热成型工艺与设备（PPT33页)

热成型过程(定义)将热塑性塑料片材（坯件）在一定温度下加热到高弹态，然后施加压力(抽真空、压缩空气、机械力)使坯件弯曲、延伸，使其紧贴模具的型面，取得于型面相仿的形样，经冷却定型和修整后即得制品。概述聚合物的热－机械曲线概述Ⅰ玻璃态：当温度很低时(TTg)，此时聚合物分子运动能量很低，不足以克服分子链单键内旋转所需克服的位垒。整个分子链和链段运动的松弛时间非常大，难以在有限的时间内察觉，处于“冻结”状态，只有小运动单元（链节、侧基等）才能运动，聚合物呈现玻璃态。在外力作用下，聚合物形变很小，形变与外力大小成正比，外力除去，形变立即回复，符合虎克定律，呈现理想固体的虎克弹性，又称普弹性。此时聚合物的力学性能表现得与玻璃相似，故称这种力学状态为玻璃态。Ⅱ高弹态：随着温度的升高，分子热运动能量逐渐增加，当到达某一温度时，分子的热运动能足以克服内旋转的势垒，可进行链段运动。它可以绕主链中单键内旋转而不断的改变构象，但是整个分子链仍处于被“冻结”的状态。这样在宏观上表现为受力时形变很大（100％～1000％），去掉力后可回复，模量很低，只有105～107Pa。该形变与时间有关，具有松弛特性，表现为可逆高弹形变，这种具有高弹性的力学状态称为高弹态。高弹态是高聚物特有的力学状态，高弹形变实质就是分子链伸直和卷曲过程的宏观表现。Ⅲ粘流态：当温度继续升高，由于链段的剧烈运动，整个大分子重心发生相对位移(即大分子与大分子之间产生了相对滑移)，这时高聚物在外力作用下，呈现粘性流动，这种流动形变是不可逆的，这种具有粘性(或塑性)的力学状态称为粘流态。概述热塑性塑料化学组成和结构：●热塑性塑料是由分子链长度达到10-3mm的大分子（聚合物）组成的。这些大分子可以是线性的，比如说HDPE，也可以是支化的，如LDPE。大分子完全无序排列（如图2-1a)，我们称之为无定形热塑性塑料。均匀结构的大分子，比如线型聚乙烯或聚甲醛，能形成部分的规则排列，大分子按一定规则部分结晶，我们称之为部分结晶热塑性塑料（如图2-lb）。图2-1热塑性塑料结构示意a无定形的；b部分结晶的热塑性塑料化学组成和结构：●无定形和部分结晶热塑性塑料的区别：无定形热塑性塑料：由于其不对称结构或大侧基，是不结晶的，在不进行改性和着色的情况下均是透明的；无定形热塑性塑料的使用温度应低于其玻璃化转变温度Tg，见图2-2a。部分结晶塑料：含有分子链规则排列的区域，称之为结晶区。因为结晶作用，部分结晶的热塑性塑料通常是不透明的，并且透明度会随着结晶度的增加而减小。部分结晶热塑性塑料的使用温度在Tg和熔点Tm之间。如果HDPE的片材被加热到晶体熔点以上，晶体将会熔融，片材将会全部变成无定形，进而透明起来。在冷却过程中，晶体会再次形成。对于许多部分结晶的热塑性塑料而言，结晶作用可以通过将成型的片材和模塑制品快速冷却而得到抑制，最终得到透明的制品（如PET瓶，透明的PET片材和透明的无规聚丙烯片材）。透明的热塑性塑料是无定形的，但并非所有无定形的热塑性塑料都是透明的，比如说进行了着色和改性的无定形塑料就是如此。由于分子链部分有序排列，部分结晶热塑性塑料不再透明，根据结晶度不同，其透明程度也会不同。热塑性塑料化学组成和结构：图2-2热塑性塑料状态区示意图a无定形的；b部分结晶的1～2-工作温度；2～3-软化区（玻璃化转变温度Tg）;3～4-成型温度区；11～12-无定形部分的软化区（Tg）;12～13-工作温度区；13～14-结晶区的熔程（晶体熔融温度Tm);14～15-成型温度区；E-弹性模量，σ-强度；ε-热变形率重要的无定形和部分结晶热塑性塑料无定形热塑性塑料部分结晶热塑性塑料聚抓乙烯（PVC-U和PVC-P)高密度聚乙烯（HDPE)苯乙烯聚合物（PS/SB/SAN/ABS/ASA)低密度聚乙烯（LDPE)聚甲基丙烯酸甲醋（PMMA)聚丙烯（PP)聚碳酸醋（PC)聚酞胺（PA6/PA66/Pall/PA12)聚苯醚（PPE)聚甲醛（POM)纤维素衍生物（CA、CAB、CP)线型聚酷（PET、PBT)无定形聚酞胺（PA6一3一T)聚苯硫醚（PPS)聚矾（PUS)聚醚矾（PES)特点：热成型的特点：●热成型所用的材料厚度一般是0.05~15mm，制品的厚度总比这一数值小。但制品的表面积可以很大，而且都属于半壳形（内凹外凸）；●只能生产结构简单的半壳型制品，且制品壁厚应比较均匀（一般倒角处较薄），不能制得壁厚相差悬殊的塑料制品。●热成型制品深度受到一定限制，一般情况下容器的深度直径比（H/D）不超过1。制件的成型精度不高，相对误差一般在1%以上。热成型所用的原料需预成型为片材或板材，制品后加工较多，材料利用率较低。热成型制品厚度分布热成型产品热成型的工艺类型1.差压成型2.覆盖成型3.柱塞助压成型4.凹凸模对压成型5.无模气压成型6.双片热成型1、差压成型■采用适当的方法使片材两面具有不同的气压，在气压差的作用下使加热至软化的片材紧贴模具，冷却后得到制品。■差压成型：真空成型和加压成型，或两者兼用真空热成型加压热成型1、差压成型真空-气压复合成型与模具面贴合面，结构上比较鲜明和精细，而且光洁度较高。坯料片材与模面贴合得越晚的部位，其厚度越小。2、覆盖成型制品与凸模贴合的一面质量高凸模拐角处制品薄3、柱塞助压成型制品厚度均匀性较好；制品上可能留下柱塞拉痕；4、凹凸模对压成型形状清晰，尺寸精确；壁厚偏差小；5、无模气压成型6双片热成型中空制品热成型设备片材机：一、组成：片材挤出机换网器熔体联结器分配器衣架式模头三辊压光机三联热水机、自然冷却装置切边装置、收边装置、牵引装置和收卷装置热成型设备片材机：■主螺杆1区进料段：螺杆与螺筒均设有冷却循环装置；作用：防止原料与螺杆粘结，而减小输送效率；注意：螺杆冷却深度约1.1米，在原料无粉或少粉状态下，建议不开冷却水，以免增加设备负载（螺杆冷却段，原料未被加热）。2区、3区为熔融段：原料压缩并加热至熔融温度4区为计量段：较准确地将熔融的原料输出5区为混炼段：使挤出的物料混合均匀。热成型设备片材机：■过渡体：生产时使熔融物料通过流动方向的变化，熔融分散更加均匀，塑化更好，减少流痕产生■分配器：热成型设备分配器：由主体、分流杆、叶片、芯棒及法兰等组成通过分层叶片与分流杆的配合来控制各层的比例与均匀度片材机：■三辊系统水循环与液压系统注意：定辊与定型辊间隙为大于2C为宜压力过大会因破坏分子结构而制杯时难以脱模；压力过小则无法实现片材双面光和提高透明度■模唇：热成型设备模唇的调节：A、生产厚片材时，模唇开度片材厚30%B、生产薄片材时，模唇开度片材厚10%~20%C、生产PS片材时，模唇开度片材厚10%~20%，如果开度小于片材厚度，会因张力拉伸而造成片材分子取向D、PP材料并无取向问题热成型的设备热成型的过程：片材的输送片材的加热成型冷却脱模工艺控制加工温度：高弹态能进行高速拉伸，而不致于破裂。T过高→片材表面热降解T过低→制品表面不清晰加热时间：与片材厚度有关占成型周期大部分工艺控制工艺因素分析1、加热加热时间≈50%-80%成型工作周期热成型的成型温度范围如何确定？一般用直接观察的办法大致确定成型温度范围，最低成型温度以保证在最大拉伸区域内不发白或不出现明显缺陷为准，而最高成型温度则以片材不发生降解和不会在夹持架上出现过分下垂为宜。调节成型温度可通过改变加热距离和时间。为了获得最短的成型周期，通常成型温度都偏于下限值。如何缩短？双面加热2、成型厚薄不均的原因：片材各部分所受的拉伸程度不同；片材拉伸速度的影响。成型速度对热成型制品性能有何影响？厚片和薄片材的成型速度有何区别？热成型的成型速度一般指最终成型时片材所受到的拉伸速度，过大的成型速度会导致因材料流动不足而使产品在偏凹(或凸)的位置出现厚度过薄的现象，甚至被拉穿而成为废品。但过小的速率又会因片材的先行冷却而出现裂纹。薄型片材的拉伸一般都应快于厚型的，因为前者的温度在成型时下降较快，故应适当提高成型速度。3、冷却脱模冷却至变形温度以下模具温度影响热成型制品质量和生产效率。模温高时，制品表面光泽度高，轮廓清晰，但成型周期延长。适当的降温速率可减小制品的内应力，减少制品拉伸皱痕。4、雾度、透光率雾度：透明或半透明材料的内部或表面由于光漫射造成的云雾状或浑浊的外观；以漫射的光通量与透过材料的光通量的光通量之比的百分率；用标准“C”光源的一束平行光垂直照射到透明材料造成内部或表面散射。透光率：通过透明或半透明的光通量与其射入光通量的百分率；雾度和透光率是两个概念，雾度大的材料可以透光率高。4、雾度、透光率影响雾度的因素：■结晶：结晶度高则强度高，韧性差；晶体尺寸小而均匀，有利于提高透明度和表面光泽；■原料：不同厂家所生产的原料黄色指数不一样，黄色指数越大，生产出的片材雾度也越大；反之则雾度越小。二次加工定义包括机械加工、焊接、粘接、印刷、热转印、金属化及塑料的复合和薄膜再制品的加工等。塑料印刷是装饰塑料制品表面的一种常用工艺。它是经过不同的方法，给塑料制品的表面装饰上文字或绚丽多彩的图案，让人们在使用中有美的享受。印刷方法目前有凸版印刷、凹版印刷、丝网印刷、转移印刷等。凸版印刷是指着墨部分是凸出的。它多用于小批量、单色、多色的塑料袋。可套印和连续印刷。丝网印刷亦称绢印或丝漏。其工作原理和过程亦如手工蜡纸油印，这种印刷方式多用于包装袋、日用品、塑料玩具的印刷，还能进行曲面印刷，如圆筒形。谢谢！