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1、金属与非金属的特点,金属材料-强度高、硬度高并具有一定塑性、韧性等力学性能和良好的加工工艺性能及导电性能 ,但是耐高温性能及耐腐蚀性能差. 非金属材料-具有金属材料不具备的某些独特性能(如耐高温，耐腐蚀,绝缘等),加之非金属材料的原料来源丰富，制造、加工容易，节约能源。,第十章 非金属材料及其成形,非金属材料内容,第十章 非金属材料及其成形,高分子材料内容,第十章 非金属材料及其成形,10.1 塑料的组成及特点,1 塑料的组成塑料的主要成分是合成树脂（为各种单体通过聚合反应合成的高 聚物）+填料或增强剂（如木粉、碎布、纤维等）+各种添加剂（增 塑剂固化剂、润滑剂、稳定剂、着色剂、阻燃剂等）。2
2、 塑料的特性密度小、耐腐蚀、绝缘、耐磨、减摩、成形性好3 常用的工程塑料1）热塑性塑料聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、 聚苯乙烯（PS）、ABS塑料、聚酰胺（PA）、聚甲醛（POM）、 聚碳酸脂（PC）、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）,第十章 非金属材料及其成形,塑料制品的简单生产流程图,塑料制品的简单生产流程图,第十章 非金属材料及其成形,塑料制品生产系统的组成,成形,注射成形 压制成形 挤出成形 吹塑成形 压延成形 发泡成形 热成形 其它成形,机械加工,切削 抛光转鼓滚光 连接其它,修饰,涂盖金属彩饰其它,焊接 粘
3、接 机械连接,第十章 非金属材料及其成形,10.1.1 工程塑料的成形性能及其影响因素,第十章 非金属材料及其成形, 粘度及其影响因素 收缩性 吸湿性 塑料中各种添加剂对水的敏感程度叫做吸湿性。 定向作用 塑料中的细而长的纤维状填料（如木粉、短玻 璃纤维等）和聚合物本身，成形时会顺着流动的方向做平行的排列 这种排列称为定向作用。 其它,粘度及其影响因素,塑料的物理聚集状态可归纳为结晶态、玻璃态、高弹态和粘流 态，工程塑料在成形过程中，绝大多数是处于粘流态。因为塑料在 这种状态下易于流动和变形。而其粘度越高，则流动性和变形能力 越差。影响塑料粘度的主要因素有：聚合物分子量的影响 聚合物的分子量越
4、大，缠结程度越 严重，流动时所受的阻力越大，则聚合物熔体的粘度越高。注射成 形要求粘度低，挤压成形要求粘度高，吹塑成形要求中等粘度。 温度的影响 温度升高，降低聚合物的粘度。但是，不同 聚合物熔体对温度的敏感性不完全相同。剪切速率的影响 聚合物熔体的粘度随剪切应力（或剪切 速率）的增加而降低。但不同聚合物熔体的粘度对剪切作用的敏感 程度不一样。压力的影响 聚合物熔体的粘度随压力的增大而升高。,第十章 非金属材料及其成形,其它,塑料在成型过程中聚合物熔体的流动除表现粘性流动和变形外，还不同程度呈现出弹性变形。一个明显的实例就是塑料在挤压时的出模膨胀现象，这种现象在低分子液体中不会出现。弹性变形对
5、塑料的成型加工有很大的影响，它将影响制品或型坯的尺寸稳定性，表面光滑程度等。,第十章 非金属材料及其成形,10.1.2 工程塑料的成形方法,注射成形 压制成形 层压成形 挤出成形 吹塑成形 压延成形 热成形 浇铸成形 发泡成形,第十章 非金属材料及其成形,注射成形,注射成形(注射模塑或注射法)的特点 注射成形过程 注射成形设备,第十章 非金属材料及其成形,注射成形是热塑性塑料的重要成型方法之一。几乎所有热塑性塑料都可以用注射法成型。近年来注射成形已成功地用于某些热固性塑料的成形。注射成型具有成型周期短，生产率高，能一次成形空间几何形状复杂、尺寸精度高、带有各种嵌件的塑料制品，对各种成型塑料的适
6、应性强，生产过程易于实现自动化等优点。,注射成形的特点,第十章 非金属材料及其成形,注射成形过程,注射成形过程是将粒状或粉状塑料从注射机的料斗送进加热的料筒，经加热熔化至粘流态后，由柱塞或螺杆的推动而通过料筒端部的喷嘴并注入温度较低的闭合塑模中，充满塑模的熔料在受压的情况下，经冷却固化后即可保持塑模型腔所赋予的形状，最后松开模具顶出制品。,第十章 非金属材料及其成形,注射成形的设备,注射成形的设备是注射机,注射成形的设备是注射机。有柱塞式和螺杆式两种型式。它们的功能有两个：其一是加热塑料，使塑料达到粘流状态；其二是对塑料熔体施加压力，使其射出充满模具型腔。柱塞式注射机结构简单，但存在控制温度和
7、压力较困难、熔化不均匀、注射压力损失大、注射容量有限等不足，现已逐步被螺杆式注射机取代，螺杆式注射机具有加热均匀、塑料可在料筒内得到良好的混合和塑化、注射量大等优点。在选用注射机类型时应根据实际情况而定。生产60克以下的小型塑料制品多选用柱塞式注射机，而那些粘度对温度敏感性大的塑料、流动性差的塑料，以及大、中型塑料制品的生产多选用移动式螺杆注射机。注射机的规格大小以最大注射容量表示。通常该注射容量可用重量表示。如聚苯乙烯的密度为1.05g/cm3，近似于1.0g/cm3，若注射容量为60，则表示该机的最大注射量为60克聚苯乙烯。,柱塞式注射机 螺杆式注射机,第十章 非金属材料及其成形,注射机和
8、塑模的剖面图,请看动画,注射机和塑模的剖面图,第十章 非金属材料及其成形,动画,注射模结构,第十章 非金属材料及其成形,压制成形及其特点,压制成形又称压缩成型或模压成形，是塑料加工中最传统的工艺方法。压制成形通常用于热固性塑料的成形。因为热塑性塑料在压制时模具需要交替地加热与冷却，生产周期长，故热塑性塑料的成形常以注射成形更为经济，只有在成形较大平面的热塑性塑料制品时才采用压制成形方法。压制成形的主要特点是：设备和模具结构简单，投资少，可以生产大型制品，尤其是有较大平面的平板类制品，也可以利用多槽模大量生产中、小型制品。制品的强度高。但压制成形的生产周期长，效率低，劳动强度大，难以实现自动化。
9、,第十章 非金属材料及其成形,压制成形过程,热固性塑料压制成形是将粉状、粒状或纤维状的热固性塑料放入成型温度下的模具型腔中，然后闭模加压，在温度和压力作用下，热固性塑料转为熔融的粘流态，并在这种状态下流满型腔而取得型腔所赋予的形状，随后发生交联反应，分子结构由原来线型分子结构转变为网状分子结构，塑料也由粘流态转化为玻璃态，即硬化定型成塑料制品，最后脱模取出制品。,压制成形过程示意图,第十章 非金属材料及其成形,压制成形主要设备,压制成形主要设备是压机和模具 . 压机多数为液压机，吨位自几十吨至几百吨不等。压制成形用的模具按其结构特征可分为三类；溢式、不溢式和半溢式模具，其中以半溢式模具用得最多
10、。下图为溢式塑模示意图.,溢式塑模闭模后多余的塑料将从溢料缝溢出并与型腔内部的塑料仍有连接，脱模后就附在制品上成为毛边。该种模具适于压制扁平或近于碟型的制品。加料量不作精确要求，只要稍有盈余便可。,第十章 非金属材料及其成形,不溢式塑模示意图,第十章 非金属材料及其成形,半溢式塑模示意图,无支承面半溢出式塑模示意图,第十章 非金属材料及其成形,层压成形,层压成形是指用成叠的、浸有或涂有树脂的片状底材，在加热和加压下制成坚实而又近于均匀的板状、管状、棒状等简单形状塑料制品的成型过程。因此方法涉及的物料除聚合物外还有诸如纸张、木材等材料，故将此内容放在后续的复合材料一节中详叙。,第十章 非金属材料
11、及其成形,挤出成形,挤出成形又称挤塑成形。主要用于生产棒材、板材、线材、薄膜等连续的塑料型材.。挤出成形过程总体可分两个阶段：第一阶段是使固态塑料塑化（即使塑料转变成粘流态）并在加压情况下使其通过特殊形状的口模而成为截面与口模形状相似的连续体；第二阶段是用适当的处理方法使挤出具有粘流态的连续体转变为玻璃态的连续体，即得到所需型材或制品。挤出成形适用于热塑性塑料，而且采用干法塑化和螺杆式挤出机。成形特点是：成形过程是连续的，生产率高，制品内部组织均衡致密。尺寸稳定性高，模具结构简单，制造维修方便，成本 低。此外，挤出成形工艺还可用于塑料的着色、造粒和共混改性等。,第十章 非金属材料及其成形,挤出
12、成形过程,第十章 非金属材料及其成形,吹塑成形,吹塑成形的特点 吹塑成形设备 吹塑成形过程,第十章 非金属材料及其成形,吹塑成形特点及设备,吹塑成形包括注射吹塑成形和挤出吹塑成形两种。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。塑料型坯是用注射成形或用挤出成形生产的。吹塑成形的设备是注射机、挤出机、模具及模具中的冷却系统。,第十章 非金属材料及其成形,吹塑成形过程（静态）,吹塑成形过程（动态）,第十章 非金属材料及其成形,压延成形,压延成形及生产过程 压延成形设备 压延成形的特点,第十章 非金属材料及其成形,第十章 非金属材料及其成形,压
13、延成形及生产过程,压延成形设备,压延成形的主要设备是压延机、挤压机和辊压机。根据辊筒数目，压延机有双辊、三辊、四辊、五辊、六辊。双辊压延机主要用于原材料的塑炼和压片。压延成形常以三辊或四辊压延机为主。三辊压延机辊筒的排列方式有I型、三角型等几种，四辊压延机辊筒的排列方式有I型、倒L型、正Z型、斜Z型等。,压延机辊筒排列形式 辊筒的结构,热成形,热成形是利用热塑性塑料的片材作为原料来制造塑料制品的一种塑料成型方法。原料片材可用浇铸、压延或挤出等方法获得。因此，热成型可以认为是二次成型。热成型的过程是：先将裁成一定尺寸和形状的塑料片材夹在框架上，塑料片材被加热至热弹状态，然后借助施加的压力使塑料片
14、材贴近模具的型面，得到与模具型面相仿的形状，经冷却脱模后获得制品。 各种热成型方法主要包括5个基本内容：片材的夹持、片材的加热、成型、冷却和脱模。热成型适应的塑料种类有各种类型的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、ABS、聚丙稀，聚酰氨、聚碳酸脂和聚对苯二甲酸乙二酯等。与注射成型相比热成型的特点是生产率高（如采用多槽模生产时，生产速度可达1500件/分钟），设备投资少，能生产面积大的塑料制品。缺点是后续加工工序多，成本高。,第十章 非金属材料及其成形,浇铸成形,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
15、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。浇铸时原料是在重力作用下充满型腔的，故称为静态浇铸成型。若改变原料的受力形式，又可发展成其它的浇铸成型方法，如嵌铸成型、离心浇铸成型、搪塑和滚塑成型等。浇铸成型的生产特点是：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，制品的尺寸准确性较低。,第十章 非金属材料及其成形,发泡成形,发泡成形用来生产泡沫塑料。所谓泡沫塑料是以树脂为基础而内部具有许多微孔性气体的塑料制品，又称多孔塑料或微孔塑料。泡沫塑料常被用作绝热、
16、绝缘、吸震、隔音、漂浮材料等。泡沫塑料的发泡方法有物理发泡、化学发泡和机械搅拌发泡三种。泡沫塑料根据其弹性模量的大小可分为软质泡沫塑料、半硬质泡沫塑料和硬质泡沫塑料。在23和50%相对湿度时弹性模量大于7000Pa 的泡沫塑料称为硬质泡沫塑料，小于700Pa的称为软质泡沫塑料，介于7000700Pa的称为半硬质泡沫塑料。应该注意，即使弹性模量相当的泡沫塑料，其它力学性能可能有较大的差别。泡沫塑料也可根据密度分为低发泡、中发泡和高发泡泡沫塑料。低发泡泡沫塑料密度大于0.4g/cm3；中发泡泡沫塑料密度在0.10.4g/cm3之间；高发泡泡沫塑料密度小于0.1g/cm3。常用于制造泡沫塑料的树脂有：聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨脂、脲甲醛、环氧等。,
