第七章塑料的二次成型

第七章塑料的二次成型一、本章基本内容：1、二次成型的粘弹性原理2、中空吹塑，挤出吹塑工艺3、热成型，拉幅薄膜的成型二、学习目的与要求:1、熟悉吹塑成型各种方法及特点2、掌握影响挤出管坯质量3、熟悉吹塑工艺的影响因素三、本章重点、难点：重点：1、挤－拉－吹和注－拉－吹的工艺流程2、大型中空制品所用的原料和机头难点：1、如何拉伸吹塑；2、挤出吹塑制品质量的控制课时：4在一定条件下将片、板、棒等塑料型材通过再次加工成型为制品的方法，称二次成型法二次成型过程中塑料通常都处于熔点或流动温度以下的“半熔融”类橡胶状态，所以二次成型是加工类橡胶聚合物的一种技术，它仅适用于热塑性塑料的成型二次成型主要包括：中空吹塑成型热成型取向薄膜的拉伸在一定条件下将片、板、棒等塑料型材通过再次加工成型为制品的方法，称二次成型法二次成型过程中塑料通常都处于熔点或流动温度以下的“半熔融”类橡胶状态，所以二次成型是加工类橡胶聚合物的一种技术，它仅适用于热塑性塑料的成型二次成型主要包括：中空吹塑成型热成型取向薄膜的拉伸第一节二次成型的粘弹性原理塑料的二次成型加工，就是在材料处于类橡胶状条件下进行的。聚合物在Tg~Tm(或Tf)间，既表现液体的性质又显示固体的性质。因此，在二次成型过程中塑料会表现出粘性和弹性。各种聚合物的Tg有很大差别，适用于二次成型的只能是那些Tg比室温高得多的聚合物，因为由它们所成型的制品在室温的使用条件下，才具有长时期的因次稳定性。第二节中空吹塑成型中空吹塑成型是将挤出或注射成型的塑料管坯趁热于半熔融的类橡胶状时，置于各种形状的模具中，并即时在管坯中通入压缩空气将其吹胀，使其紧贴于模腔上成型，经冷却脱模后即得中空制品塑料中空制品的成型，可以采用注射-吹塑或挤出-吹塑两种方法两种成型工艺优缺点：1、挤出吹塑成型：效率高、坯体温度均匀，投资少，适用性广；但有接痕和飞边2、注射吹塑成型：飞边少、原材料损失少、口部规整，尺寸精度高；但需两套模具，热量消耗大一、成型工艺挤出-吹塑成型工艺原理示意图注射-吹塑成型工艺原理示意图注射-拉伸-吹塑成型工艺原理示意图二、工艺过程的影响因素影响成型工艺和制品质量的因素主要有型坯的温度、壁厚、空气压力、吹胀比、模温和冷却时间等（一）型坯温度温度高，粘度小，易变形，坯体易破坏温度低，弹性大，回弹性高，离模膨胀明显（二）吹气压力和充气速度压力高，易使坯体破裂压力太低，吹不起来（1）吹气压力与材料的形变能力有关如PP、PA等易变形低粘度的聚合物，吹气压力低PE、PET、PC吹气压力大（2）吹气压力与制品的形状（大小、厚度）有关制品厚，低压；薄壁，高压制品大，高压；制品小，低压（3）吹气速度吹气速度尽可能大一些，有利于产品的均匀性增加，但有可能在进口处出现真空，出现凹陷或者可能吹断3吹胀比：制品与型坯尺寸之比吹胀比大，节省原材料，太薄，难吹，且强度刚度下降；但吹胀比也不能太小，能耗大，浪费原料4、模温和冷却时间（1）冷却速度太快，模温低，轮廓花纹不清晰模温太高，表面无光泽，脱模易变形，收缩率大模温与材料的Tg相匹配高Tg，高模温；低Tg，低模温（2）冷却时间较长，因为其形变是强迫高弹态，弹性形变大，所以需要更长的时间来回复第三节热成型热成型是将裁成一定尺寸和形式的片材，夹在模具的框架上，让其在Tg至Tf间加热软化，片材一边受热、一边延伸，凭借施加的压力，使其紧贴模具的型面，取得与型面相仿的形样，经冷却定型和修整后即得制品。热成型动力：（1）加热片材两边的气压差（2）机械力（3）压力特点：制品厚度不太大，表面积比较大，形状为半壳形，深度不深，都可以用注射成型与注射成型相比优点：热成型较注射成型的投资少，效率高缺点：原材料价格要高，后加工处理要比注射成型多，不太精密几种典型的热成型工艺原理示意图真空成型压力成型复盖成型柱塞辅助成型推气成型对膜成型一、热成型方法（一）差压成型特点：1、制品结构上比较鲜明和精细部位是与模面贴合的一面，而且光洁度比较高；2、成型时，凡片材与模面在贴合时间上愈后的部位，其厚度愈小；3、模具结构简单，通常只有阴模；4、制品表面光泽好，并不带任何瑕疵，材料原来的透明性成型后不发生变化一、热成型方法（二）覆盖成型只有一个模具（阳模），成型时借助于液压系统的推力，将阳模顶入由框架夹持且已加热的片材中，然后再抽真空使片材包复于模具上而成型（三）其它成型在差压成型基础上发展起来的，包括柱塞辅助成型，推气成型，对模成型热成型五项工序：1、材料的夹持；2、片材的加热；3、成型；4、冷却；5脱模二、热成型的影响因素（一）成型温度1、对伸长率的影响温度升高，延伸率有一峰值，热成型在最大延伸率温度时加工成型1-聚乙烯；2-聚苯乙烯；3-聚氯乙烯；4-聚甲基丙烯酸甲酯；----抗张强度——伸长率成型压力与抗张强度要匹配加热温度低，节省能源、缩短冷却时间但制品外观轮廓不清晰加热温度高，尺寸稳定、但易变色由于有厚度影响，片材加热尽量采取高温片材加热时间较长，占成型周期的50~80%片材厚度与加热时间的关系1-耐冲击聚苯乙烯；2-低密度聚乙烯；3-聚丙烯；4-高密度聚乙烯；5-醋酸纤维素；6-硬聚氯乙烯单位厚度片材的加热时间随厚度增加而减小（二）成型速度热成型时，在压力或柱塞等的推动下，片材要产生伸长变形，直到形变达到与模具尺寸相当为止。形变过程中材料受到拉伸，成型速度不同，材料受到的拉伸速度也不同。如果成型温度不很高，则适于采用慢速成型，这时材料的伸长率较大，这对于成型大的制品特别重要。但速度过慢，则因材料易冷却而使得成型困难，同时延长了生产周期，因此也是不利的。所以一定厚度的片材，在适当提高加热温度的同时，宜用较快的速度成型（三）成型压力压力的作用是使片材产生形变，但材料有抵抗形变的能力，其弹性模量随温度升高而降低在成型温度下，只有当压力在材料中引起的应力大于材料在该温度时的弹性模量时，才能使材料产生形变如果在某一温度下所施加的压力不足以使材料产生足够的伸长时，只有提高压力或升高成型温度才能顺利成型选择材料时常要考虑成型性，主要从材料伸长率、抗张强度、对温度敏感性等多方面来衡量伸长率-温度范围宽，较大压力、缓慢成型，温度不影响成型过程。伸长率对温度不敏感较小压力、快速成型（四）材料的成型性第四节拉幅薄膜的成型拉幅薄膜是将挤出得到的厚度为1~3毫米的厚片或管坯，重新加热到Tg~Tm(或Tf)温度范围进行大幅度拉伸而形成的薄膜一、薄膜取向的原理和方法拉幅薄膜是大分子具有取向结构的一种材料。单轴取向双轴拉伸薄膜的拉伸取向方法主要分为平膜法和管膜法两种平膜法：单向拉伸和双向拉伸；双向拉伸又分为逐次拉伸（先纵后横拉伸和先横后纵拉伸）和纵横同时拉伸管膜法：双向同时拉伸（泡管法和平板式拉伸法）二、拉幅薄膜的成型工艺无定形薄膜，不取向，热收缩性大，不实用结晶性薄膜，不取向，性脆，透明性差，不实用所以取向或结晶又取向的薄膜，强度高，透明性好，尺寸稳定性好，有价值1.无定形聚合物2.结晶聚合物（一）平膜法逐步拉伸薄膜的成型先纵后横，采用多，工艺简单先横后纵，采用少，工艺复杂但均匀单点纵向拉伸：两个辊筒多点纵向拉伸：多个辊筒均匀拉伸逐步延伸平膜法拉幅薄膜的成型工艺过程示意图逐步延伸拉幅法部位的拉伸温度泡管法拉幅薄膜成型工艺示艺图（二）管膜法拉幅薄膜的成型管膜法拉幅薄膜的成型通常可分为管坯成型、拉伸和热定型三个阶段1、管坯成型挤出机将塑料经管型机头挤出形成管坯，并立即用冷却水冷却至Tg-Tf(Tm)间2、拉伸（1）管坯经第一对夹辊折叠进入拉伸区（2）从机头吹入压缩空气吹胀，坯体横向拉伸形成泡管（3）泡管受到向下的牵引产生纵向拉伸达适当拉伸比（4）拉伸后的泡管再经第二个夹辊折迭，进入热处理区（5）继续保持压力，泡管在张紧下进行热处理定型（6）冷却特点：设备简单，占地面积小（三）拉幅薄膜成型过程中的影响因素1、拉伸温度温度升高，有利于分子取向，但也易于解取向，高温拉伸时，须快速冷却2、拉伸速度拉伸速度过大，在较低延伸率下易破裂拉伸速度增加，取向度减小，断裂伸长率降低；但周期长，取向易回复3、拉伸倍数与方式通常先纵后横的拉伸工艺中，纵向拉伸太大，不易横向拉伸，以3~4倍为宜4、热定型条件使尺寸稳定下来，不产生明显变形，就要热定型一般规律：（1）拉伸速度、拉伸倍数一定时，温度下降，取向度增加（2）温度和拉伸速度一定时，拉伸倍数提高，取向度上升（3）温度和拉伸倍数一定时，拉伸速度提高，取向度也提高（4）冷却速度快，取向度提高，解取向少聚乙烯在不同拉伸速度时的拉伸应力与拉伸温度的关系聚丙烯在不同温度下伸长率与拉伸速度的关系第五节冷成型冷成型既不属于一次成型也不属于二次成型，而是一种新兴的很有发展前途的加工技术，源自于金属成型塑料的冷成型有以下几种1、锻造2、橡皮垫成型3、液压成型4、冲压成型5、滚轧成型