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1、1 第5章 非金属材料与复合材料的成形 非金属材料成形特点: 1. 非金属材料可以是流态成形，也可以是固态成形，成 形方法灵活多样，可以制成形状复杂的零件。 2. 非金属材料的成形通常是在较低温度下成形，成形工 艺较简便。 3. 非金属材料的成形一般要与材料的生产工艺相结合。 2 第5章 非金属材料与复合材料的成形 本章要点： 工程塑料及成形 橡胶及成形 胶粘剂及粘接成型工艺 工业陶瓷及成形 复合材料及其成形 3 5-1 工程塑料及其成形 一、塑料的组成及特点 1. 组成：合成树脂、添加剂（填料、增强材料、增塑剂、固 化 剂、润滑剂、稳定剂、着色剂、阻然剂）2050% 2. 特点：密度小、耐腐
2、蚀、电绝缘性、耐磨和减磨性好、成 型性好 3. 缺点：强度硬度低、耐热性差、易老化、易蠕变 二、常用工程塑料 1. 热塑性塑料 聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚 酰氨（PA）、聚甲醛（POM）、聚碳酸酯（PC）、ABS 塑料、聚四氟乙烯（F-4） 2. 热固性塑料 酚醛塑料（PF）、氨基塑料（UF）、环氧塑料（EP） 4 5-1 工程塑料及其成形 性能指标 密度 gcm3 拉伸强度 Mpa 伸长率 % 冲击韧度 kJm-2 体积电阻 率 线胀系数 10-5 低压PE0.940.96101615100103010161113 PP0.900.9130392002.22.5
3、10161012 硬质PVC1.351.453556240221081016518.5 PS1.041.0935847.07.50.51.0101868 ABS1.053557053101610 尼龙61.131.15547815025030110147.9807 均POM1.4370157.61014810 PC1.181.206670501006475101667 F-42.102.2016322004001017101810 有机玻璃1.171.1955772.56.0121410157.0 3. 部分塑料的性能 5 5-1 工程塑料及其成形 三、工程塑料的成形 塑料制品的生产流程 塑料
4、制品生产系统的组成 其中， 成形是 塑料制 品生产 的基础 6 5-1 工程塑料及其成形 1、工程塑料的成形性能及影响因素 工程塑料对各种成形方法、成形工艺及模具结构的适应能 力叫做成形性能。成形性能的好坏直接影响成形加工方法 的选择、加工的难易程度和塑料制品的质量和成本，同时 还影响生产效率等。 影响成形性能的因素主要有： 粘度 收缩性 吸湿性 定向作用 7 5-1 工程塑料及其成形 粘度及其影响因素 工程塑料在成形过程中，绝大多数处于粘流态，因为塑料在 这种状态下易于流动和变形。在成形过程中应根据塑料的种 类、成形工艺、成形方法、成形设备等选取合适的粘度。 影响粘度的主要因素：聚合物的相对
5、分子质量、温度 收缩率及其影响因素 影响收缩率的主要因素：塑料的种类、制品形状、成形工艺 条件等 吸湿性 塑料中各种添加剂对水的敏感程度 定向作用 塑料中细而长的纤维状填料和聚合物本身成形时会顺着流动 的方向做平行的排列 8 5-1 工程塑料及其成形 2、工程塑料的成形方法 部分塑料对成形方法的适应性 9 5-1 工程塑料及其成形 （1）注射成形 注射成型又称注塑模塑或注射法。 应用：热塑性塑料（是热塑性塑料的重要的成型方法之一）。 及少用于热固性塑料的成型。 特点：生产率高、周期短、对热塑性塑料的适应性强、生产中 易于实现自动化、能一次成型形状复杂、精度高、带有嵌件的 塑料制品。 注射成型设
6、备：柱塞式注射机或螺旋式注射机 10 5-1 工程塑料及其成形 注射成型 11 5-1 工程塑料及其成形 （2）挤压成型 又称挤出成形或挤塑成形，他与金属压力加工中的金属型材挤 压原理相同，常用于热塑性塑料“等截面型材”的生产。 挤出成型 12 5-1 工程塑料及其成形 （3）吹塑成形 它是借助压缩空气，使处于高弹态或粘流态的中空塑料型坯 发生吹胀变形，然后经冷却定型获得塑料制品的方法。塑料 型坯可用注射成形或用挤出成形的方法获得。吹塑成形的设 备是注射机、挤出机、模具系统。 吹塑成形 13 5-1 工程塑料及其成形 （4）压制成形 压制成形又称压缩成型 或模压成形，通常用于 热固性塑料的成形
7、。如 酚醛塑料、氨基塑料制 品几乎都是压制成形的 。压制成形多为间歇成 形，周期长，效率低， 劳动强度大，难以实现 自动化。 压制成形过程示意图 压制成形 14 5-1 工程塑料及其成形 塑料的浇铸成形是借鉴液态金属浇铸成型的方法而形成的 。其成型过程是将已准备好的浇铸原料（通常是单体经初步聚 合或缩聚的浆状物或聚合物与单体的溶液等）注入一定的模具 中并使其固化（完成聚合或缩聚反应），从而获得与模具型腔 相吻合的塑料制品。 浇铸成型的生产特点：投资小（因浇铸成型时不施加压力， 对模具和设备的强度要求不高），产品内应力低，对产品的尺 寸限制较小，可生产大型制品。缺点是成型周期长，制品的尺 寸准确
8、性较低。 （5）浇铸成形 15 5-1 工程塑料及其成形 3、塑料制品的加工 塑料制品的加工是指塑料制品成形后的再加工，亦称二次加 工。主要有机械、接合和表面处理等。 16 5-1 工程塑料及其成形 4、典型塑料模具 17 5-1 工程塑料及其成形 根据模具上各部件的作用不同，一般注塑模可由以下几个部 分组成： 1)成型零部件 成型零部件是指定、动模部分中组成型腔 的零件。通常由凸模（或型芯）、凹模、镶件等组成，合 模时构成型腔，用于填充塑料熔体，它决定塑件的形状和 尺寸。 2)浇注系统 浇注系统是熔融塑料从注塑机喷嘴进入模具型 腔所流经的通道，它由主流道、分流道、浇口和冷料穴组 成。 18
9、5-1 工程塑料及其成形 3)导向机构 导向机构分为动模与定模之间的导向机构和顶出 机构的导向机构两类。前者是保证动模和定模在合模时准确对 合，以保证塑件形状和尺寸的精确度；后者是避免顶出过程中 推出板歪斜而设置的。 4)脱模机构 用于开模时将塑件从模具中脱出的装置，又称顶 出机构。其结构形式很多，常见的有顶杆脱模机构、推板脱模 机构和推管脱模机构等。 19 5-1 工程塑料及其成形 5)侧向分型与抽芯机构 当塑件上的侧向有凹凸形状的孔 或凸台时，就需要有侧向的凸模或型芯来成型。在开模推出 塑件之前，必须先将侧向凸模或侧向型芯从塑件上脱出或抽 出，塑件才能顺利脱模。使侧向凸模或侧向型芯移动的机
10、构 称为侧向抽芯机构 20 5-1 工程塑料及其成形 6)加热和冷却系统 为了满足注塑工艺对模具的温度要求，必须 对模具温度进行控制，所以模具常常设有冷却系统并在模具内部 或四周安装加热元件。冷却系统一般在模具上开冷却水道。 7)排气系统 在注塑成型过程中，为了将型腔内的空气排出，常 常需要开设排气系统，通常是在分型面上有目的地开设若干条沟 槽，或利用模具的推杆或型芯与模板之间的配合间隙进行排气。 小型塑件的排气量不大，因此可直接利用分型面排气，而不必另 设排气槽。 8)其它零部件 如用来固定、支承成型零部件或起定位和限位作 用的零部件等。 模具的装配过程 21 5-2 橡胶及其成形 橡胶是一
11、种高弹性的高分子材料,弹性伸长率可 达百分之几百。由于橡胶具有柔软性、弹性、 粘弹性，因此在振动、交变应力等的周期作用 下，可产生滞后损失，表现出明显缓冲、减振 作用。另外其气密性、防水性优良。 1、橡胶的分类 橡胶分为天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶主要来源于三叶橡胶 树，当这种橡胶树的表皮被割开时，就会流出乳白色的汁液， 称为胶乳，胶乳经凝聚、洗涤、成型、干燥即得天然橡胶。合 成橡胶是由人工合成方法而制得的，采用不同的原料（单体） 可以合成出不同种类的橡胶 22 5-2 橡胶及其成形 2、橡胶制品的组成 23 5-2 橡胶及其成形 3、常用的橡胶材料 24 5-2 橡胶及其成形 4、橡胶制品的
12、成形技术 （1）橡胶的压制成形 1）压制成形工艺流程 塑炼混炼制坯片材、管材、型材裁切 模压硫化修边检验成品 25 5-2 橡胶及其成形 关键工序： 塑炼 在一定的温度下利用机械挤压、辊轧等方法， 使生胶分子链断链，使其由强韧的弹性状态转变为柔 软、具有可塑性的状态的加工工艺过程。 混炼 为了提高橡胶制品的使用性能，改进橡胶的工 艺性能和降低成本，将各种配合剂混入生胶中，制成 质量均匀的混炼胶的工艺过程。 模压硫化 它包括加料、闭模、硫化、起模和模具清 理等步骤。胶料经闭模加热加压后成形，经过硫化使 胶料分子交联，成为具有高弹性的橡胶制品。 26 5-2 橡胶及其成形 2）压制工艺 橡胶压制成
13、形工艺的关键是控制模压硫化过程。硫 化过程控制的主要参数是硫化温度、压力和时间等。 硫化温度 橡胶发生硫化反应的基本条件。硫化温度高 ，硫化速度快，生产效率就高。但是硫化温度过高会使 橡胶高分子链裂解，从而使橡胶的强度、韧度下降，因 此硫化温度不宜过高。 硫化时间 在硫化过程中，硫化胶的各项物理、力学性 能达到或接近最佳点时，此种硫化程度称为正硫化或最 宜硫化。在一定温度下达到正硫化所需的硫化时间称为 正硫化时间，一定的硫化温度对应有一定的正硫化时间 。硫化时间决定硫化程度，通常制品的尺寸越大或越厚 ，所需硫化的时间越长。 27 5-2 橡胶及其成形 硫化压力 为使胶料能够流动充满型腔，并使胶
14、料中的气体 排出，应有足够的硫化压力 。增加压力能提高橡胶的力学性 能，延长制品的使用寿命。但是，过高的压力会加速分子的 降解作用，反而会使橡胶的性能降低。对硫化压力的选取应 考虑胶料的配方、可塑性、产品的结构等因素。 3）压制模具 橡胶压制模与一般塑料压塑模结构相同。但橡胶模有自 身特殊的要求,在设计时要注意： 测温孔 硫化温度的误差应控制在+2范围，在压制模型腔 附近必须设置测温孔。 流胶槽 由于在加料时一般有5%10%的余量，为保证制品精 度，在型腔周围设置流胶槽，使多余的胶料排出。 轮胎硫化动画 28 5-2 橡胶及其成形 （2） 橡胶注射成形 1）橡胶注射成形工艺过程 橡胶注射成形是
15、在专门的橡胶注射机上进行的。橡胶注射 成形的工艺过程主要包括胶料的预热塑化、注射、保压、硫化 、脱模和修边等工序。 2）注射成形工艺条件 注射成形工艺条件主要有料筒温度、注射温度、注射压力 、模具温度和成形时间。 料筒温度 胶料在料筒中加热塑化，在一定温度范围内，提高 料筒温度可以使胶料的粘度下降，流动性增加，有利于胶料的 成形。 29 5-2 橡胶及其成形 注射温度 胶料除受料筒的加热外，在注射过程中还受到 摩擦热，故胶料的注射温度均高于料筒温度。注射温度高 硫化时间短，易出现焦烧。因此在不产生焦烧的情况下， 尽可能使温度接近模具温度。 注射压力 注射时螺杆或柱塞施于胶料单位面积的力。注 射压力大，有利于胶料充模和硫化。 模具温度 在注射成形中，由于胶料在充型前已经具有较 高的温度，充型之后能迅速硫化，表层与内部的温差小，
