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1、注塑成型工艺及塑料模具设计 江南大学机械学院模具技术研究室 周建华 生产合格的塑料制品必须从以下四方面考虑 1 塑料制品的结构 2 注塑用原材料的品质 3 塑料模具的结构 4 注塑成型工艺 塑料模具制造 塑料产品设计 塑料模具设计 塑料产品 相互影响相互关联 模塑成型工艺设计 第一章 塑料概论 本章重点 1 塑料的定义及组成 2 塑料的分类 特点及主要成型方法 3 常用高分子材料的名称及特性 第一章 塑料概论 1 塑料定义 塑料 是以树脂为主要成分的高分子聚合物 在一定的温度 和压力条件下 具有流动性 可以模塑成一定的几何形状和尺 寸 并在固化后保持其形状不变 树脂 天然树脂 合成树脂 天然树
2、脂 是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物质 如松香 琥珀 虫胶等 合成树脂 是指由简单有机物经化学合成或某些 天然产物经化学反应而得到的树脂产物 2 塑料组成 主要 合成树脂 主要 填充剂 改善性能 降低成本 增塑剂 稳定剂 防止老化 由于紫外线 氧气作用 润 滑剂 脱模 固化剂 影响硬度 着色剂 发泡剂 阻 燃剂等 主要组成 聚合物合成树脂 40 100 辅助材料 增塑剂 填充剂 稳定剂 润滑剂 着色剂 发泡剂 增强材料 辅助材料作用 改善材料的使用性能与加工性能 节约树脂材料 贵 1 按制造方法分 加聚反应和缩聚反应 3 塑料分类 分类方法较多 nCH2 CH2 CH2 CH2 n
3、 乙烯聚乙烯 C2H5 O C2H5 H2O 加聚反应的特点 加聚反应特点 加聚反应特点 反应前后分子数相同 由单体变成聚合物是化学键作用 反应中分子没有附属产物产生 加聚反应可得的是线形高聚物 缩聚反应的特点 C2H5 O C2H5 缩聚反应特点 缩聚反应特点 反应前后分子个数不同 由单体变为聚合物是由于官能团的作用 反应中分子有附属产物产生 缩聚反应既可能得线型高聚物也可能得网型或体型高聚物 2 按成型工艺分 热塑性塑料 由加聚反应制成 具有线型分子链结构 加热 变软 冷却硬化 可以反复成型 在成型过程中 只发生物理变化 冷却定型 而无化学变化 并且过程可逆 热固性塑料 以缩聚反应制成 以
4、缩聚树脂为主 另加入 固化剂 具有网状分子链结构 一旦固化成型 加热不软化 不 可以反复成型 在成型过程中 当温度达到固化剂产生交联化学反应的温度 时 其分子结构从链状结构变为网状结构 而固化 再加热也不 再变化 成型过程中既有物理变化 又有交联化学反应 变化过程不可逆 高聚物分子链的空间构型形式 abc d a 线状 b 支链状 c 网状 d 体型状 3 塑料分类 通用塑料 指产量大 用途广 价格低廉的一类塑料 如 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 醛酚塑料 氨基塑料占塑料产量的60 工程塑料 指机械性能高 可替代金属而作工程材料 的一类 尼龙 聚碳酸脂 聚甲醛 以塑代钢 4 塑料特点 密
5、度小 质量轻 密度 0 9 2 3g cm 3 大多数在1 0 1 4 钢的1 6 铝的1 2 发泡塑料 0 189g cm 3 大 多数在0 01 0 5 汽车 飞机的内饰件 以塑代钢 减轻重量 降低油耗 比强度高 单位质量计算材料抗拉强度 钢材 160MPA 玻璃纤维增强塑料 400MPA 耐腐蚀强 聚四氟乙稀 塑料王 减摩 抗震 汽车 飞机内饰件 另外 电气绝缘性能优良 绝热性好 易成型加工性 比金属易 缺点 钢性差 耐热性差 热膨胀系数大 10 5 一般金属10 6 散热差 易蠕变 老化 蠕变 塑料长期在载荷的作用下 即使温度不升高 也易产生 塑性流动的现象 老化 降解 聚合物在高温
6、应力 氧气 水分等外部 条件的作用下发生化学反应 导致分子链断裂 从而发 生弹性消失 强度降低 使用寿命简短等现象 常用热塑性塑料 聚乙烯 PE HDPE LDPE 各种包装瓶 包装袋 无毒 无味 乳白色 聚氯乙烯 PVC 有较好的抗拉 抗弯 抗压性能 广泛用于建筑管材 聚苯乙烯 PS 无色无味 透明 易产生应力破碎 常用于 光学透明件 如 仪表盘 聚丙烯 PP 无色无味 透明 有较好的抗弯性能 可承受 7 10 7次弯曲而不断裂 如 注射器 餐具 PP耐折无毒 可透明 所以用PP做外壳的产品一般用在洗浴用品和食品包装上 对尺寸精度和结构强度要求不高 但它的缺陷也是显而易见的 如强度不高 易顶
7、白 缩水大等等 所以在有结构强度要求的场合一般不采用 聚酰胺 PA 尼龙 无毒 无味 吸水性大 收缩性大 尺寸稳定性差 减摩 耐摩性 自润滑性好 工程塑料首选 丙烯晴 丁二烯 苯乙烯共聚物 ABS 成型性能好 广泛应用于家电外壳 常用热塑性塑料 聚四氟乙稀 PTFE 密度2 3 最重的塑料 强烈抗腐蚀 摩擦系数塑料中最小 广泛应用于传动件 人工血管等 聚砜 PSF 出色的耐热耐氧化性 耐高温 260 C 聚碳酸酯 PC 抗冲击强度最大 韧而刚 制件精度高 本色微黄 加入少量淡蓝色即为无色透明 透光率90 广泛应用于传动齿轮 链轮 凸轮 灯罩 光盘 聚甲醛 POM 白色或淡黄色 综合性能好 强度
8、刚度好 减摩 耐摩性好 尺寸稳定 吸水性小 但热稳定性差 常用于传动件 如 光驱齿轮 聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA 有机玻璃 透明性好 较高的 抗冲击韧性 密度1 18为硅玻璃的一半 轻 缺点 表面容易拉毛 广泛应用于汽车 飞机门窗 6 常用塑料成型方法 热塑性塑料 注塑成型 注射成型 挤出成型 中空成型 吹塑 吸塑 气体辅助成型 热固性塑料 压缩成型 压注成型 塑料成型方 法及其模具 压注模 注射模 压缩模 吹塑模 发泡模 搪塑模 挤出模 热压印模 彩印模 6 常用塑料成型方法 注塑成型 注射成型 注射原理 6 常用塑料成型方法 中空成型 吹塑 吸塑 吹塑成型压机 吹塑原理 吸塑成型 真空成型
9、模具 真空成型产品 挤出成型 挤出成型过程 挤出机头 挤出成型产品 气辅成型 气辅成型塑件 气辅模具 模具配置气针装置 由 气体产生器 惰性气体 向气针装置供气 以实现 气辅 压缩成型 压缩成型压机 压缩成型产品 压缩成型模具 压注成型 压注成型压机 压注原理 压注成型产品 七 热塑性塑料与热固性塑料有关成型方面的区别 成型前 塑 料中树脂 分 子结构 使制品固 化定型的 模具温度 条件 成型后 塑料中 树脂分子 结构 成型过程 中树脂所 发生的 变化 制品的熔 化 溶解 性能 塑料的使 用性 常采用的 成型方法 热 塑 性 塑 料 线型或支 链状线型 聚合物分 子 冷却 基本与成 型前的相
10、同 物理变化 可能有 少 量分解或 交链现 象 发生 可熔化 可溶解 反复多次 使用 可 回收废料 注射 挤 出 吹塑 等 热 固 性 塑 料 线型聚合 物分子 加热 提 供交联反 应温度 转变为 体型分子 既有物理 变化 又 有 化学变化 有低分子 析出 既不可熔 化 也不 可溶解 一次性使 用 因成 型过程不 可逆 压缩 或压 注 有的 品种可以 采用注射 1 塑料成型技术的发展 2 模具加工技术发展趋势 开发优质模具材料和先进的表 面处理技术 普及应用CAD CAE CAM技术 模具的高速测量 加工技术 逆向工程与并行工程 模具标准化 8 注塑成型技术的发展 成型理论的发展 成型方法的革新 塑料模具精密 大型 复杂 长寿命 模具设计 加工过程仿真软件有UG CATIYA PRO E等 流道优化设计分析 模具冷却系统设计 分析 气辅 气体穿透分析 温度分析 温度分析 模具冷却系统设计分析 气辅 气体穿透分析 塑料成型理论
