塑料工藝.docx

一、 塑料工業(yè)發(fā)展史及現(xiàn)狀 19世紀(jì)，美國(guó)盛行臺(tái)球。那時(shí)的臺(tái)球是用象牙做的，但當(dāng)時(shí)非洲的大象不斷減少，美國(guó)差不多完全得不到象牙來(lái)制作臺(tái)球，臺(tái)球制造廠的老板。于是宣布：誰(shuí)能發(fā)明一種代替象牙做臺(tái)球的材料，誰(shuí)就能得到1萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金。 1868年，美國(guó)一位叫約翰海阿特的人，決定發(fā)明出一種代替象牙制作臺(tái)球的材料，許多努力都失敗后，一次偶然發(fā)現(xiàn)硝化纖維在酒精中溶解后（火棉膠），將其涂在物體上，干燥后能形成透明而結(jié)實(shí)的膜。他就想把這種膜凝結(jié)起來(lái)做成球，經(jīng)歷一次次失敗后，終于在1869年發(fā)現(xiàn)，在火棉膠中加進(jìn)樟腦時(shí)，硝化纖維成了一種柔韌、硬而不脆的材料。在熱壓下制成各種形狀，當(dāng)然可以用來(lái)做臺(tái)球。他將它命名為“賽璐珞”。 據(jù)此，他已成了一個(gè)大發(fā)明家，1872年，他在美國(guó)紐瓦克建立了一個(gè)生產(chǎn)賽璐珞的工廠，除用來(lái)生產(chǎn)臺(tái)球外，還用來(lái)做馬車(chē)和汽車(chē)的風(fēng)擋及電影膠片，從此開(kāi)創(chuàng)了塑料工業(yè)的先河。 1877年，英國(guó)也開(kāi)始用賽璐珞生產(chǎn)假象牙和臺(tái)球等塑料制品。后來(lái)海阿特又用賽璐珞制造箱子、鈕扣、直尺、乒乓球和眼鏡架等。 賽璐璐雖是最早的人造塑料，而不是合成塑料，由于“賽璐珞”中含硝酸根，極易著火引起火災(zāi)。第一種合成塑料是將酚醛樹(shù)脂加熱模壓制得，是在20世紀(jì)初，由美籍比利時(shí)化學(xué)家貝克蘭制成。 1905年,美國(guó)化學(xué)家貝克蘭有一次將苯酚和甲醛放在燒瓶里,以酸做催化劑,然后進(jìn)行加熱反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)里面生成了一種粘稠的東西，這東西就是現(xiàn)在的酚醛樹(shù)脂，它不滲水，受熱不變形，有一定的機(jī)械強(qiáng)度，易于加工，而且有很好的絕緣性，這對(duì)于剛興起的電器工業(yè)來(lái)說(shuō)，是非常及時(shí)的材料。 人們?cè)诜尤?shù)脂里加進(jìn)鋸木屑、石棉或陶土等混合后，在高溫下用模子壓出成品。廣泛用來(lái)生產(chǎn)電燈開(kāi)關(guān)、燈頭、燈座、電話機(jī)等電器用品，因此稱(chēng)為“電木”。現(xiàn)在電木仍是普遍使用一種塑料。但其衍生的建材粘合劑含甲醛，造成污染。 1931年，美國(guó)羅姆-哈斯公司以本體法生產(chǎn)聚甲基丙烯酸甲酯，制造出有機(jī)玻璃。 1926年，美國(guó)W.L.西蒙把尚未找到用途的聚氯乙烯粉料在加熱下溶于高沸點(diǎn)溶劑中，在冷卻后，意外地得到柔軟、易于加工、且富于彈性的增塑聚氯乙烯。這一偶然發(fā)現(xiàn)打開(kāi)了聚氯乙烯得以工業(yè)生產(chǎn)的大門(mén)。1868 硝酸纖維素(賽璐珞celluloid) 1909 酚醛樹(shù)脂（電木） 1931 聚丙烯酸甲酯 1933 聚乙烯 PE 1936 聚氯乙烯PVC 1936 聚甲基丙烯酸甲酯(有機(jī)玻璃) 1936 聚乙烯醇縮醛 1938 聚酰胺 1940 聚酯、有機(jī)硅樹(shù)脂、氟樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯 1955 聚丙烯 1956 聚苯乙烯 1970 聚甲醛、聚碳酸酯、ABS樹(shù)酯 二、塑料基礎(chǔ)知識(shí)2.1、塑料的基本性能(1) 塑料質(zhì)輕，比強(qiáng)度高(比強(qiáng)度是指強(qiáng)度與密度的比值) 。一般塑料密度在0.9-2.3g/cm3之間，聚乙烯、聚丙烯的密度最小，約為0.9 g/cm3，最重的聚四氟乙烯的密度不超過(guò)2.3g/cm3。平均密度約為鋁的1/2、鋼的1/5。(2) 多數(shù)塑料制品有透明性，并富有光澤，能著鮮艷色彩，且著色堅(jiān)固，不易變色。 (3) 優(yōu)異的電絕緣性。大多數(shù)塑料在低頻低壓下具有良好的電絕緣性能，有的即使在高頻高壓下也可以作電器絕緣材料或電容介質(zhì)材料。(4) 塑料的導(dǎo)熱率極小，只有金屬的1/6001/200，泡沫塑料的導(dǎo)熱率與靜態(tài)空氣相當(dāng)，被廣泛用作絕熱保溫材料或建筑節(jié)能、冷藏等絕熱裝置材料。(5) 耐磨、自潤(rùn)滑性能好。大多數(shù)塑料具有優(yōu)良的減磨、耐磨和自潤(rùn)滑特性，可以在無(wú)潤(rùn)滑條件下有效工作。(6) 塑料有耐化學(xué)藥品性，多數(shù)塑料對(duì)一般濃度的酸、堿、鹽等化學(xué)藥品具有良好的耐腐蝕性能，其中最突出的是聚四氟乙烯。(7) 塑料成型加工方便，能大批量生產(chǎn)。塑料通過(guò)加熱、加壓可塑制成各種形狀的制品，易進(jìn)行切削、焊接、表面處理等二次加工，精加工成本低，用塑料制品代替金屬制品，可以節(jié)約大量金屬材料。缺點(diǎn)：（1）塑料不耐高溫，低溫容易發(fā)脆。 （2）燃燒時(shí)放出有毒氣體。 （3）塑料制品易變形。 （4）塑料有“老化”現(xiàn)象。 （5）降解困難，對(duì)環(huán)境不友好。 2. 2 塑料的分類(lèi) 1.按熱性能分：熱塑性塑料和熱固性塑料。A.熱塑性塑料 在特定溫度范圍內(nèi)受熱軟化(或熔化)，冷卻后硬化，能反復(fù)加熱軟化和反復(fù)冷卻硬化，且在軟化狀態(tài)通過(guò)流動(dòng)能反復(fù)模塑成型。塑性較好，但耐熱性差。主要有：ABS、聚酰胺（尼龍）、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲醛。B.熱固性塑料 初加熱時(shí)軟化，可塑造成形，但固化后（如加入固化劑，用紫外線輻射）再加熱將不再軟化,也不溶于溶劑。即不再具有可塑性。它有較高的耐熱性，不易變形，剛度大，硬度高。 主要有；環(huán)氧塑料、酚醛塑料、氨基樹(shù)脂、不飽和聚酯。2.按用途分：工程塑料、通用塑料、增強(qiáng)塑料和特種塑料。(1)工程塑料 主要特點(diǎn)：絕緣性好、彈性高、能承受較大的力，不易變形、不易老化等。即力學(xué)性能好和使用溫度高的塑料。主要用于各種家用電器、手動(dòng)工具、機(jī)械、交通類(lèi)產(chǎn)品中的塑料件。 主要有：聚酰胺（尼龍）、聚甲醛、聚碳酸酯和ABS等。其強(qiáng)度較高、剛性較大，韌性也較好，但價(jià)格較高。常用于制造機(jī)械零件和工程構(gòu)件等。（2）通用塑料 即力學(xué)性能和使用溫度較低的塑料，產(chǎn)量大，用途多，價(jià)格低廉。主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚苯乙烯、ABS，其產(chǎn)量約占塑料總產(chǎn)量的四分之三以上。用作日常生活品、包裝材料。（3）增強(qiáng)塑料是一種高分子復(fù)合材料，它以合成樹(shù)脂為基礎(chǔ)與增強(qiáng)材料如玻璃纖維、碳纖維、石棉纖維等結(jié)合而成的一種增強(qiáng)材料。特點(diǎn)：質(zhì)地非常輕盈（為鋼的1/4，鋁的1/2）、堅(jiān)硬，耐腐蝕等。成形方法：手糊、模壓、纏繞成形法。應(yīng)用：制作交通工具的車(chē)門(mén)與窗框，儀表盤(pán)、內(nèi)部裝飾板、醫(yī)療設(shè)備的外殼、電機(jī)機(jī)殼等。(4)特種塑料 又稱(chēng)功能塑料，是指具有特殊功能，能在較高溫度（100 200 以上）下工作的塑料，能滿(mǎn)足特殊使用要求，如醫(yī)用塑料、導(dǎo)電塑料等。主要有：聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、有機(jī)硅樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等。2、3高分子聚合物的力學(xué)狀態(tài) 由于溫度和聚合物形變的關(guān)系能比較全面的反映高分子運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，因此通過(guò)形變溫度曲線和特征溫度的討論，可了解熱性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。 在線型聚合物中，由于鏈段熱運(yùn)動(dòng)程度不同，一般可出現(xiàn)三種不同的力學(xué)狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)1)玻璃態(tài) 玻璃態(tài)相當(dāng)于小分子物質(zhì)的固態(tài)。在玻璃態(tài)時(shí)由于溫度較低，大分子鏈和鏈段都不能產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。在外力的作用下，只能使大分子中的原子作輕微的振動(dòng)，從而產(chǎn)生較小的可逆形變， 2)高彈態(tài) 隨著溫度繼續(xù)增加，到達(dá)玻璃化溫度時(shí)，聚合物進(jìn)入高彈態(tài)。分子鏈段獲得足夠的能量而發(fā)生運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生較大的形變高彈形變，這種形變具有可逆性，在常溫下處于高彈態(tài)的聚合物，可作為彈性材料使用。3) 粘流態(tài) 當(dāng)溫度繼續(xù)增加達(dá)到軟化溫度時(shí)，聚合物進(jìn)入粘流態(tài)，整個(gè)大分子鏈開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生相對(duì)滑移，形成很大的形變，這種形變具有不可逆性，如下圖所示。聚合物的粘流態(tài)不同于玻璃態(tài)和高彈態(tài)，它不是一種使用狀態(tài)，而是工藝狀態(tài)。 聚合物在各狀態(tài)的力學(xué)行為特征和分子機(jī)理如下表所示。聚合物力學(xué)三態(tài)的分子機(jī)理和力學(xué)行為特征 三、塑料的成形加工工藝 塑料成型是將樹(shù)脂和各種添加劑的混合物作為原料，制成具有一定形狀的制品的工藝過(guò)程。塑料制品性能的優(yōu)劣，既與塑料品種和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有關(guān)，也與成型方法和具體的工藝條件等因素有關(guān)。 根據(jù)聚合物所處不同力學(xué)狀態(tài)，塑料成型加工的方法可分為三大類(lèi)： 處于玻璃態(tài)的塑料，可以采用車(chē)、銑、鉆、刨等機(jī)械加工方法和電鍍、噴涂等表面處理方法； 當(dāng)塑料處于高彈態(tài)時(shí)，可以采用熱沖壓、彎曲，真空成型等熱變形加工方法； 把塑料加熱到粘流態(tài)，可以進(jìn)行注射成型、擠出成型，吹塑成型等粘性流動(dòng)加工。 1. 注塑成型（注射成型）原理：利用注射機(jī)中的螺桿或柱塞的直線運(yùn)動(dòng)，將料筒內(nèi)已加熱塑化的粘流態(tài)塑料以一定的壓力和速度注入到合模的模腔內(nèi)，冷卻硬化后即成所需的制品。工藝過(guò)程：定量加料加熱熔融塑化 施壓注射充模冷卻啟模取件。 技術(shù)特點(diǎn)： （1）是所有熱塑性塑料和部分流動(dòng)性好的熱固性塑料的主要成型方法之一。 （2）能一次成型出外形復(fù)雜、尺寸精確和帶嵌件的制品。 （3）成型周期短、生產(chǎn)效率高，一般制件只需3060秒可成型。 （4）制品的一致性好，表面質(zhì)量好。2. 擠出成型 （擠塑成型）1）適用加工對(duì)象：熱塑性塑料和流動(dòng)性好的熱固性塑料。2）成型原理：使加熱熔融的塑料在推力作用下連續(xù)通過(guò)擠出模的?？谆蚩谀?，待冷卻定型硬化后而得到各種斷面形狀的制品。 3）擠出成型的制品有：薄膜、管、板、棒、單絲、中空容器、電線被覆層等。3. 壓制成型壓制成型主要用于熱固性塑料制品的生產(chǎn)，有模壓法和層壓法兩種。（1）模壓成型（壓塑成型）成型原理：是將定量的塑料原料置于金屬模具內(nèi)，閉合模具，加熱加壓，使原料塑化流動(dòng)并充滿(mǎn)型膛，同時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而固化成型。 成型特點(diǎn)：a. 特別適合成形流動(dòng)性很差的物料及大面積的薄壁制品。b. 幾乎所有熱固性塑料都適宜壓塑成形。 (2)層壓成型 將浸漬過(guò)樹(shù)脂的片狀材料疊合至所需厚度后放入層壓機(jī)中，在一定的溫度和壓力下使之粘合固化成層狀制品，如下圖所示。分為連續(xù)式層壓成型和間歇式層壓成型。 層壓成型制品質(zhì)地密實(shí)，表面平整光潔，生產(chǎn)效率高。多用于生產(chǎn)增強(qiáng)塑料板材、管材、棒材和膠合板等層壓材料。4. 吹塑成型 首先用擠出、注射等方法制出管狀型坯，然后將壓縮空氣通入處于熱塑狀態(tài)的型坯內(nèi)腔中，使其膨脹成為所需形狀的塑料制品。 分薄膜吹塑和中空吹塑成型。用于制造塑料薄膜、中空塑料制品(如：瓶子、包裝桶、油箱、玩具等)。(1)薄膜吹塑 薄膜吹塑成型是將熔融塑料從擠出機(jī)機(jī)頭口模的環(huán)行間隙中呈圓筒形薄管擠出，同時(shí)從機(jī)頭中心孔向薄管內(nèi)腔吹入壓縮空氣，將薄管吹脹成直徑更大的管狀薄膜(俗稱(chēng)泡管)，冷卻后卷取。 薄膜吹塑成型主要用于生產(chǎn)塑料薄膜。(2)中空吹塑 中空吹塑成型是將從擠出機(jī)擠出的、處于軟化狀態(tài)的管狀熱塑性坯料放入成型模內(nèi)，然后通入壓縮空氣，利用空氣的壓力使坯料沿模腔變形 工藝： a.擠出吹塑：用擠出機(jī)擠出管狀型坯，趁熱將其夾在模具模腔內(nèi)并封底，向管坯內(nèi)腔通入壓縮空氣吹脹成型。 特點(diǎn)：制品形狀適應(yīng)性廣，特別適合于制造大型制件，制件底部強(qiáng)度不高，有邊角料。 b.注射吹塑：分冷型坯吹塑和熱型坯吹塑。前者是將注射制成的試管狀有底型坯冷卻后移入吹塑模內(nèi)，將型坯再加熱并通入壓縮空氣吹脹成型。后者則是將注射制成的試管狀有底型坯趁熱移入吹塑模內(nèi)進(jìn)行吹脹成型。 特點(diǎn)：注射吹塑制件外觀好，重量穩(wěn)定，尺寸精確，無(wú)邊角料。 c.拉伸吹塑：將擠出或注射制成的型坯加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋M(jìn)行縱向拉伸，同時(shí)或稍后用壓縮空氣吹脹進(jìn)行橫向拉伸。主要用于生產(chǎn)飲料用PET瓶及聚丙烯、聚氯乙烯中空制品。 5.壓延成型 是利用一對(duì)或數(shù)對(duì)作相對(duì)旋轉(zhuǎn)的加熱輥筒，將熱塑性塑料塑化并展壓成一定厚度和寬度的薄型材料。 壓延成型產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)能力大，多用于生產(chǎn)塑料薄膜、薄板、人造革、壁紙、地板革等塑料制品。 6、 滾塑成型 把粉狀或糊狀塑料置于模具中，加熱并沿兩垂直軸旋轉(zhuǎn)模具，使模內(nèi)物料熔融并均勻散布到模腔表面，經(jīng)冷卻脫模而得制品。 滾塑成型所用模具及設(shè)備成本低，可同時(shí)生產(chǎn)多個(gè)制件，但生產(chǎn)效率較低。多用于生產(chǎn)各種形狀的中空塑料制件，如大型容器、汽車(chē)零部件、玩具等。7.鑄塑成型 鑄塑成型又稱(chēng)澆鑄成型。將加有固化劑和其他助劑的液態(tài)樹(shù)脂混合物料倒入成型模具中，在常溫或加熱條件下使其逐漸固化而成為具有一定形狀的制品。鑄塑成型工藝簡(jiǎn)單，成本低，可以生產(chǎn)大型制件，適用于流動(dòng)性大而又有收縮性的塑料，如有機(jī)玻璃、尼龍、聚氨酯等熱塑性塑料和酚醛樹(shù)脂、不飽和聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂等熱固性塑料成型采用。8.纏繞成型 是增強(qiáng)塑料的成型方法之一。成型方法：將浸漬過(guò)樹(shù)脂的連續(xù)纖維按一定方式纏繞到一定形狀的芯模上至一定厚度制成坯件，在適當(dāng)?shù)睦p繞張力下，按一定規(guī)律經(jīng)固化脫模獲得制品的一種方法。成型產(chǎn)品：適用于制作圓筒形、球形、管形等大型旋轉(zhuǎn)體制品9.手糊成型該法是增強(qiáng)塑料成型方法之一，以手工作業(yè)為主，其工藝流程如下：工藝流程： 首先在涂有脫模劑的模具上均勻地刷一層樹(shù)脂，再將按要求剪裁成