安徽理工大学 聚合物的回收利用 课件-----第10讲 废旧高分子材料循环利用工艺和设备

第10讲废旧高分子材料循环利用工艺和设备（塑料和橡胶）王斌安徽理工大学化工学院应化系第一节塑料成形工艺和设备一、塑料的组成1.树脂塑料中的树脂主要是合成树脂，是塑料的主要成分，起胶粘剂作用，其特性不仅决定塑料的类型(热固性或热塑性)，还决定塑料的性能。2.填充剂又称填料，其作用是调整塑料的物理化学性能，提高材料强度，扩大使用范围以及减少合成树脂的用量，降低塑料成本。3.增塑剂增塑剂是增加树脂塑性和柔韧性的添加剂，也可以降低塑料的软化温度，使其便于加工成型。二、塑料的性能1.物理性能(1)密度小(2)热学性能(3)耐热性(4)绝缘性2.化学性能主要是指塑料的耐蚀性。3.力学性能(1)强度、刚度和韧性(2)蠕变与应力松弛(3)减摩性4．塑料的成形工艺性能(1)收缩性塑件自模具中取出冷却到室温后，发生尺寸收缩的特性。(2)流动性塑料在一定的温度和压力下填充模具型腔的能力称为流动性。(3)热敏性某些热稳定性差的塑料，在料温高和受热时间长的情况下就会产生降解、分解、变色的特性。(4)吸水性塑料吸收水分的性质。(5)硬化特性是热固性塑料特有的性能，专指热固性塑料的交联反应。三、塑料成形工艺和设备1.塑料成形方法(1)注射成形又称注塑成形，其原理是将颗粒状态或粉状塑料从注射机的料斗送进加热的料筒中，经过加热熔融塑化成为粘流态熔体，在注射机柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过喷嘴注入模具型腔，经一定时间的保压冷却定型后可保持模具型腔所赋予的形状，然后开模分型获得成形塑件。这样就完成了一次注射工作循环，如图8-6所示。注射成形是在专门的注射机上进行，图8-7所示为螺杆式注射机结构示意图。(2)压塑成形又称模压成形、压制成形等，基本原理是将粉状、粒状或片状塑料放在金属模具中加热软化熔融，在压力下充满模具成型，塑料中的高分子产生交联反应而固化转变成为具有一定形状和尺寸的塑料制件。其成形过程如图8-8所示。(3)挤出成形又称挤塑成形，它是使加热或未经加热的塑料借助螺杆的旋转推进力通过模孔连续地挤出，经冷却凝固而成为具有恒定截面的连续成形制品的方法。图8-9为管材挤出成形原理示意图。(4)压延成形使加热塑化的物料通过一系列相向旋转的辊筒之间，受挤压和延展作用成为平面状连续材料的成形方法。2．塑料加工塑料加工是塑料成形后的再加工，亦称二次加工，是将成形后的塑件通过适当的工艺方法制成制品。(1)机械加工即采用钻、磨、铣、车削等机械加工方法的二次加工操作。(2)连接加工即采用热熔粘接(焊接)、粘接、机械连接等方法，使塑料型材或零件固定在一起的二次加工操作可以将小而简单的构件组合成大而复杂的构件。(3)表面处理即对塑料制品表层进行修整和装饰，以改变塑料零件的表面性质，提高其抗老化、耐腐蚀能力的二次加工方法，也可起着色装饰作用。四、典型模具结构1．注射模具塑料注射成形所用模具称为注射模。图8-10为一典型的单分型面注射模。2．压塑模压塑模又称压制模，适用于热固性塑料和流动性较差的热塑性塑料制件的成形。典型的压塑模结构如图8-11所示。3．挤出模图8-12所示为管材挤出成形机头示意图。4．压注模图8-13所示为固定式压注模结构示意图。五、塑料件的结构工艺性在零件结构设计时应注意以下问题：1.形状塑件的内外表面形状应避免侧孔与侧凹，防止使用侧抽芯或瓣合模而使模具结构复杂，增加塑件的修整量。如图8-14所示为防止采用侧抽芯或瓣合分型模具的设计。2.壁厚塑件的壁厚应适当和均匀。图8－15所示为壁厚设计的示意图。3.脱模斜度塑件与脱模方向平行的内、外表面应具有合理的脱模斜度，如图8-16所示。4.加强筋主要作用是加强塑件的强度和刚度，避免塑件变形翘曲，如图8-17所示。筋的方向尽可能与料流方向一致，布局应合理，以减小变形和开裂（图8-18）。5.薄壁件的底部与边缘底部刚度较差，应设计成球面或拱形面，以增加刚性和减少翘曲变形，如图8-19所示。对于薄壁容器的边缘，可按图8-20所示设计。6.圆角在塑件的内外表面转弯处应采用圆角过渡，以减少应力集中，或发生破裂。如图8-21所示。圆角半径的大小主要取决于塑件的壁厚，如图8-22所示。7.孔塑件上常见的孔有通孔、不通孔、异形孔。8.螺纹为了增加塑件螺纹的强度，同时也方便螺纹的拧入，螺纹的始端和末端均不应突然开始和结束，在螺孔始端应留有0.2-0.8mm的凹台，如图8-23所示。第二节橡胶成形工艺和设备一、橡胶的组成主要组分是由生胶、再生胶、配合剂和增强材料等组成。二、橡胶的成形性能1．流动性橡胶在一定的温度、压力作用下，能够充满型腔各个部分的性能称为橡胶的流动性。2．流变性胶料的粘度随剪切速率的降低而降低的特性。3．硫化性能为改善橡胶的性能必须进行硫化。4．热物理性能热物理性能的影响因素是热导率、热扩散率和体积热容。三、橡胶加工的工艺和设备橡胶制品生产的基本过程包括：生胶的塑炼、胶料的混炼、橡胶成形和制品的硫化，如图8-24所示。1．塑炼天然橡胶和多数合成橡胶塑性太低，与橡胶配合剂不易混合均匀，也难以加工成型，所以生胶需要塑炼。常用的塑炼设备主要有开放式炼胶机和密闭式炼胶机。图8-25所示为开炼机。密炼机的构造如图8-26所示。2．混炼将塑炼胶和各种配合剂，用机械方法使之完全均匀分散的过程称为混炼。常用的混炼设备是开炼机和密炼机，密炼机混炼的工艺过程如图8-27所示。3．成形是将混炼胶制成所需形状、尺寸和性能的橡胶制品的过程。4．硫化即通过改变橡胶的化学结构(例如交联)而赋予橡胶弹性，或改善、提高并使橡胶弹性扩展到更宽温度范围的工艺过程。四、橡胶成形方法和设备1．压延成形通过专用的压延设备上两对转辊筒，利用两辊筒之间的挤压力，使胶料产生塑性延展变形，制成具有一定断面尺寸规格、厚度和几何形状的片状或薄膜状聚合物或使纺织材料、金属材料表面实现挂胶的工艺过程。图8-28所示为胶布压延工艺过程。2．模压成形将预先压延好的橡胶半成品按一定规格下料后置于压制模具中，合模后在液压机上按规定的工艺条件压制，在加热加压的条件下，使胶料呈现塑性流动充满型腔，再经一定的持续加热时间后完成硫化，再经脱模和修边后得到制品的成型方法。工艺程序如图8-29所示。3．挤出成形使胶料在挤出机中塑化和熔融，并在一定的温度和压力下连续均匀地通过机头模孔挤出成为具有一定的断面形状和尺寸的连续材料。挤出成形的主要设备是橡胶挤出机，其基本结构同塑料挤出机，图8-30所示。4．注射成形是一种将胶料直接从机筒注入闭合模具硫化的生产工艺。注射成形的主要设备是橡胶注射机，其基本结构同塑料注射机。图8-31所示为国产六模胶鞋注射机的基本结构。