备昂贵，成本较高成本较高等。等。7/9/20243319-4 搪塑搪塑 主要用于主要用于溶胶塑料溶胶塑料（糊塑料糊塑料）的成形）的成形 将将糊糊塑塑料料倒倒于于模模具具（预预热热）中中，接接近近模模壁壁的的塑塑料料因因受受热热而而胶胶凝凝，及及时时倒倒出出来来胶胶凝凝的的塑塑料料，并并将将已已附附于于模模壁壁上上的的一一层层塑塑料料进进行行热热处处理理，冷冷却却固固化化后后可可得得中中空空制制品品。（如如以以聚聚氯氯乙乙烯烯糊糊生生产空心软制品，产空心软制品，玩具玩具等）等）主主要要优优点点：设设备备费费用用低低，易易高高效效连连续续化化生生产产，工工艺控制也较简单，艺控制也较简单，但制品的但制品的壁厚壁厚和和质量准确性质量准确性较较差差。7/9/20243419-5 滚塑（旋转成形）滚塑（旋转成形）靠靠塑塑料料自自重重的的作作用用流流布布并并粘粘附附于于旋旋转转模模具具的的模型壁面，模型壁面，转速较慢转速较慢（每分钟（每分钟几转几转到到几十转几十转）。）。7/9/20243519-6 烧结成型烧结成型 主要用于主要用于聚四氟乙烯聚四氟乙烯和超高分子量和超高分子量聚乙烯聚乙烯等等难熔树脂难熔树脂的成形。的成形。晶区熔点很高（晶区熔点很高（327327），分子量很大，），分子量很大，分子链的紧密堆集等，熔融粘度很大，甚分子链的紧密堆集等，熔融粘度很大，甚至加热至至加热至分解温度分解温度（415415）时仍不能变）时仍不能变为为粘流态粘流态。常采用类似常采用类似粉末冶金粉末冶金的方法的方法模压烧结模压烧结7/9/202436 成形时，将一定量的成形时，将一定量的成形物料成形物料（如聚四（如聚四氟乙烯悬浮树脂粉料）加入氟乙烯悬浮树脂粉料）加入常温的模具常温的模具中，中，在在高压下压制高压下压制成成密实的型坯密实的型坯（锭料、冷坯（锭料、冷坯或毛坯），送至或毛坯），送至高温炉中进行烧结高温炉中进行烧结，取出，取出冷却至室温冷却至室温，即得制品。，即得制品。7/9/202437模压烧结的模压烧结的工艺过程工艺过程：1树脂的选择树脂的选择大多选用悬浮法聚四氟乙烯大多选用悬浮法聚四氟乙烯 2捣碎过筛捣碎过筛使成疏松状使成疏松状3加料预成形加料预成形成形加力成形加力3050Mpa，保压时间，保压时间35分钟分钟，保压后缓慢卸压，卸压后应小心脱模。，保压后缓慢卸压，卸压后应小心脱模。4烧结烧结 分分两个阶段两个阶段：升温阶段：升温阶段升温速度较慢升温速度较慢 保温阶段保温阶段大型制品大型制品5 51010小时小时 小型制品小型制品1小时小时 7/9/2024385冷却冷却速度受制品尺寸限制速度受制品尺寸限制 大型大型制品制品控制控制515/小时小时 8-12小时小时 中型中型制品制品 6070/小时小时 5-6小时小时 小型小型制品根据用途来决定淬火与否制品根据用途来决定淬火与否6成品检验和后加工成品检验和后加工 聚聚四四氟氟乙乙烯烯薄薄膜膜一一般般用用棒棒材材置置于于车车床床上上，用用特制车刀特制车刀车削而成。车削而成。7/9/20243919-7 泡沫塑料的成形泡沫塑料的成形 以以气体物质气体物质为为分散相分散相，以，以固体树脂固体树脂为为分散体分散体，带有带有许多气孔许多气孔的塑料制品。的塑料制品。按按气孔结构气孔结构不同分：不同分：开孔开孔泡沫塑料泡沫塑料 闭孔闭孔泡沫塑料泡沫塑料按按成品硬度成品硬度可分：软质可分：软质 硬质硬质 半硬质半硬质7/9/202440 泡泡沫沫塑塑料料质质轻轻、导导热热系系数数低低，吸吸湿湿性性小小、弹弹性性好好、隔隔音音绝绝热热，广广泛泛用用于于消消音音隔隔热热防防冻冻保温保温、缓冲防震缓冲防震、轻质结构轻质结构材料。材料。无无论论热热塑塑性性或或热热固固性性塑塑料料都都可可做做成成泡泡沫沫体。体。主主要要有有聚聚氯氯乙乙烯烯、聚聚乙乙烯烯、聚聚苯苯乙乙烯烯、聚聚胺脂、脲醛树脂等。胺脂、脲醛树脂等。7/9/202441发泡时必须使树脂处于发泡时必须使树脂处于液态液态或或一定的粘度一定的粘度范围。范围。发发泡泡原原理理利利用用机机械械、物物理理或或化化学学的的作作用用，使使产产生生的的气气体体分分散散在在树树脂脂中中形形成成空空隙隙，树树脂脂受受热热熔熔化化，或或链链段段逐逐步步增增长长，达达到到适适当当粘粘度度，或或树树脂脂交交联联到到适适当当程程度度使使气气体体不不能能逸逸出出，形形成成体体积积已已膨膨胀胀的的多多孔孔结结构构，树脂树脂适时固化适时固化，使，使多孔结构多孔结构稳定下来。稳定下来。7/9/202442制造泡沫塑料的制造泡沫塑料的方法方法可分为：可分为：机械法机械法 物理法物理法 化学法化学法 7/9/202443