塑料成型新技术-

模具设计基础（论文）题目：塑料模具成型新技术概况化工学院学院高分子材料与工程专业学号0502110202学生姓名指导教师副教授二〇〇一四年十月塑料模具成型新技术概况摘要：塑料作为一种新型材料，已经应用于各个领域。而塑料模具成型技术也是在不断的发展。本文主要论述了塑料模具成型的加工技术与其发展，并重点介绍了注射成型和挤出成型的新技术。最后，文章对未来塑料模具成型技术发展动向做了简要概括。关键词：成型技术；注射成型新技术；挤出成型新技术；发展方向Abstract：Plastic，asanewmaterial,coversallareasofapplication.Theplasticmoldingtechnologyisalsoinconstantdevelopment.Thisarticlediscussestheplasticmoldingprocessingtechnologyanditsdevelopment,andfocusesontheinjectionmoldingandextrusionmoldingofnewtechnologies.Finally,thearticlediscussestheplasticmoldingtechnologydevelopmentsbriefly.Keywords:Moldingtechnology;Injectionmoldingnewtechnologies;Extrusionnewtechnologies;Developmentdirection1引言随着塑料材料的发展，以及加工成型技术的进步，塑料制品已广泛应用于家电、汽车、日用品、医疗等行业。塑料成为人们日常生活中不可或缺的一部分。塑料制品的巨大需求量促进了塑料模具产业的大力发展。[1]塑料的成型加工是指由合成树脂制造厂制造的高分子聚合物制成最终塑料制品的过程。其加工方法(通常称为塑料的一次加工)主要包括压塑(模压成型)、挤塑(挤出成型)、注塑(注射成型)、吹塑(中空成型)、压延等。[2]塑料机械加工高分子合成材料，塑料机械与金属切削机床一样是一种基础机械，实际上已成为各种制造业的生产制造手段，在国民经济中日益显示出极为重要的作用。塑料机械工业的发展，在一定程度上反映出一个国家及地区国民经济及技术发展水平。2塑料成型加工技术与发展2.1主要成型技术（1）压塑。也称模压成型或压制成型，主要用于酚醛树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂等热固性塑料的成型。压塑是利用模压机和成型模具，在模压成型后继续加热通过发生化学反应而交联固化。该成型工艺和设备较简单，适应性广。[2,3]压制成型所用的设备主要有液压机和层压机，它们都是液压传动的压力机械。（2）挤塑。挤塑又称挤出成型，将物料加热熔融成粘流态，借助螺杆挤压作用，推动粘流态的物料，使其通过口模而成为截面与口模形状相仿的连续体的一种成型方法。[3]主要包括成型主机和辅助装置两大部分。挤出机是成型的主要设备，也称主机。为保证制品质量，除主机外，一套挤出设备还包括与之相配套的若干辅助装置。[4]（3）注塑。注塑又称注射成型。注塑是使用注塑机(或称注射机)将热塑性塑料熔体在高压下注入到模具内经冷却、固化获得产品的方法。注塑也能用于热固性塑料及泡沫塑料的成型。注塑的优点是生产速度快、效率高，操作可自动化，能成型形状复杂的零件，特别适合大批量生产。缺点是设备及模具成本高，注塑机清理较困难等。[5,6]注塑设备为注塑机。按物料在机筒中被塑化的形式分为柱塞式和螺杆式两种。[3,7]（4）吹塑。吹塑又称中空吹塑或中空成型。吹塑是借助压缩空气的压力使闭合在模具中热的树脂型坯吹胀为空心制品的一种方法，吹塑包括吹塑薄膜及吹塑中空制品两种方法。（4）压延。压延是将树脂和各种添加剂经预期处理(混合、过滤等)后通过压延机的两个或多个转向相反的压延辊的间隙加工成薄膜或片材，随后从压延机辊筒上剥离下来，再经冷却定型的一种成型方法。（6）真空成型。将热塑性塑料薄片或薄板(厚度小于6mm)重新加热软化。（7）滚塑成型。把粉状或糊状塑料置于模塑中，通过加热并滚动旋转塑模，使模内物料熔融塑化，进而均匀散布到模具表面，经冷却定型即得到制品。（8）浇注成型。将加入了固化剂和其他辅助材料的液态树脂混合物料倒入成型模具中，使其在常温或加热条件下逐渐固化，成为一定形状的塑料产品。（9）缠绕成型。这是制造圆筒形、球形、管形、方盒形或异形回转体的纤维增强塑料制品(俗成玻璃钢)的一种工艺方法。根据加工时聚合物所处状态的不同，塑料成型加工方法大体可分为3种：一是处于玻璃态的塑料，可以采用车、铣、钻、刨等机械加工方法和电镀、喷涂等表面处理方法；二是当塑料处于高弹态时，可以采用热冲压、弯曲、真空成型等加工方法；三是把塑料加热到粘流态，可以采用注射成型、挤出成型、吹塑成型等加工方法。[3]2.2塑料成型新技术2.2.1塑料注射成型新技术（1）动态注射成型。该技术是将物理场直接作用于成形加工的过程，基本原理是在塑料的主要剪切流动方向上叠加了一个附加振动场，使得聚合物在组合应力作用下完成物理与化学变化。施加机械振动的情况研究的较充分，包括模具振动成形、螺杆振动注射成形、辅助振动成形、单点动态进料保压注射成形、等多种形式。动态注射成型主要通过振动作用，使模腔内的聚合物熔体产生振动剪切流动，改变聚合物的凝聚态转变和结晶动力学来获得高质量的聚合物制品。该技术不仅可提高熔接痕强度，也可消除制品内部的缩孔或表面的缩痕，获得比普通注射成型制品强度更高的制品振动对聚合物成形制件的性能影响。[8,9]（2）气体辅助技术。气体辅助注射(GAIM)技术是在结构发泡成型工艺基础上发展起来的新技术。一般过程是；先向模具型腔中注入经过准确计量的塑料熔体，一般充满型腔60~97%；然后把高压气体注入(常用氮气)熔体芯部；塑料熔体中包围下的气体在作为动力推动塑料熔体充满模具型腔并对塑料熔体进行保压，对塑料熔体进行穿透和排空，待制品冷却凝固后再开模顶出。[10,11]可分为振动气辅成型技术，多腔控制气辅成型技术，气辅共注成型技术等。[12]（3）水辅助注射成型(WAIM)。WAIM是另外一种新型的生产中空或者部分中空制品的成型方法。其原理与气体辅助注射技术(GAIM)基本相似。WAIM的加工顺序是聚合物填充，水注入，然后通过重力或压缩空气将水排出。WAIM有着一个独特的优点：能够直接在制品内部进行冷却。除了明显缩短成型周期外；WAIT能够成型壁厚更薄和更均匀的中空制品，更加节省原料;此外,WAIT还可以生产内表面非常光滑的制件,这在GAIM中是很难达到的。[8,12]（4）超临界流体注塑。超临界流体注塑是在超临界状态下利用CO2及N2进行成形微孔泡沫塑料技术。与传统的发泡成形形成的最小孔径为250μm的不均匀的微孔相比，现在的工艺形成的微孔大小均匀，孔径在5~5μm，这样的微孔结构也赋予比传统方法制备的制品更高的机械性能和更低的密度。在力学性能不损失的情况下，重量可降低10%，而且可减少制品的翘曲、收缩及内应力。[8]（5）注射压缩成型法(IPM)。IPM法技术是为了成型光学透镜而开发的，有整体压缩法和部分压缩法之分。整体压缩法成型是首先在保持模具一定开度的状态下合模，将树脂充填(不完全充填)进去，而后利用油缸压缩使模具的动模板移动至完全合模状态，此时树脂因受压而充满模具并被赋形。部分压缩法是在完全合模的情况下充填树脂(不完全充填)，压缩不是靠整个动模板移动，而是靠动模板上制品赋形面部分(可以是全体也可以是一部分)的移动而实现的。（6）快速热循环注塑成型(RHCM)。RHCM工艺采用变模温技术，在熔体填充前将模具型腔表面迅速加热到比传统注射模表面高很多的温度，而在填充和保压后，模具会在短时间内迅速冷却，从而固化定型模腔内的熔体。RHCM工艺可以生产出高光泽、无熔痕的高质量外观塑件，取消后续的喷涂打磨等二次加工工序。同时，成型周期可以控制在与传统注射成型周期相近或是更短的水平上。在RHCM成型工艺中应用外部气辅成型技术，通过采用有效的进气和密封结构以及选择合理的气辅工艺参数，可完全消除塑件在筋、柱部位对应表面上的缩痕缺陷，确保塑件外观平整无缩痕。[1,7,11]（7）模具滑合成型法(DSI)。DSI是一种快速生产精密复杂结构中空制品的注射成型方法。和吹塑相比，该法制品具有表面精度好、尺寸精度高、壁厚均匀且设计自由度高等优点。在DSI法中接合形状的设计是非常重要的，为了提高制品的熔接强度，DSI法也应根据制品的要求，采取不同的接合形状。（8）热流道模具塑料成型技术。热流道模具是利用加热或绝热的办法，使从注塑机喷嘴起到型腔入口为止这一段流道中的塑料一直保持熔融状态，从而在开模时只需取产品，而不必取浇道系统凝料。采用热流道模具是塑料注射模具的一项重大改革。在热流道模具技术的推广和应用过程中，其自动连续、省工省料、产品质量稳定、成本低廉等优。[13]（9）注射模的磨料流加工技术。磨料流加工是通过挤压粘弹性的流体磨料往复或单向通过工件的被加工表面，实现去毛刺、抛光、倒圆角等加工目的。磨料流加工机床、流体磨料和夹具是磨料流加工工艺的3要素。注射模型腔的磨料流加工可以通过设计夹具来实现。单型腔凹模采用磨料流加工可以利用浇口、冷料井或分型面的某些部位作为设计夹具时磨料的出入口。多型腔注射模可利用一套夹具，逐一加工各个型腔，不仅加工精度高、效率高，而且加工一致性好、成本低。热流道模具是注射模的重要发展方向之一，热流道板采用磨料流加工工艺可以同时达到抛光主流道和分流道、去除交叉孔毛刺等加工目的。[14]2.2.2塑料挤出成型新技术（1）挤出模的磨料流加工技术。挤出模的主要零件都可以采用磨料流加工工艺取代手工抛光，生产效率高，劳动强度低。更有意义的是磨料流加工在工件表面留下的微痕与塑料熔体挤出时的流动方向一致，因此有利于减小流动阻力，保持流态稳定。[14]（2）气体辅助挤出成型技术。通过气体辅助挤出控制系统和气体辅助挤出口模，使聚合物熔体和口模之间形成气垫膜层，使原来的非滑移粘着口模挤出方式转化为气垫完全滑移非粘着口模挤出方式，从而可取得明显的口模减粘降阻的效果。优点有：大大减小挤出制品的出口膨胀，提高产品的尺寸精度；解决传统挤出时熔体挤破裂问题，提高挤出质量和产量；减少挤出口模的压降，降低挤出压力，节约能量，降低模具损耗、延长模具使用寿命，降低成本；适用于高性能塑料挤出等。[15]（3）复合共挤出技术。指将两种或两种以上材料在同一模具中复合挤出成型。：可以根据各种原料的不同特性进行复合制作，从而充分发挥各种原料的固有作用；利用硬质、软质材料的复合，可以生产出集强度与弹性于一体制件；效率高、品种多、成本低，能够用于各种特殊材料的生产。[4,16]（6）CAD/CAE技术。在塑料异型材的生产中使用CAD技术可以缩短塑料成型设计周期，提高制品质量。（7）高速挤出技术。指在确保优良的挤出制品质量的情况下，挤出机采用尽量高的速度进行生产的挤出成型技术。[16]3塑料加工技术发展新方向[2]（1）精密化。采用高晶化、分子定向等成型加工方法；诸如要求超微指令的激光唱盘、计算机光盘、光导纤维、塑料手表齿轮等。（2）纳米化。由于分散的纳米尺寸效应,大的比表面积和强的界面结合,纳米塑料具有一般工程塑料没有的优异性能。如高强度和高耐热性、高阻隔性及自熄灭性、优良的加工性能。（3）高性能化。根据对原有加工技术的基本评价，通过简化工序、节省能耗、原料配方的最佳选择、复合化及与其他材料一体化加工等措施达到高性能和降低成本的目的。4结语塑料是当今最重要的材料之一，被广泛用于农业、工业、汽车、建筑、包装、医疗、信息产业、国防尖端工业以及人们日常生活等各个领域，其与人们的生活息息相关。而塑料加工工艺新技术则不断满足塑料制品的多样化需求，呈现出生机勃勃应用市场。塑料成型技术和装备的发展趋势应会向更深层次地精密化、自动化、节能化、无人化方向发展。在这一领域里仍有广阔的空间让科研设计人员去畅游，让我们以更精湛的技术实现以塑代木、以