高分子材料成型加工复习要点1.docx
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高分子材料成型加工复习要点1
1高分子材料成型加工的定义和实质
高分子材料成型加工是将聚合物(有时还加入各种添加剂、助剂或改性材料等)转变成实用材料或制品的一种工程技术。
大多数情况下,聚合物加工通常包括两个过程:
首先使原材料产生变形或流动,并取得所需要的形状,然后设法保持取得的形状(即硬化),流动-硬化是聚合物加工过程的基本程序。
高分子材料加工的本质就是一个定构的过程,也就是使聚合物结构确定,并获得一定性能的过程。
2影响高分子材料性能的化学因素
构成的元素种类及其连接方式;立体规整性;共聚物组成;交联;端基;结构缺陷;支链
3影响高分子材料性能的物理因素
相对分子质量及其分布;结晶性;粒径与粒度分布;成型过程中的取向;熔体黏度与成型性
4假塑性流体
是非牛顿流体的一种,无屈服应力,具有粘度随剪切速率增加而减小的流动特性的流体。
5离模膨胀
聚合物熔体挤出后截面积比口模截面积大。
此种现象称之为巴拉斯效应,也成为离模膨胀效应。
6开炼机混炼工艺过程阶段
开炼机混炼经历包辊、吃粉、翻捣三个阶段
7密炼机混炼工艺过程阶段
混炼过程主要分为湿润、分散、捏炼三个过程
8混合设备的分类
根据操作模式分类:
间歇式和连续式
根据混合过程特征:
分布式和分散式
根据混合物强度大小:
高强度、中强度、低强度混合设备
9塑炼的分类及常见设备
机械塑炼(常见设备有开炼机、密炼机、螺杆塑炼机)、化学塑炼、物理塑炼。
10热固性塑料的成型收缩率
热固性塑料在高温下模压成型后脱模冷却至室温,其各向尺寸将会发生收缩,此成型收缩率SL定义为:
在常温常压下,模具型腔的单向尺寸L0和制品相应的单向尺寸L之差与模具型腔的单向尺寸L0之比为:
SL=(L0-L)/L0*100%
11正硫化
正硫化:
橡胶的交联反应达到一定的程度,此时的各向物理机械性能均达到或接近最佳值,其综合性能最佳。
此时交联键发生重排、裂解等反应,同时存在的交联、裂解反应达到了平衡,因此胶料的物理机械性能在一个阶段基本上保持恒定或变化很少。
12SMC、BMC、GMT
BMC:
块模状塑料,是用预混法制成的聚酯树脂模塑料,模塑料成块团状,故也称料团。
SMC:
片状模塑料,是用预浸法制成的片状聚酯树脂模压料。
GMT:
热熔型高分子复合填缝料/密封胶,具有聚氨脂材料相同的高弹性和良好粘接性,同时还有橡胶沥青的较大变形能力、韧性和塑性。
13挤出机、挤出系统的组成
挤出机的组成:
传动系统,挤出系统,加热和冷却系统,控制系统,辅助设备。
挤出系统的组成:
加料装置,料筒,螺杆,机头,口模。
14挤出机螺杆的结构参数
结构参数包括:
螺杆直径,螺杆的长径比,螺杆的压缩比,螺槽深度,螺旋角,螺纹棱部宽,螺杆与料筒的间隙。
15螺杆的作用
输送物料,传热塑化物料,混合均化物料,增压作用(使物料受到压缩)
16挤出机的固体输送率
其中
为挤出机的生产率;
为螺杆螺纹的平均直径;
为螺纹的螺旋角;A为螺纹槽的横断面积;
为物料的密度;n为螺杆转速;
为机台的传送系数。
17熔体输送理论
从压缩段送入均化段的物料是具有恒定密度的黏流态物料,在该段物料的流动已成为黏性流体的流动,物料不仅受到旋转螺杆的挤压作用,同时受到由于机头口模的阻力所造成的反压作用,物料的流动情况复杂。
通常把物料在螺槽中的流动看成以下四种类型的流动组成:
正流、逆流、横流、漏流。
其中横流对挤出量没有影响。
18挤出机最佳工作点和特性曲线
书本P233页
19长径比、压缩比的定义及其意义
长径比的定义:
螺杆工作部分的有效长度与直径之比,此值通常为15~25。
长径比的意义:
长径比大,能改善塑料的温度分布,混合更均匀,减少挤出时的逆流和漏流,提高挤出机的生产能力,大长径比螺杆适用于硬塑料、粉状塑料或结晶性塑料,热敏性塑料不适于过大长径比螺杆。
压缩比的定义:
螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一个螺槽的容积之比,它表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。
压缩比的意义:
压缩比越大,塑料受到的挤压作用就越大,排除物料中所含空气的能力就越强,但压缩比过大会使螺杆本身的机械强度下降。
粉状塑料采用的压缩比要大于粒状塑料。
20挤出吹塑中的冷凝线及双向取向的含义
冷凝线:
膜管在机头上方开始变得浑浊的距离称为冷凝线距离。
双向取向:
由于吹塑和牵伸的同时作用,使挤出的管坯在纵横两个方向都发生取向,使吹塑薄膜具有一定的机械强度。
一般都是纵向强度大于横向强度。
21双螺杆挤出机的分类
啮合型挤出机:
同向旋转挤出机(低速、高速),异向旋转挤出机(锥形、圆柱形)。
非啮合型挤出机:
同向旋转挤出机,异向旋转挤出机,同轴挤出机。
22注塑机的注射系统、注射机的合模系统的组成及分类
注射系统的组成:
加料装置、料筒、螺杆(或柱塞及分流梭)、喷嘴。
根据注射系统分类:
柱塞式注射机、双阶柱塞式注射机、螺杆预塑化柱塞式注射机、移动螺杆式注射机。
合模系统主要由合模装置、调模机构、顶出机构、前后固定模板、移动模板、合模油缸和安全保护机构组成。
合模系统的分类:
机械式、液压式和液压-机械组合式。
23注射模具的浇注系统
浇注系统的组成:
主流道、分流道、浇口、冷料井、导向零件、分型抽芯机构、顶出装置、冷却加热系统、排气系统。
24注射成型时需克服的阻力
熔体的外摩擦(包括料筒、喷嘴、浇注系统、型腔),熔体内部摩擦
25注射充模流动的各阶段
塑料进入模腔内的流动情况可分为:
充模阶段、保压阶段、倒流阶段、冻结后的冷却阶段。
其中充模阶段分为两个时期:
柱塞或螺杆空载期、充模期(充模期又分为注射充模流动阶段、压实流动阶段)
26注射成型的工艺条件的控制及其对制品的影响
温度:
包括料温(其中又分为料筒加热和喷嘴加热温度)和模温
●料温:
料筒加热温度:
保证塑料塑化良好,能顺利充模,不致于引起塑料的降解。
一般筒温升高,熔体黏度下降,塑化时间缩短,充模顺利,注射速度增快,注射周期缩短,生产效率提高;筒温越高,充模后保持在玻璃化温度以上的时间变长,有利于解取向,制品收缩率会降低。
所以筒温尽可能的能高些,但不能使物料热降解。
喷嘴温度:
注射时物料高速通过喷嘴,有摩擦,会升温。
为了防止流延现象,喷嘴温度应控制比料筒前部的最高温度稍低一点。
●模温:
模温的高低影响充模后冷却的快慢,进而影响生产周期及制品性能。
模温的选择和塑料品种、制品使用性能要求、制品的形状尺寸、其他成型工艺条件、生产成本。
模具温度是由冷却介质温度(Tc)控制的:
Tc<塑料的Tg——骤冷
Tc≥塑料的Tg——中速冷
Tc>>塑料的Tg——缓冷
对结晶性塑料的影响:
1.模温高,冷却速度小,结晶速率大,有利结晶,分子取向效应小
2.中等模温,冷却速度适中,分子的结晶和取向也适中
3.模温低,冷却速度大,不利于结晶,制品的结晶度下降
对无定型塑料的影响:
1.对熔融粘度较低或中等的无定型塑料,如PS、CA等采用较低的模温。
2.对熔融粘度较高的无定形塑料,如PPO、PC、PSF等采用较高的模温
压力:
●背压力(塑化压力):
增大背压塑化时的剪切作用加强,熔体温度上升,塑化效果提高,但塑化能力下降。
热敏性塑料(PVC、POM),高粘度塑料(PC、PSF、PPO)不宜使用较大的背压。
在尽可能的条件下,应尽量使用较小的背压。
●注射压力:
注射压力的三个作用是推动熔体前进;克服浇注系统的阻力,使熔体充模;保压,补塑。
注射压力的上升使充模速度上升,制品密度上升,制品性能提高,但内应力增大。
压力的选择:
1.尺寸大,形状复杂,薄壁制品,模具流动阻力大
2.玻璃化温度高,熔体粘度高
3.料温较低
以上三种情况全都选择高压,但产品之后应做退火处理,以消除残余应力。
注射速度:
与注射压力使相辅相成的。
注射速度上升,物料受剪切的作用更大,产生的热量更多,温度更高,充模压力变大,充模顺利,生产周期缩短。
但是速度过快,料流变成湍流,严重时引起喷射作用,卷入空气使制品产生内应力。
所以注射速度应保持料流为层流状态。
时间:
在保障质量的前提下,尽量缩短时间(注射成型周期)。
●充模时间速度要快,一般3-5秒,大制品4-10秒,易充模,内应力小,但应防止出现喷射。
●保压时间一般为20-120秒,大厚制品5-10分钟,保压时间短会造成补料少、倒流量大、封口压力低、收缩率大甚至产生孔缩;保压时间长:
封口压力高,取向分子松弛少,内应力大,难脱模。
●冷却时间一般为30秒-120秒。
时间长,生产效率低;时间短,易变形。
27流延及凝封现象的定义
流延现象:
塑料在注射时以高速度通过喷嘴的细孔,有一定的摩擦热产生,使塑料熔体发生流延现象。
凝封现象:
在浇注系统里的熔体先行冷却硬化,模腔内还未冷却固化的熔体就不会向喷嘴方向倒流。
28压延成型工艺条件的控制(压延操作条件)
1.辊筒温度和转速:
一般大多数塑料容易粘附在高温、高转速的辊筒上,为了压延成型的顺利进行,操作上应控制:
温度:
T辊3>=T辊4>T辊2>T辊1>Tf
转速:
T辊3>=T辊4>T辊2>T辊1>Tf
对于同种塑料,辊速越快,制品厚度越薄,辊温则越低。
2.辊筒的速比:
使物料依次贴辊,使物料更好地塑化。
速比过大容易导致包辊;速比过小容易导致物料不贴辊。
3.辊距和存料量:
为使制品结构紧密、压延顺利,要求辊筒间距:
h0(1-2)>h0(2-3)>h0(3-4)
辊距越小,挤压压力越大,可以赶走物料中的气泡,增大制品密度,有利于塑化传热。
还应保证两辊间隙之间应有一定的存料,以增大压力,保持良好的塑化作用,以提高制品质量。
存料也不宜过多,否则会使物料停留时间过长而发生降解。
4.牵引(拉伸)、冷却、卷曲:
引离,使高聚物受到剪切、拉伸,沿着前进方向有适当的定向作用。
要求:
V辊(卷曲)≥V辊(冷却)>V辊(引离)>V辊3。
这样,将使制品拉伸,有利于引离,同时不因制品的自身重力而下垂,保证生产工艺的顺利进行。
29压延成型挠度的产生原因及解决方法
挠度产生的原因:
物料在辊筒的间隙受压延时,对辊筒有横向压力,这种企图将辊筒分开的作用力称为分离力,将使两端支撑在轴承上的辊筒产生弹性弯曲,其程度大小以辊筒轴线中央部位偏离原来水平位置的距离表示,称为辊筒的挠度。
解决方法:
用以下三种方法来补偿辊筒弹性变形对薄膜横向厚度分布均匀性的影响
1、中高度法(凹凸系数法)2、轴交叉法3、预应力法
30平挤逐次双向拉伸薄膜的工艺流程
挤出机经平缝机头将塑料熔体挤成厚片→厚片急冷→纵向拉伸→横向拉伸→热定型和冷却→切边和卷曲
31中空吹塑流程
型坯挤出→(完全进入模腔)闭模吹气→(型坯吹胀成型)保压冷却→(泄压)开模脱出。
32中空吹塑的分类
注射吹塑:
拉伸注坯吹塑和注射-拉伸-吹塑。
挤出吹塑:
单层直接挤坯吹塑,多层共挤出吹塑,挤出-蓄料-压坯-吹塑。
33四大一次成型方法、二次成型方法的适用对象、制品特点、能简述工艺流程(模压成型、挤出成型、注射成型)、注射、挤出成型设备的标称
●一次成型方法:
1.模压成型:
适用对象:
热固性塑料,包括酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂、有机硅树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺等。
制品特点:
内应力小,取向程度低,不易变形,稳定性较好。
工艺流程:
计量→预压→预热→嵌件安放→加料→闭模→排气→保压固化→脱模冷却→制品后处理
2.挤出成型:
适用对象:
几乎所用的热塑性塑料,部分热固性塑料,橡胶。
制品特点:
具有恒定断面形状的连续型材。
工艺流程:
原料的准备和预处理→挤出成型→定型与冷却→制品的牵引和卷取→后处理
3.注射成型:
适用对象:
几乎所有的热塑性塑料及多种热固性塑料,橡胶制品。
制品特点:
一次成型外形复杂、尺寸精确的制品、成型适应性强、制品种类繁多。
工艺流程:
成型
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