第五章高分子材料成形.ppt

第五章 高分子材料成形 5.1 高分子材料成形的基本原理 5.2 高分子材料的成形方法及设备 5.3 高分子材料制品的结构工艺性 5.4 高分子材料成形新技术 5.5 复合材料成形 5.1 高分子材料成形的基本原理 一. 聚合物的力学状态与流变行为 聚合物的类型不同，受热时表现的力学状态也不同。 根据聚合物所表现的力学性质，可以将聚合物的力学状态划分为三种：玻璃态、高弹态和粘流态 。 1.1 玻璃态（glassy） 在玻璃化温度Tg以下的聚合物处于玻璃态，为坚硬固体。 在外力作用下，玻璃态聚合物具有一定变形能力，形变具有可塑性。 1.2 高弹态（elastic ） 当温度在Tg~Tf范围时，大分子链可获得足够的热运动能量，此时聚合物的弹性模量迅速降低，变形能力显著增强，变形可逆。 1.3粘流态（viscous） 当温度在Tf以上时，能量增大到可以使整个分子链开始运动，分子间的结合力大为减弱。通常又将这种状态的聚合物称为熔体，如图5-2（c）所示 图5-3示出线型聚合物的聚集态与成形过程的关系。 二 、高分子材料成形性能 （1）可模塑性 （2）可挤压性 （3）可延性 （4）可纺性 （1）可模塑性 可模塑性 (mouldability) 是指材料在温度和压力作用下变形和在模具中成形的能力。 （2）可挤压性 可挤压性指聚合物通过挤压作用变形时获得形状和保持现状的能力。 材料的挤压性能与聚合物的流变性、熔融指数和流动速率密切相关 （3）可延性 可延性表示无定形或半结晶聚合物在一个方向或两个方向受到压延或拉伸时变形的能力。 利用聚合物的可延性，可以通过压延或拉伸工艺生产薄膜、片材和纤维。 （4）可纺性 可纺性指聚合物通过成形过程形成连续固态纤维的能力。 可纺性主要取决于材料的流变性质、熔体粘度、熔体强度以及熔体的热稳定性和化学稳定性等。 三. 聚合物在成形过程中的粘弹行为 (viscoelasticity) 聚合物在成形过程中通常是从固体变为液体，再从液体变为固体。在材料成形的各个阶段，聚合物将分别呈现出固体和液体的性能，表现出弹性和粘性 。 当成形温度高于Tf以致聚合物处于粘流态时，聚合物的变形发展则以粘性变形的不可逆性提高了制品在长期使用过程中的形状和尺寸的稳定性； 5.2 高分子材料的成形方法及设备 塑料成形方法 橡胶成形方法 复合材料成形方法 塑料成形方法 塑料成形是将原料在一定温度和压力下塑制成具有一定形状制品的工艺过程。成形是塑料制品生产过程中的重要工序 注塑成形又称注射成形 (injection molding)。注塑成形是将粒状或粉状塑料从注塑机的料斗送入加热的料筒内，经加热熔化至粘流态后，在柱塞或螺杆的推动下，向前移动并通过料筒端部的喷嘴，经过主流道、分流道、浇口注入闭合模具的型腔中，充满模腔的塑料熔体在压力作用下发生冷却固化，形成与模腔相同形状的塑料，然后开模分型获得成形塑件。 其主要特点如下：（1）生产效率高，可以实现高度机械化。自动化生产，适于大批量生产。（2）制品尺寸精确，精度较高。（3）可以生产形状复杂、薄壁和带有金属嵌件的塑料制品。（4）可生产几克到数千克的塑料。 注塑成形工艺过程包括：成形前准备、成形过程、塑件后处理三个主要部分。 （2）成形过程 成形过程一般包括：加料、塑化、注射、保压、冷却和脱模几个步骤。 （3）塑件的后处理 成形后的塑料制品经过适当的后处理，可以消除内应力，改善制品性能，提高尺寸稳定性。 3. 注塑成形的工艺条件 4. 注塑成形设备 注塑成形的主要设备是注塑机（注射机）(injection molding machine)和模具(mold)。注射机是塑料注射成形的专用设备，有柱塞式(plunger type)和螺杆式(reciprocating screw type)两种类型，目前最常用的是螺杆式注射机。 注射机的主要组成部分是注射系统与合模系统。 注射系统的作用就是加热塑料使之塑化，并对其施加压力使之射入和充满模具型腔，它包括了注射机上直接与物料和熔体接触的零部件。 橡胶成形方法 （1）借助于压延机辊筒的作用把混炼胶压成具有一定厚度的胶片，完成胶料贴合，以及骨架材料（纺织物）通过贴胶、擦胶制成片状半成品的工艺过程叫压延（calendering）。 （2）模压成形 将混炼好的胶料加工成一定规格和形状的半成品，按模具型腔的形状和尺寸对半成品进行定量下料，置于压制模具中，在加热、加压条件下，使胶料呈现塑性流动而充满型腔，再经一定的持续加热时间后完成硫化，最后经脱模和修边后得到橡胶制品。 （3）注射成形将混炼过的胶料通过加料装置加入料筒中加热塑化成熔融态，在螺杆或柱塞的推动下，通过喷嘴注入到闭合模具中，