保温杯材料选择及工艺

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,保温杯材料的选择与加工,工业设计0701 王芳 0107106102,目录,保温杯概况,不同材质保温杯原理,保温杯结构及造型,保温杯的零部件展示,大众保温杯案例分析（内胆）,儿童使用保温杯案例分析（外壳）,老人使用保温杯案例分析（特殊材质）,具体案例分析,保温杯,一般是由陶瓷或不锈钢加上真空层作成的盛水的容器,顶部有盖,密封严实,真空绝热层能使装在内部的水等液体延缓散热,以达到保温的目的。,返回目录,保温杯是从保温瓶发展而来的，保温原理与保温瓶一样，只是人们为了方便把瓶做成杯。,保温杯内胆大多由,玻璃镀银,，铝，铜等金属，银色的杯胆能反射热水的辐射，杯胆和杯身的真空能阻断热力的传递，从而阻止热对流。以达到保温的效果。,不同材质的保温原理,1.,2.,由富含多种人体所需元素的,天然紫砂,构成内胆。,分为,磁化,紫砂保温杯和,普通,紫砂保温杯两种。,(a),前者主要采用杯盖磁块装在杯盖磁套内，杯体磁块装在杯体磁套内，在杯盖磁套上放有杯盖封片，杯盖磁托衬托在杯盖磁套底部，在杯体内胆与杯壳体之间填充保温材料，以达到保温的效果。,(b),普通紫砂保温杯由外壳、上外盖、内胆、磁铁、保温层以及水挡圈组成。它将保温层设置在内胆和外壳间的下部，其保温层采用由高分子材料制成，水挡圈是设置在内胆和外壳间的上部，它具有良好的密封性能，内胆采用紫砂材料制成。,将双层优质,不锈钢,内部抽真空处理，容器内的真空隔热层，能有效地答到保温的效果。,3.,返回目录,保温杯根据使用的功能要求，产生不同的结构 ：,造型大方，时尚，有质感,色彩感强，线,条流畅,可携带，大容量，方便外出使用，耐摔,易于携带，小容量,大方美观，不易携带,适合家居使用,返回目录,保温杯大致可以分为杯盖（上盖和按钮），外壳，内胆，底垫，橡胶圈等部分。,外壳,：由于保温杯对外壳的要求不高，较多采用不锈钢，塑料（PP、PC、ABS等)，木材。,杯盖,：上盖的选材大多与外壳材质一致。,按钮,：多选用ABS或PVC。,内胆,：根据原理的不同，内胆可使用玻璃镀金属（多镀铝，银，少镀铜），紫砂，陶瓷，骨瓷等。,底垫,：其作用为防滑，可选用异戊橡胶。,密封胶圈,：材料为硅氧树脂或者通用橡胶。,内胆,底垫,按钮,密封圈,杯盖,保温杯,上盖：,不锈钢上盖,运动型杯上盖,上盖和按钮合一,双盖的盖子,多盖杯,各零部件的不同结构展示：,按钮：,侧面及正面图,底垫：,防滑设计，减少杯子倒下坏损的概率。,外壳：,塑料外壳,木质外壳,不锈钢外壳,密封圈：,返回目录,案例分析：,大众使用保温杯,保温杯的主要功能是保温效果及保温时间的长短，属于盛物器皿，要求无毒，具有良好的绝缘性，非导热性。避免高温及热源处，避免骤冷骤热。,造型需求：为了迎合大众的口味，保温杯大多需要时尚新颖，美观大方，易于携带。,重点分析,内胆,的材料选择,A.,内胆多采用,玻璃镀铝,（银，铜）。其中玻璃为热的不良导体，银色的杯胆能反射热水的辐射，同时在真空构成，三层加保。,真空内胆的两层玻璃间夹层需为气压低于10-1pa的真空，使气体传热可忽略不计；内壁镀有低辐射膜，使辐射传热尽可能小。,其中玻璃镀金属的原理利用了,银镜反应,，即银粒离子与葡萄糖反应，葡萄糖中的醛基有还原性，将银离子还原成银单质，以一薄层附着在瓶胆上，形成了光亮的银镜。,由于银的造价高，因此目前制镜技术正朝着真空镀铝(铝镜)或离子真空镀膜(钨镜或钛镜)方向发展。但后者要求设备复杂、技术难度大且厂家一次性投资大，而且目前镀层的面积有限(如受离子真空镀膜机容积所局限)，因此目前仍广泛采用镀银技术。,玻璃的性能要求：,耐温急变性能（经受温度的急剧变化），耐水性能（抗水解性能，不污染内盛物），耐压性能，适应吹制和加工性能。,选用的材料：,保温杯玻璃镀银采用耐热硼硅酸盐玻璃，其热膨胀系数低，耐温度急变性强，硬度高、脆性大、原料的来源丰富，生产工艺简单,材料加工工艺：,配合料制备玻璃的熔制瓶坯,吹制成型,退火,消除不均衡冷却造成的热应力 、检验（内瓶坯洗瓶、割口；外瓶坯割底）套瓶塞石棉拉底接尾外瓶割口封口两层玻璃夹层为气压低于10-1pa的真空，通过抽空管进行,水洗、镀银抽真空割尾密封,瓶胆检验成品,镀银采用化学镀：,化学粗化、敏化，溶剂加硝酸银一步法。,化学镀银加工工艺特性：,1、均镀能力和深镀能力好，可在形状复杂的表面上产生均匀厚度的镀层；,2、空隙少；,3、设备简单、操作容易；,4、镀层具有特殊的机械、物理、化学性能,5、速度较慢、成本较高,玻璃吹制机,生产过程,B.,不锈钢内胆,需要原料焊接性能好，耐腐蚀性能好，厚度公差一般要求较高，为-3%5%，延伸率高（53%）硬度较低（170%），内部晶粒等级在7.08.0之间，深冲性能极佳，产品一般都需经过几道次的拉伸才能完成，如果原料延伸方面达不到的话，在加工深拉制品时产品极易产生裂纹、拉穿的现象，影响成品合格率，当然也就加大了厂家的成本。,(1)选材的基本要求：,1、,0Cr19Ni9 (304),作为不锈耐热钢使用最广泛，用于食品设备、一般化工设 备、原子能工业等；高延展性、耐腐蚀性、耐热性、低温强度、机械性能良好；深冲压、弯曲等常温加工性能较好，热处理后不会硬化；非磁性，使用温度：-196至800 。,2、,13Cr-7.7Ni-2Cu,（304Cu）,添加Cu，,拔丝性和抗时效裂纹性好，故可进行复杂形状的产品成形，,以提高抗菌性及塑造性的钢种。 暖瓶、厨房用Sink Pot、团体供饭设施保温瓶、厨房洗涤槽、锅、壶、保温饭盒等。,3、,0Cr17Ni12Mo2 (316),添加Mo，耐蚀性、耐空气腐蚀性、高温强度特别好，适合于使用在恶劣条件。加工硬化性能良好。 海水设备、化学、造纸，肥料生产设备、照相、食品工业 。,4、,1Cr18Ni9Ti(AISI321),具有较好的力学性能便于进行机械加工,冲压和焊接.在氧化性环境中具有优良的耐蚀性和良好的耐热性,但对溶液中含有Cl离子的介质特别敏感容易发生晶间腐蚀.使用最广泛适用于食品、化工、医药、原子能工业等；,(2)选用材料的特点：,名称,0Cr19Ni9,(304),13Cr-7.7Ni-2Cu,（304Cu）,0Cr17Ni12Mo2(316),1Cr18Ni9Ti,（AISI321 ),耐腐蚀 性,良好,良好,优秀,一般,延展性,良好,优秀,良好,良好,焊接性能,优秀,优秀,优秀,良好,价格,约20元/kg,约20多元/kg,约30元/kg,约60元/kg,（3）所选材料的比较：,不锈钢内胆真空技术分为,有尾,和,无尾,真空技术两大类,。,（4）内胆技术要求：,技术1：,“有尾真空”,-（管式真空）属传统的工艺技术，采用的是“压封技术”，缺憾是这种技术措施在微观上是不能完全保证密闭的。,“无尾真空”,是目前国内外最先进的工艺技术之一，即器皿在真空的环境条件下，由计算机控制完成,抽气、封焊、冷却,的工艺过程。它采用的是“熔封技术”，可以保证长期不放气不漏气。,整体抽气“无尾真空”的设备属大型设备，自动化程度高，产品质量水平高，故造价也昂贵。而且管理和使用技术复杂，不易掌握，单件产品电耗高于“有尾真空”数倍，然而，由于技术水平高等特点，必定成为不锈钢真空器皿生产技术的发展方向和消费追求产品的技术条件。,内胆与外壳的镶接,采用的是焊接。钎焊是采用比母材熔点低的填充材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，借钎料熔化填满母材间的间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法 。,钎焊的加工工艺分类很多，按热源分为：烙铁钎焊、波峰钎焊、火焰钎焊、浸沾钎焊、感应钎焊、炉中钎焊和真空钎焊。,其中，保温杯所使用的钎焊为,火焰钎焊,。,用可燃气体与氧气或压缩空气混合燃烧的火焰作为热源进行焊接。火焰钎焊设备简单、操作方便，根据工件形状可用多火焰同时加热焊接。 同时，保温杯的钎焊属,于,硬钎焊,。,应用特点：,接头表面光洁，气密性好，形状和尺寸稳定，焊件的组织和性能变化不大，钎料熔化而焊件不熔，可连接相同的或不相同的金属及部分非金属。,技术2：,304,采用H0Cr21Ni10焊接，焊后固溶处理；,316,采用H0Cr19Ni12Mo2焊接，焊后10501100摄氏度固溶处理；,AISI321,采用H0Cr21Ni10焊接，焊后固溶处理。,加工工艺特性：,（1）钎焊加热温度较低，接头光滑平整，组织和机械性能变化小，变形小，工件尺寸精确。,（2）可焊异种金属，也可焊异种材料，且对工件厚度差无严格限制。,（3）有些钎焊方法可同时焊多焊件、多接头，生产率很高。,（4）钎焊设备简单，生产投资费用少。,（5）接头强度低，耐热性差，且焊前清整要求严格，钎料价格较贵。,材料的加工工艺及特性：,返回目录,儿童保温杯,1.由于儿童行动不小心，易受损，材料选择上宜耐摔的类型；,2.儿童的负重力小，可选用质量较轻的塑料产品；,3.为使用方便可附加中栓，小口盖等零构件；,4.产品颜色鲜艳，造型小巧可爱。,综上所述，可选塑料作为儿童保温杯的原材。,儿童保温杯内胆结构与 大众使用保温杯内胆结构大致相同。,重点分析,外壳塑料,的选材。,（1）材料的选择：,A. PC的选用,PC是一种无定型、无臭、无毒、高度透明的无色或微黄色热塑性工程塑料，具有优良的物理机械性能，尺寸稳定；具有良好的耐热性和耐低温性；拉伸强度、弯曲强度、刚性和绝缘性也突出；重量轻、抗冲性好，耐一定的高温和腐蚀溶液洗涤，作为可回收利用 。,PP,的选用,无毒、无味，度小,强度刚度,硬度耐热性均优于低压聚乙烯,常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具，但是成型收缩率大，冲击性差。,ABS,的选用,ABS,树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将,PS,，,SAN,，,BS,的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。它一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂 。,种类,PC,ABS,PP,透明度,好,一般,好,刚度、强度,好、较高,好、高,较好、较高,韧性,较好,好,低温下差,价格,约26000元/t,约10000元/t,约9000元/t,（2）选用材料物理性能的比较：,（3）材料的加工工艺及加工特性的比较：,PC的加工工艺：,可采用注塑、挤出、吹塑、热压和旋转模塑成型,，也可采用辊压和冷压法惊醒冷加工成型。,PP的加工工艺：,PP可用挤出、吹塑、注塑、模压、真空成型等方法，但主要是注塑法为主。,ABS的加工工艺：,可以通过注塑、吹塑、挤出、发泡及热成型等工艺加工。,PP板,ABS板,PC板,中空制品的性能特点与用途：,这类的塑料制品具有重量轻，强度高，密封性好，不易破损，耐水防潮，防腐蚀，阻隔性好等特点，既美观又卫生，方便携带和运输。,生产工艺的顺序如下：,主、辅原料按配方要求计量掺混在一起搅拌均匀挤出混炼造粒（或直接用粉料）挤出机或注塑机塑化原料塑化熔料成型型坯,冷却定型预热型坯吹账成型修边制品,吹胀成型修边制品,吹塑成型,特点,注塑成型,特点,1.原料塑化质量好,2.模具结构简单，制造费用低,3.可成型带有嵌件容器和带把手容器及各种不规则形状容器,4.能成型不同原料多层复合制品,5.叫容易调换不同颜色的制品，颜色在原料中分散较均匀,1.制品没有飞边，外形尺寸精确，稳定性好，生产中没有回料和废料,2.制品厚度可预先在成型型坯时调控,3.可适应多种塑料成型，但更适合硬质的注射成型,4.制品没有拼合缝，颈部和螺纹尺寸精度高，适合成型广口和形状简单的小型容器,保温杯外壳属于中空制品,综合保温杯的性能要求，可选择,注塑工艺,进行加工，三种材料,注塑工艺的比较,：,PC,PP,ABS,干燥处理,PC材料具有吸湿性，加工前的干燥很重要。建议干燥条件为120130，812个小时。加工前的湿度必须小于0.02%,如若储存适当则不需要干燥处理。,建议干燥条件为8090下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。,熔化温度,260340,220275 ，注意不要超过275 ,210280；建议温度：245。,模具温度,4080,4080 ，建议使用50 ,2570（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）,注射压力,尽可能地使用高注射压力,可大到1800bar,5001000bar,注射速度,对于较小的浇口使用低速注射，对其它类型的浇口使用高速注射,中高速度,三种材料加工,的工艺特性,PC,流动性差，所以注塑,比较困难，多用于吹塑，,有良好的热稳定性和再,加工能力，优异的熔体,强度使拉伸不易断裂,。,PP,在熔融温度下有较好的,流动性，成型性能好，PP,粘度随剪切速度的提高而,下降，有较大的收缩率。,ABS,无定形料，流动性中等，,吸湿大，必须充分干燥，,宜取高料温、高模温、但,过高易分解。,总结：,保温杯外壳的温度要求并不高，可以根据制作外壳的透明度来决定使用PC或是ABS，用PC加工易使用吹塑成型，尺寸精确度不高但是成本更低，PP不好加工，所以除了特定要求外使用范围没有前两种广泛，尽管价格更便宜。,返回目录,中老年人群使用保温杯,1. 可以使用大众型保温杯；,2. 中老年人由于身体状态逐渐衰弱，可使用具有保健功能的保温杯；,造型上更偏稳重，富有古典气息。,陶瓷,瓷质白如玉、明如镜，无铅，无镉，绿色环保杯。无任何重金属对人体造成的危害是绝对绿色环保的产品。,陶瓷中大半是烧结陶瓷，因为它难以像金属和塑料那样使熔化的熔液流入模型，靠本身的塑性变形性质而用热压铸成形法制成制品，所以采用粉体成形，然后进行烧结的方法来生产。,链接为特地陶瓷的加工流程,FLASH,，可由此等同到陶瓷工艺品的烧结。,下图为陶瓷的一般加工工艺：,陶瓷保温杯,B. 紫砂保温杯,紫砂：采用天然紫砂泥，主要化学成分有氧化硅、铝、铁、钙、镁、锰 。属性为陶瓷，但是介于陶与瓷之间，最适宜于泡茶，传热缓慢，保温性强，冷热急变性好。,内胆采用天然紫砂泥（富含多种人体需要的微量元素和矿物质），避免了高真空杯易煮熟茶叶现象，也能保证紫砂杯的透气性，具有泡茶不走味，不易变质的优点，让茶汤更加香醇美味。,紫砂保温杯,紫砂保温杯,紫砂壶的成型不同于瓷器，而是采用泥片镶接发成型，即先将紫泥打成一定厚薄均匀的泥片，分别做出壶的各个部件，再黏结在一起，成为壶的雏形；再加以修整、完善，才算制成壶坯。由于紫砂有圆器和方器两类，故又形成“拍身桶成型”及“镶身桶成型”两种基本成型工艺。,制作圆形紫砂壶，用拍身桶成型法，制作紫砂壶方形器用镶身桶成型法。磨具成型是一种将打好的泥片或身桶，放入石膏模具内，通过挤压而成型。这种方法操作简单，能够制作出复杂多变的器形，有利于批量生产。,C. 骨瓷,骨质瓷本身是目前瓷种中最高档的一种，透明度很高，质地轻巧，为自然的奶白色，本身成型与色泽形成主要依靠氧化硅、氧化铝和氧化钙，其中氧化钙的含量越高，色泽越好。在烧制的过程中因为加入了牛骨粉，也就提高了其含钙量，长期使用骨瓷杯冲水饮用，使人体充分吸收有益的矿物元素。,加工工艺同陶瓷,。,骨瓷保温杯,紫砂和骨瓷保温杯,返回目录,具体的解决实例：,我选择的具体分析实例为运动型大容量保温杯，如图示。,使用环境：,此款产品为运动型大容量保温杯，特点是适用于室外，携带方便，是外出休闲旅游的好帮手，居家使用也同样快捷方便。材料需要有强的韧性，耐挤压和磕碰，良好的延展性，和一定得防腐性能。,主要功能是装饮用水，其他饮料不建议经常装入，同时具有保温保冷功能，实用性更广。,目标人群,：,主要适用于喜爱旅游，休闲出行的人群，居家使用，大容量等同于保温瓶的功能，造型简单时尚，更是能吸引大家的目光。,价格考虑：,设计定位为中端产品，面向大多数的人群，功能多重，容量大，易于携带，价位在100150元之间。,此保温杯采用,不锈钢内胆,，选择,有尾真空,加工,选用,13Cr-7.7Ni-2Cu （304Cu）为原材料冲裁拉深胀行翻边,；,1、外壳加工流程,外管领料 割管水胀分段胀形滚中角缩底割底冲筋平上口冲底平底口清洗烘干检验敲坑合格外,2、内胆的加工流程,内管领料 割管平管胀形滚上角平上口平底口滚螺纹清洗烘干检验敲坑对焊试水检漏烘干合格内胆,3、外壳和内壳装配流程,配杯口焊口压中底焊底检焊口焊底中底点焊吸气剂抽真空测温电解抛光,测温检验抛光压外底喷漆抽检测温检验喷漆丝印包装成品入库,按钮,的材料选择及加工方案：选择ABS塑料，注塑加工，可加工出螺纹和颈口，尺寸精确，与外壳中塑料部分选择同种方案，减低成本。,橡胶圈,材料的选择方案：氯丁橡胶，耐酸碱，耐老化，可作各种垫圈，密封圈。,