材料成形装备及自动化 第5章 高分子材料成型设备及自动化.ppt
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1、材料成形装备及自动化,叶春生,材料学院 Tel:027-87557041,材料成形及控制工程专业课,材料成形及控制工程专业课,第5章 高分子材料成形设备及自动化,本章主要内容,5.1 概论 5.2 塑料注射机 5.3 数字塑料注射机,高分子材料加工是将高分子材料中加入各种添加剂、助剂或改性材料,转变成实用材料或制品的一种工程技术。 高分子材料经过成形加工,可以制成具有特定形状又具有一定使用价值的制品。,5.1 概 论,聚合物包括塑料、橡胶和合成纤维等。 各种聚合物(塑料、橡胶和合成纤维等)的产量已超过六千万吨,应用遍及国民经济各部门,特别是军事及尖端技术对具有各种不同性能聚合物材料的迫切需要
2、促使聚合物合成和加工的技术有了更快的发展,聚合物成形与加工已经成为一种独立的专门工程技术。 由于加工技术理论的研究、加工设备设计和加工过程自动控制等方面部取得了很大的进展,产品质量和生产效率大大提高,产品适应范围扩大,原材料和产品成本降低,聚合物加工工业更进入了一个高速度发展的时期。,聚合物具有一些特有的加工性质如: 1、可模塑性 (Mouldability) 2、可挤压性 (Extrudability) 3、可纺性 (Spinnability) 4、可延性 (Stretchability),5.1.1 高分子材料的加工性能,这些加工性质为聚合物材料提供了适于各种加工技术的可能性,这也是聚合物
3、能得到广泛应用的重要原因,1、聚合物的可模塑性 即: 材料在温度和压力作用下形变和在模具中模制成形的能力。 具有可模塑性的材料可通过注射、模压和挤出等成形方法制成各种形状的模塑制品。 可模塑性主要取决于材料的流变性、热性质和其它物理力学性质等,热固性聚合物还与聚合物的化学反应性有关。 实验表明,过高的温度,熔体的流动性大,易于成形,但会引起分解,制品收缩率大;温度过低时熔体粘度大,流动困难,成形性差。适当增加压力,通常能改善聚合物的流动性,但过高的压力将引起溢料和增大制品内应力;压力过低时则造成缺料。所以必须选择适当的温度和压力使成型达到模塑的最佳区域。,5.1.1 高分子材料的加工性能,2、
4、聚合物的可挤压性 即:聚合物通过挤压作用形变时获得形状和保持形状的能力。 通常条件下聚合物在固体状态不能通过挤压而成形,只有当聚合物处于粘流态时才能通过挤压获得宏观而有用的形变。 挤压过程中,聚合物熔体主要受到剪切作用,故可挤压性主要取决于熔体的剪切粘度和拉伸粘度。大多数聚合物熔体的粘度随剪切力或剪切速率增大而降低。 材料的挤压性质还与加工设备的结构有关。挤压过程聚合物熔体的流动速率随压力增大而增加,通过流动速率的测量可以决定加工时所需的压力和设备的几何尺寸。,5.1.1 高分子材料的加工性能,3、聚合物的可纺性 即:聚合物材料通过加工形成连续的固态纤维的能力。 主要取决于材料的流变性质,熔体
5、粘度、熔体强度以及熔体的热稳定性和化学稳定性等。 作为纺丝材料,首先要求熔体从喷丝板毛细孔流出后能形成稳定细流。细流的稳定性通常与由熔体从喷丝板的流出速度v,熔体的粘度和表面张力F有关。,5.1.1 高分子材料的加工性能,4、聚合物的可延性 即:表示无定形或半结晶固体聚合物在一个方向或二个方向上受到压延或拉伸时变形的能力。 材料的这种性质为生产长径比(长度对直径,有时是长度对厚度)很大的产品提供了可能,利用聚合物的可延性,可通过压延或拉伸工艺生产薄膜、片材和纤维。 但工业生产上仍以拉伸法用得最多。,5.1.1 高分子材料的加工性能,5.1.2 高分子材料成形方法分类,最基本:进行形状转变,例如
6、将粒状或粉状聚合物制成各种型材、各种形式的制品等。 大多数情况下,聚合物加工通常包括两个过程: 1、首先使原材料产生变形或流动,并取得所需要的形状; 2、然后设法保持取得的形状(即固化)。,5.1.3 高分子材料加工成形特点,聚合物加工与成形通常有以下形式: 1、聚合物熔体的加工: 如以挤出、注射、压延或模压等方法制取热塑性型料型材和制品,热固性塑料则采用模压、注射或传递模塑;橡胶制品的加工也属于这一类;挤出法还可用于纤维纺丝,这些都是用得很广泛的重要加工技术。 2、类橡胶状聚合物的加工: 如采用真空成形、压力成形或其它热成形技术等制造各种容器、大型制件和某些特殊制品。薄膜或纤维的拉伸也属于这
7、一技术范围。,5.1.3 高分子材料加工成形的特点,3、聚合物溶液的加工: 如以流涎方法制取薄膜的技术。油漆,涂料和粘合剂等也往往采用溶液方式制造。与挤出技术结合,聚合物溶液还用于湿法或干法纺丝。 4、低分子聚合物或预聚物的加工: 如丙烯酸酯类、环氧树脂、不饱和聚酯树脂以及浇铸聚酰胺等都可用这种技术制造各种尺寸的整体浇铸制件或增强材料。,5.1.3 高分子材料加工成形的特点,5、聚合物悬浮体的加工: 如以橡胶胶乳、聚乙酸乙烯酯胶乳或其它胶乳以及聚氯乙烯糊等生产多种胶乳制品、涂料、粘合剂、搪塑塑料制品等。 6、聚合物的机械加工: 考虑到经济上的原因或难以采用前述方法时,可采用机械切屑加工(车、铣
8、、刨等)方法来制取某些产品。主要用于数量不多或尺寸过大的产品,通常是选择适当的“毛坯”来进行的。,5.1.3 高分子材料加工成形的特点,根据聚合物在加工过程有否物理或化学变化主要分为: (1)热塑性聚合物的加工: 加工过程主要发生物理变化。例如注射成型、挤出成型 (包括吹塑成型、纤维纺丝)、压延成型、热成型、搪塑成型和流涎薄膜等。,5.1.3 高分子材料加工成形的特点,(2)热固性塑料的加工: 加工过程中同时兼有物理和化学变化。例如在加工过程中有加热流动和交联固化作用,热固性塑料的模压成型、注射成型和传递模塑成型以及橡皮的成型等属于这一类。,5.1.3 高分子材料加工成形的特点,对注塑机工艺参
9、数要求: 1. 最大注塑量常为制品重量的2.5倍; 2. 机械开模间距大,锁模力应大于单位面积注塑 力的总和; 3. 注塑机应具有加热,冷却、液压等接头,并方 便于模具连接;,:,5.2 塑料注射机,注射量:注塑机在注射螺杆(或柱塞)作一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注出量。 注射压力:为克服熔料流经喷嘴、浇道和模腔等处的流动阻力,螺杆(或柱塞)对塑料施加的压力。 注射速率:表示单位时间内从喷嘴射出的熔料量。 合模力:在注射时,要使模具不被模腔压力所形成的胀模力顶开,就必须对模具施以足够的夹紧力。,5.2 塑料注射机-主要性能参数,5.2 塑料注射机,照片,5.2 塑料注射机,结构图
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