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塑料加工工艺
塑料加工工艺
2.塑料加工工艺
(1)成型
塑料加工的关键环节。
将各种形态的塑料(粉、粒料、溶液或分散体)制成所需形状的制品或坯件。
成型的方法多达三十几种。
它的选择主要决定于塑料的类型(热塑性还是热固性)、起始形态以及制品的外形和尺寸。
加工热塑性塑料常用的方法有挤出、注射成型、压延、吹塑和热成型等,加工热固性塑料一般采用模压、传递模塑,也用注射成型。
层压、模压和热成型是使塑料在平面上成型。
上述塑料加工的方法,均可用于橡胶加工。
此外,还有以液态单体或聚合物为原料的浇铸等。
在这些方法中,以挤出和注射成型用得最多,也是最基本的成型方法。
(2)机械加工
借用金属和木材等的加工方法,制造尺寸很精确或数量不多的塑料制品,也可作为成型的辅助工序,如挤出型材的锯切。
由于塑料的性能与金属和木材不同,塑料的热导性差,热膨胀系数、弹性模量低,当夹具或刀具加压太大时,易于引起变形,切削时受热易熔化,且易粘附在刀具上。
因此,塑料进行机械加工时,所用的刀具及相应的切削速度等都要适应塑料特点。
常用的机械加工方法有锯、剪、冲、车、刨、钻、磨、抛光、螺纹加工等。
此外,塑料也可用激光截断、打孔和焊接。
(3)接合
把塑料件接合起来的方法有焊接和粘接。
焊接法是使用焊条的热风焊接,使用热极的热熔焊接,以及高频焊接、摩擦焊接、感应焊接、超声焊接等。
粘接法可按所用的胶粘剂,分为熔剂、树脂溶液和热熔胶粘接。
(4)表面修饰
表面修饰的目的是美化塑料制品表面,通常包括:
机械修饰,即用锉、磨、抛光等工艺,去除制件上毛边、毛刺,以及修正尺寸等;涂饰,包括用涂料涂敷制件表面,用溶剂使表面增亮,用带花纹薄膜贴覆制品表面等;施彩,包括彩绘、印刷和烫印;镀金属,包括真空镀膜、电镀以及化学法镀银等。
其中烫印是在加热、加压下,将烫印膜上的彩色铝箔层(或其他花纹膜层)转移到制件上。
许多家用电器及建筑制品、日用品等,都用此法获得金属光泽或木纹等图案。
(5)装配
用粘合、焊接以及机械连接等方法,使制成的塑料件组装成完整制品的作业。
例如:
塑料型材,经过锯切、焊接、钻孔等步骤组装成塑料窗框和塑料门。
2.1吸塑工艺
(1)吸塑
一种塑料加工工艺,主要原理是将平展的塑料硬片材加热变软后,采用真空吸附于模具表面,冷却后成型,广泛用于塑料包装、灯饰、广告、装饰等行业。
(2)吸塑包装
采用吸塑工艺生产出塑料制品,并用相应的设备对产品进行封装的总称。
吸塑包装制品主要包括:
泡壳、托盘、吸塑盒,同义词还有:
真空罩、泡罩等。
吸塑包装设备主要包括:
吸塑成型机、冲床、封口机、高频机、折边机。
封装形成的包装产品可分为:
插卡、吸卡、双泡壳、半泡壳、对折泡壳、三折泡壳等。
(3)泡壳:
采用吸塑工艺将透明的塑料硬片制成特定凸起形状的透明塑料,罩于产品表面,起到保护和美化产品的作用。
又名泡罩、真空罩(4)托盘:
也叫塑料内托,采用吸塑工艺将塑料硬片制成特定凹槽的塑料,将产品置于凹槽内,起到保护和美化产品的作用。
(5)植绒内托:
是一种采用特殊材料的吸塑托盘,将普通的塑料硬片表面粘上一层绒质材料,从而使托盘表面有种绒质的手感,用来提高包装品档次。
(6)抗静电托盘:
是一采用特殊材料的吸塑托盘,该材料表面的电阻值小于10的11次方欧姆。
主要用于电子、IT产品的吸塑托盘。
(7)吸塑模具:
吸塑生产用的模具,成本最低的是石膏模,其次是电镀铜模,最贵的是铝模。
模具钻有小孔,用于真空吸附热化的硬片,形成吸塑产品。
(8)吸塑成型:
就是我们常讲的吸塑,采用吸塑成型机将加热软化的塑料硬片吸附于模具表面,冷却后,形成凹凸形状的塑料。
(9)吸塑裁切:
吸塑成型后的塑料产品,经过冲床,将大张的片材用刀模分切成单个产品。
(10)折边:
吸塑包装品中有一种叫插卡包装,需要将泡壳的三个边用折边机折到背后,以便在下一道封装工序中,将纸卡插入折边内,形成插卡包装。
(11)热合封口:
是一种吸塑封装工艺,用封口机将表面涂有吸塑油的纸卡与泡
壳热合在一起,形成吸卡包装。
(12)高频封口:
是一种吸塑封装工艺,用高周波机产生高频,将泡壳与泡壳之间粘合在一起,形成双泡壳包装。
(13)超声波封口:
是一种吸塑封装工艺,采用超声波机产生超声波,将泡壳与泡壳粘合在一起,形成双泡壳包装,与高频封口所不同的是,超声波不但可以封PVC、PETG材料,也可以封PET材料,而且对封装的产品没有电磁伤害,特别适合电子产品的封装;不足之处在于超声波封边只能是间隔的点状,而且一般是每次只封一条直边。
2.1.1吸塑工艺流程图
2.2吹塑工艺
吹塑技术一种发展迅速的塑料加工方法。
热塑性树脂经挤出或注射成型得
到的管状塑料型坯,趁热(或加热到软化状态),置于对开模中,闭模后立即在型坯内通入压缩空气,使塑料型坯吹胀而紧贴在模具内壁上,经冷却脱模,即得到各种中空制品。
2.2.1技术简介
吹塑工艺在第二次世界大战期间,开始用于生产低密度聚乙烯小瓶。
50年代后期,随着高密度聚乙烯的诞生和吹塑成型机的发展,吹塑技术得到了广泛应用。
中空容器的体积可达数千升,有的生产已采用了计算机控制。
适用于吹塑的塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯等,所得之中空容器广泛用作工业包装容器。
根据型坯制作方法,吹塑可分为挤出吹塑和注射吹塑,新发展起来的有多层吹塑和拉伸吹塑。
2.2.2发展前景
近几年,随着各种功能饮料与酒包装市场的发展,各种多层共注—吹塑成型技术成为市场的热点。
注拉吹中空成型制品具有壁厚均匀、尺寸稳定性好、重量轻、强度大等优点,因此应用范围非常广泛。
由于注拉吹工艺生产的容器多以PET、PP、PE、PVC等材料为原料,而使用这些原料生产的瓶子具有质轻、便携、无毒、透明、不易破碎、阻隔性较好等优点,使其越来越多地成为药用玻璃瓶的替代品而被应用于碳酸饮料、果汁饮料、饮用水、食用油、酒类、日化产品、药品等行业的包装中。
注拉吹加工工艺流程分为两步法和一步法。
一步法是在一台设备上完成从原料到容器的整个成型过程。
两步法工艺需要两台设备完成由原料到制品的成型过程。
两步法主要适合大批量生产,而且灵活性大,既可以用一台注射机配多台吹瓶机,也可以用多台注射机配一台吹瓶机。
当然,这主要应根据注射机与吹瓶的产量匹配而定。
2.2.3控制要点
吹塑薄膜工艺流程大致如下:
料斗上料一物料塑化挤出?
吹胀牵引?
风环冷却?
人字夹板?
牵引辊牵引?
电晕处理?
薄膜收卷
但是,值得指出的是,吹塑薄膜的性能跟生产工艺参数有着很大的关系,因此,在吹膜过程中,必须要加强对工艺参数的控制,规范工艺操作,保证生产的顺利进行,并获得高质量的薄膜产品。
在聚乙烯吹塑薄膜生产过程中,主要是做好以下几项工艺参数的控制:
(1)挤出机温度
吹塑低密度聚乙烯(LDPE)薄膜时,挤出温度一般控制在160?
170?
之间,且必须保证机头温度均匀,挤出温度过高,树脂容易分解,且薄膜发脆,尤其使纵向拉伸强度显著下降;温度过低,则树脂塑化不良,不能圆滑地进行膨胀拉伸,薄膜的拉伸强度较低,且表面的光泽性和透明度差,甚至出现像木材年轮般的花纹以及未熔化的晶核(鱼眼)。
(2)吹胀比
吹胀比是吹塑薄膜生产工艺的控制要点之一,是指吹胀后膜泡的直径与未吹胀的管环直径之间的比值。
吹胀比为薄膜的横向膨胀倍数,实际上是对薄膜进行横向拉伸,拉伸会对塑料分子产生一定程度的取向作用,吹胀比增大,从而使薄膜的横向强度提高。
但是,吹胀比也不能太大,否则容易造成膜泡不稳定,且薄膜容易出现皱折。
因此,吹胀比应当同牵引比配合适当才行,一般来说,低密度聚乙烯(LDPE)薄膜的吹胀比应控制在2.5,3.0为宜。
2.2.4吹塑工艺流程图
2.3注塑成型工艺
塑件的注塑成型工艺过程主要包括填充——保压——冷却——脱模等4个阶段,这4个阶段直接决定着制品的成型质量,而且这4个阶段是一个完整的连续过程。
2.3.1填充阶段
填充是整个注塑循环过程中的第一步,时间从模具闭合开始注塑算起,到模
具型腔填充到大约95%为止。
理论上,填充时间越短,成型效率越高,但是实际中,成型时间或者注塑速度要受到很多条件的制约。
高速填充时剪切率较高,塑料由于剪切变稀的作用而存在粘度下降的情形,使整体流动阻力降低;局部的粘滞加热影响也会使固化层厚度变薄。
因此在流动控制阶段,填充行为往往取决于待填充的体积大小。
即在流动控制阶段,由于高速填充,熔体的剪切变稀效果往往很大,而薄壁的冷却作用并不明显,于是速率的效用占了上风。
热传导控制低速填充时,剪切率较低,局部粘度较高,流动阻力较大。
由于热塑料补充速率较慢,流动较为缓慢,使热传导效应较为明显,热量迅速为冷模壁带走。
加上较少量的粘滞加热现象,固化层厚度较厚,又进一步增加壁部较薄处的流动阻力。
由于喷泉流动的原因,在流动波前面的塑料高分子链排向几乎平行流动波前。
因此两股塑料熔胶在交汇时,接触面的高分子链互相平行;加上两股熔胶性质各异(在模腔中滞留时间不同,温度、压力也不同),造成熔胶交汇区域在微观上结构强度较差。
在光线下将零件摆放适当的角度用肉眼观察,可以发现有明显的接合线产生,这就是熔接痕的形成机理。
熔接痕不仅影响塑件外观,同时由于微观结构的松散,易造成应力集中,从而使得该部分的强度降低而发生断裂。
一般而言,在高温区产生熔接的熔接痕强度较佳,因为高温情形下,高分子链活动性较佳,可以互相穿透缠绕,此外高温度区域两股熔体的温度较为接近,熔体的热性质几乎相同,增加了熔接区域的强度;反之在低温区域,熔接强度较差。
2.3.2保压阶段
保压阶段的作用是持续施加压力,压实熔体,增加塑料密度(增密),以补偿塑料的收缩行为。
在保压过程中,由于模腔中已经填满塑料,背压较高。
在保压压实过程中,注塑机螺杆仅能慢慢地向前作微小移动,塑料的流动速度也较为缓慢,这时的流动称作保压流动。
由于在保压阶段,塑料受模壁冷却固化加快,熔体粘度增加也很快,因此模具型腔内的阻力很大。
在保压的后期,材料密度持续增大,塑件也逐渐成型,保压阶段要一直持续到浇口固化封口为止,此时保压阶段的模腔压力达到最高值。
在保压阶段,由于压力相当高,塑料呈现部分可压缩特性。
在压力较高区域,塑料较为密实,密度较高;在压力较低区域,塑料较为疏松,密度较低,因此造成密度分布随位置及时间发生变化。
保压过程中塑料流速极低,流动不再起主导作用;压力为影响保压过程的主要因素。
保压过程中塑料已经充满模腔,此时逐渐固化的熔体作为传递压力的介质。
模腔中的压力借助塑料传递至模壁表面,有撑开模具的趋势,因此需要适当的锁模力进行锁模。
涨模力在正常情形下会微微将模具撑开,对于模具的排气具有帮助作用;但若涨模力过大,易造成成型品毛边、溢料,甚至撑开模具。
因此在选择注塑机时,应选择具有足够大锁模力的注塑机,以防止涨模现象并能有效进行保压。
2.3.3冷却阶段
在注塑成型模具中,冷却系统的设计非常重要。
这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性,脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。
由于冷却时间占整个成型周期约70%,80%,因此设计良好的冷却系统可以大幅缩短成型时间,提高注塑生产率,降低成本。
设计不当的冷却系统会使成型时间拉长,增加成本;冷却不均匀更会进一步造成塑料制品的翘曲变形。
根据实验,由熔体进入模具的热量大体分两部分散发,一部分有5%经辐射、对流传递到大气中,其余95%从熔体传导到模具。
塑料制品在模具中由于冷却水管的作用,热量由模腔中的塑料通过热传导经模架传至冷却水管,再通过热对流被冷却液带走。
少数未被冷却水带走的热量则继续在模具中传导,至接触外界后散溢于空气中。
注塑成型的成型周期由合模时间、充填时间、保压时间、冷却时间及脱模时间组成。
其中以冷却时间所占比重最大,大约为70%,80%。
因此冷却时间将直接影响塑料制品成型周期长短及产量大小。
脱模阶段塑料制品温
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