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1、机械工业出版社,第五章 高分子材料极其成形,产品造型材料与工艺,2,5.1 高分子材料概述 高分子材料也称为聚合物材料，是以高分子化合物（树脂）为基体，再配有其它添加剂（助剂）所构成的材料。高分子材料可分为天然高分子材料、合成高分子材料及高分子复合材料等。通常所指的高分子材料指的是合成高分子材料。 5.1.1 高分子材料的类别 1.按聚合物的性能和用途分类 （1）塑料 （2）纤维 （3）橡胶 2. 按聚合物的热行为分类 （1）热塑性高分子材料 （2）热固性高分子材料,第五章 高分子材料成形,3,5.1.2 高分子材料的加工性能 高分子材料具有一些特有的加工性能，这些加工性能为高分子材料提供了适
2、用多种的加工技术的可能性，也是高分子材料能够得到广泛应用的重要原因。 一、力学性能 1.高弹性 2.粘弹性：（1）蠕变和应力松弛 ；（2）滞后和内耗 3.强度 4.断裂 5.韧性 6.耐磨性 二、电学和物理化学性能 1.电学性能 2.热性能 3.化学稳定性,第五章 高分子材料成形,4,5.1.3 高分子材料的成形加工 1. 塑料的成形加工 塑料成形加工一般包括原料的配制和准备、成形及制品后加工等几个过程。塑料成形的方法很多，包括挤出成形、注射成形、模压成形、压延成形、铸塑成形、模压烧结成形、传递模塑、发泡成形等。 2. 橡胶的成形加工 橡胶的加工分为两大类：一类是干胶制品的加工生产，另一类是胶
3、乳制品的生产。干胶制品的原料是固态的弹性体，其生产过程包括塑炼、混炼、成形、硫化四个步骤；胶乳制品则是以胶乳为原料进行加工生产的，其生产工艺大致与塑料糊的成形相似。 3. 化学纤维的成形加工 化学纤维的成形加工主要是纺丝方法，而纺丝又分为熔融纺丝和溶液纺丝两大类。,第五章 高分子材料成形,5,5.2 塑料极其成形工艺 5.2.1 塑料概述 1868年，第一种塑料问世，现在塑料品种已达80余种，应用到了生产、生活的各个方面才，成为了产品中利用率最高的材料。 1.塑料的特性 （1）易成形、成本低 （2）高强度、质量轻 （3）耐腐蚀、性稳定 （4）透明性好、着色性强 （5）绝缘性强、耐磨性高 （6）
4、减震消音、透光保温 2.塑料的缺陷 （1）耐热性差 （2）易变形 （3）有“老化”现象,第五章 高分子材料成形,6,5.2.1 塑料概述 3.塑料的类别极其特性 塑料是以合成树脂为主要原料，适量加入填充剂、增塑剂、润滑剂、稳定剂、固化剂、阻燃剂、着色剂等添加剂，在一定温度和压力下塑制成形的一种高分子材料。一般按照热行为和应用进行分类 按热行为可分为： （1）热塑性塑料：在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化，其性能也不发生显著改变的塑料。 （2）热固性塑料：因受热或者其它条件（固化剂、紫外线等）下能固化的塑料。 按应用可分为： （1）通用塑料：指产量大、用途广、成形性好、价格低廉的塑料。 （
5、2）工程塑料：指能承受一定的外力作用，并具有良好的力学性能和尺寸稳定性，可用作工程材料或结构材料的塑料。 （3）特种塑料：是指具有特种功能，能满足特殊使用要求的塑料。 （4）增强塑料：由树脂和增强材料相结合而成，用来提高塑料机械强度的复合材料。,第五章 高分子材料成形,7,5.2.2 塑料的主要成形方法 1.注塑成形 注塑成形是将粉粒状的塑料原料先在加热料筒中均匀塑化，然后由柱塞或移动螺杆将粘流态塑料用较高的压力和速度注入到预先合模的模具中，冷却硬化而成所需制品的成形方法。注塑成形是最重要的成形方法之一，几乎适用于所有的热塑性塑料，随着技术的发展，也用于某些热固性塑料，与产品设计的关系最为紧密
6、。 注塑成形一般要有专业设备，图5-1为卧式注射机。,第五章 高分子材料成形,图5-1 卧式注射机,8,5.2.2 塑料的主要成形方法 2.挤出成形 挤出成形又称挤压模塑或挤塑成形，是在挤出机中通过加热、加压而使物料以流动状态连续通过挤出模成形的方法，主要适合热塑性塑料的成形，也适合一部分流动性较好的热固性塑料和增强塑料的成形。图5-2为挤出成形原理图。,第五章 高分子材料成形,图5-2 挤出成形原理图,9,5.2.2 塑料的主要成形方法 3.压制成形 压制成形是热固性塑料成形法的一种，又分为模压法和层压法两种： （1）模压法 将热固性树脂预热后，置于开放的模穴中，然后闭模加热加压，直至材料硬
7、化为止。模压塑料的特点是质地致密，尺寸精确，外表平整光洁，但成形效率较低，主要用来加工电器开关、插座、餐具、厨具等形状和结构比较简单的日用品。 （2）层压法 将由玻璃纤维或其它纤维做出的薄片填料布，用热固性液态树脂浸渍，然后将其叠成所需厚度，在高压和高温下使其固化而成。层压塑料的特点是强度高，表面平整光洁，生产效率高，用途广，常用于加工增强塑料板材、管材、棒材和胶合板等。,第五章 高分子材料成形,10,5.2.2 塑料的主要成形方法 4.吹塑成形 又称中空成形，是将挤塑机挤出的熔融热塑性树脂坯料夹入模具，然后向坯料内吹入空气，在空气压力的作用下、熔融的坯料膨胀与模具结合，冷却后开模取出，形成定
8、型产品的方法。该方法主要用于生产瓶状的中空薄壁产品。图5-3为吹塑成形过程图。,第五章 高分子材料成形,图5-3 吹塑成形过程,11,5.2.2 塑料的主要成形方法 5.压注成形 又称传递成形，是热固性塑料的主要成形方法之一。是将塑料粒料装入模具的加料室内，在加热、受压下熔融的塑料通过模具加料室底部的浇注系统充满型腔，然后固化成形的方法。压注成形法的特点是兼具模压成形和注射成形的优点，产品尺寸精确，生产周期短，模具结构复杂，适合于形状复杂和带嵌件的产品。图5-4为压注成形原理图,第五章 高分子材料成形,图5-4 压注成形原理图,12,5.2.2 塑料的主要成形方法 6.发泡成形 又称蒸汽成形，
9、是先将塑料粒预发泡，经过一定时间的熟成后，将其填入铝合金制作的模具中使用蒸汽加热而成形的方法。目前广泛应用的是聚乙烯、聚苯乙烯和聚氨酯等热塑性树脂泡沫塑料，主要用于生产水杯、冰淇淋盒、周转箱、包装箱中的减震材料、家具用夹心材料以及建筑用隔热材料等。图5-5为发泡成形过程示意图。 。,第五章 高分子材料成形,图5-5 发泡成形过程,13,5.2.2 塑料的主要成形方法 7.铸塑成形 又称浇铸成形，是将加有固化剂和其它辅助剂的液态树脂混合物料倒入成形模具中，在常温或加热条件下使其固化而成为具有一定形状制品的方法。该成形法的优点是工艺简单，成本低，制品尺寸不受限制，可生产形状简单、尺寸精度不高的大型
10、产品，适用于流动性大同时又具有收缩性的塑料；缺点是成形周期长，制品尺寸的精确性较差等。图5-6为铸塑成形法示意图。,第五章 高分子材料成形,图5-6 铸塑成形法,14,5.2.2 塑料的主要成形方法 8.真空成形 将热塑性塑料片置于模具中压紧，借助加热器将塑料片加热，使之软化，然后将模具型腔抽取真空，借助大气的压力将软化的塑料片压入模内并使之紧贴模具，冷却后得到所需的塑料制品的成形方法。该方法的优点是对模具材料盒加工要求较低，缺点是制品厚度不太均匀，无法制造形状复杂的产品。图5-7所示为真空成形过程。,第五章 高分子材料成形,图5-7 真空成形过程,15,5.2.3 塑料制品的加工 通常，塑料
11、制品的加工是指塑料制品成形后的二次加工。 1.塑料的机械加工 对有较高尺寸精度和表面质量要求的塑料零件，需在成形后对其进一步进行机械加工；对于某些形状简单的塑料件，可用棒材、管材和板材等塑料型材直接进行机械加工；对于带有小孔、深孔和螺纹的塑料零件，用后续机械加工比直接成形更经济实用。 塑料的机械加工与金属材料的切削加工大致相同，一般包括锯切、钻孔、车销、铣削、攻螺纹、铰孔、滚花等。 2.表面装饰 塑料制品表面装饰可分为两类：一类是着色；另一类是涂饰、印刷、热烫印等在成形后进行的二次装饰。 （1）着色。这种方法是将色母加入塑料原料中，搅拌均匀后与原料熔化挤出。,第五章 高分子材料成形,16,5.
12、2.3 塑料制品的加工 2.表面装饰 （2）镀饰。将塑料零件表面镀覆金属的一种加工工艺，它能改善塑料零件的表面性能，达到防护、装饰和美化的目的。 （3）烫印。将刻有图案或文字的热模，通过一定的压力，使烫印材料上的彩色锡箔转移到塑料制品表面来获得精美图案和文字的加工方法。 （4）贴膜。是将预先印有图案或花纹的塑料膜紧贴在模具上，在挤塑、吹塑或注塑时，依靠熔融树脂的热量将塑料膜熔合在产品上。如圆珠笔、脸盆、浴盆等产品上的花卉或动物图案就是采用该方法获得的。 （5）涂饰。 （6）丝网印刷。是将设计好的文字或图案，在特制的丝网上腐蚀制版，然后把制好的丝版放在塑料件的合适位置，用刮板刮涂颜料来印刷文字和
13、图案。,第五章 高分子材料成形,17,5.2.3 塑料制品的加工 3.塑料件的连接 在塑料制品的装配中经常采用将两种塑料部件或塑料零件与金属零件连接的方式，常用的连接方式有机械连接、热熔粘接、溶剂粘结和胶粘剂粘结四种方式。其中，机械连接的主要方式包括铆接和螺栓连接，其方法与金属件的连接相同。图5-8和5-9为常见的塑料件连接方式。,第五章 高分子材料成形,图5-8 连接方式（一）,图5-9 连接方式（二）,18,5.2.4 塑料制品的结构工艺性 1.形状 塑料制品的形状应易于成形，即在开模取出塑件时尽量避免采用复杂的分型与侧面抽芯。 2.壁厚 通常，产品应具有均匀的壁厚，壁与壁的连接处尽量用圆
14、弧连模，从而避免壁厚的突然剧变。图5-10为壁厚均匀化示意图 3.脱模斜度 为使塑件顺利脱模并防止脱模时擦伤或擦毛塑件，塑件的内外表面沿脱模方向应具有合理的斜度，称为脱模斜度。图5-11为脱模斜度。,第五章 高分子材料成形,图5-10 壁厚的均匀化,图5-11 脱模斜度,19,5.2.4 塑料制品的结构工艺性 4.圆角 在设计塑料产品时，通常在产品的棱边、棱角、加强肋、支撑底、底面、平面等处设计成圆角。圆角的设计具有以下优点： （1）可提高产品的成形性。 （2）可增加产品的强度。 （3）可防止产品变形。 图5-12为圆角设计示意图。,第五章 高分子材料成形,图5-12 圆角的设计,20,5.2
15、.4 塑料制品的结构工艺性 5.加强肋和角板 加强肋和角板能有效增加产品的刚性与强度。 6.嵌件 在塑料产品设计时，可采用各种形状和材质的嵌件，其中金属嵌件应用最广，图5-13为常见的金属嵌件形式。,第五章 高分子材料成形,图5-13 常见的金属嵌件形式,21,5.2.4 塑料制品的结构工艺性 7.分模线 阴模与阳模的接合线称为分模线（PL），位于产品的外围。设计分模线时应注意：尽量设计在不显眼的位置，以便隐藏产品表面分模线的痕迹；尽量设计在最外侧的棱边上，以便清除飞边；尽量设计形状简洁的分模线，以便提高模具闭合时的配合精度。图5-14为不同制品的分模线。,第五章 高分子材料成形,图5-14
16、分模线,22,5.2.4 塑料制品的结构工艺性 8.孔洞 在塑料制品上开孔洞或者切口可使其与其它零件组合从而得到更多的功能并且更具吸引力。图5-15为孔洞的一般类型。 全孔洞比半孔洞易于加工，使用半孔洞时，其深度以不超过全穿孔销直径的两倍为原则。如要加深半孔洞的深度，则可使用阶梯孔。,第五章 高分子材料成形,图5-15 孔洞的类型,23,5.2.5 塑料在工业设计中的应用 1.工业设计中常用的塑料 （1）ABS塑料 （2）聚丙烯塑料（PP） （3）聚乙烯塑料（PE） （4）聚碳酸脂塑料（PC） （5）聚氯乙烯塑料（PVC） （6）聚苯乙烯塑料（PS） （7）酚醛塑料（PF） ：俗称“电木” （8）聚酰胺塑料（PA） ：俗称“尼龙” （9）脲醛塑料（UF） ：俗称“电玉” （10）三聚氰胺甲醛塑料（MF） （11）聚甲基丙烯酸甲酯塑料（PMMA）：俗称“有机玻璃” （12）泡沫塑料,第五章 高分子材料成形,24,5.2.5 塑料在工业设计中的应用 2.塑料应用实例 （1）硅树脂灯,第五章 高分子材料成形,由意大利设计师Luca Nichetto & Carlo Tinti于
