《其他成型工艺》PPT课件.ppt
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1、,第十一章 其他成型工艺,1 铸塑成型 静态浇铸、嵌铸、离心浇铸、流涎铸塑、搪塑、蘸塑、滚塑 2 泡沫塑料的成型 机械发泡法、物理发泡法、化学发泡法3 冷压烧结4 乳胶制品的加工5 合成纤维的溶液纺丝6 合成纤维的冻胶纺丝,第一节 铸塑成型,铸塑的工艺过程,原料,浇铸液的配制,过滤和脱泡,浇注,硬化,脱模,后处理,制品,定义:在不加压或稍加压的情况下,将液态单体、树脂或其混合物注入模内并使其成为固态制品的方法。原理:将预先配制好的浇铸料(通常是聚合物单体、浆状低聚物与单体的溶液等)注入模具,通过加热等手段,促使其进一步发生聚合反应而固化定型,并最终获得模具所赋予的形状和尺寸。种类:浇铸法分为静
2、态浇铸、嵌铸、离心浇铸、搪塑、旋转铸塑、滚塑和流延铸塑等,特点 利用浇铸材料自身所具有的常温、常压下的良好流动性 来实现顺利充模的,不需借助高温、长时间、高压等手 段,因此,是节省能源和材料的成型方法;由于成型过程中很少借助压力,对模具及设备的强度要 求较低,投资也可因此降低;该成型方法对制品的尺寸限制较小,宜于用作大型制品 的生产;由于充模时物料仍是小分子物质,不会由流动取向造成 制品的各向异性,制品内应力较小;周期较长,制品尺寸准确性也较难保证。,1 静态浇铸,静态浇铸是浇铸成型中较为简便和使用较为广泛 的一种方法。这种方法常用液状单体,部分聚合或 缩聚的浆状物、聚合物与单体的溶液,配入助
3、剂(如引发剂、固化剂、促进剂等),或热塑性树脂熔 体铸入模腔而成型。工艺过程:包括成型材料配制、模具准备、浇铸 及固化、制品后处理等四大步骤。,必须满足的条件:浇铸原料熔体或溶液的流动性好,容易充满模具型腔。浇铸成型的温度应比产品的熔点低。原料在模具中固化时没有没有低沸点物或气体等副产物生成,制品不易产生气泡。浇铸原料的化学变化、反应的放热及结晶、固化等过程在反应体系中能均匀分布且同时进行,体积收缩较小,不易使制品出现缩孔或残余内应力。,原材料聚已内酰胺物性特点:白色片状晶体,熔点69.2,沸点266.9,聚合时放热117kJ/kg所用催化剂:常用氢氧化钠环氧树脂 特性:冲击韧性较差、耐热性低
4、。所用固化剂:胺类固化剂;酸酐类固化剂。聚甲基丙烯酸甲酯在聚合反应中,当单体的转化率达到14%40%时,粘度上升很快,聚合速度显著提高,常导致局部过热,发生爆发性聚合凝胶效应常发用引剂:过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈,模具敞开式浇铸装置较简单,一般只有阴模,易于排气,因而所得制品内部缺陷较少水平式浇铸制造飞机或汽车工业中使用的环氧塑料模具 侧立式浇铸优点:可使制品的气泡集中在制品顶部非 工作部位真空浇铸法可使制品中气泡减少,并可以在模具型腔 中事先铺入增强的玻璃毡或布从而提高制 品的机械强度,浇铸工艺模具的准备 包括模具的清洗、涂脱模剂、嵌件准备与安放以及预热等过程浇铸原料的配制浇铸及固化,已内
5、酰胺在不同温度、压力下特性,2 嵌铸,嵌铸又称封入成型,它是将各种非塑料物件包封在塑料在的一种成型方法。所用的塑料不饱和聚酯塑料;聚甲基丙烯酸甲酯;环 氧树脂塑料嵌铸用的模具模具材料可用玻璃、塑料、铝、石膏、木材脱模剂可用聚乙烯醇、硅油或放一层聚乙烯薄膜或玻璃纸工艺过程:嵌件的预处理嵌件的固定浇铸,3 离心浇铸,离心浇铸:将液状塑料浇入旋转的模具中,在离心力的作用下使其充满回转体形的模具,再使其固化定型而得到制品的一种方法。离心铸塑比静态铸塑的优点:宜于生产薄壁或厚壁的大型制品,如大型轴套。而用静态铸塑法则难以生产大型的薄壁制品。制品无内应力或内应力很低,外表面光滑,内部不致产生缩孔。制品较静
6、态铸塑的精度高,机械加工量减少。制品的机械强度(如弯曲、硬度等)较静态铸塑高。,离心铸塑模具温度与制品内外径比的关系,4 流延铸塑,流延铸塑的生产过程是:将热塑性或热固性塑料配成一定粘度的溶液,然后以一定的速度流布在连续回转的基材上,通过加热以脱掉溶剂并进而使塑料固化。特点:厚度小(0.050.10mm)厚薄均匀,不易带入机械杂质,因而透明度高、内应力小,5 搪塑,定义:搪塑又称作涂凝模塑或涂凝成型。它是用糊塑料制造空心软制品的方法。过程:将糊塑料(塑性溶胶)倾倒到预先加热到一定温度的模具(只用阴模)中,接近模壁的塑料会因受热而胶凝,然后将没有胶凝的塑料倒出,并将附在模子上的塑料进行热处理,再
7、经冷却即可从模中取得空心制品。优点:设备费用低,生产速度高,工艺控制较简单缺点:制品的厚度、重量等的准确性差。,7 滚塑,定义:滚塑又称作旋转铸塑或旋转浇铸成型。优点:转速不高,有利于小批量生产大型的中空制品,无熔接缝,废料少,几乎无内应力,不易发生变形、凹陷等。主要产品:小型玩具、皮球、瓶罐,第二节 泡沫材料成型,1 概述,泡沫塑料是以树脂为基础内部具有无数微孔性气体的塑料制品,又称为多孔性塑料。由于气孔的存在,它具有密度低(10500Kg/m3)、隔音、隔热、防震等特点。广泛用于包装、防震、漂浮、运动、过滤材料。生产泡沫塑料的材料:所有热塑性塑料和热固性塑料。常见的热固性塑料有:酚醛、脲甲
8、醛UF、环氧树脂EPO、有机硅等,所得泡沫硬度大,柔软性差,用于强度要求高的场合。工业上广泛应用的热塑性塑料泡沫塑料有:PE、PVC、PS、PU等。泡沫塑料的成型方法:挤出、注射、模压、浇铸、压延。,泡沫塑料的分类,按软硬程度分(即机械强度分)软质泡沫塑料,在23和RH50%条件下,弹性模量小于70MPa富有柔韧性、压缩硬度很小、应力解除后能恢复原状,残余变形较小;硬质泡沫塑料,弹性模量高于700MPa,无柔韧性,压缩硬度大,应力达到一定值方产生变形,解除应力后不能恢复原状;半硬质泡沫塑料,弹性模量在70700MPa之间,性质介于两者之间。,按密度分,密度0.4g/cm3,气体/固体9为高发泡
9、。有的将发泡倍率5以下的称为低发泡,发泡倍率5以上的为高发泡。按气孔结构不同分开孔泡沫塑料孔与孔是相通的,具有良好的吸音性能 和缓冲性能;闭孔泡沫塑料每一孔是独立的,具有较低的导热性能 和较小的吸水性。,常见泡沫塑料分类,物理发泡法 A 惰性气体发泡法 利用氮气、二氧化碳等无色无臭、化学活性较弱,很难与其它元素化合的惰性气体,在较高压力下,使其溶于熔融状态聚合物或糊状复合物中,而后在减压下使溶解气体释放出而发泡。,2 泡沫塑料的发泡方法,B 低沸点的液体发泡法,低沸点液体在高压下,压入熔态聚合物中,或掺入聚合物颗粒中,而后再减压或加热,使其在聚合物中汽化和发泡。目前作为发泡剂使用的低沸点液体有
10、:脂肪族碳氢化合物如丙烷、丁烷等;含氯和含氟的脂肪族的碳氢化合物如一氯甲烷、二氯甲烷、三氯氟甲烷(氟里昂)等对大气臭氧层破坏,目前已限制使用。它们的沸点大都在100以下。,常用作为发泡剂的低沸点液体,C 溶出发泡法 先将细小颗粒的物质(如食盐和淀粉等)混入聚合物中,而后用溶剂或伴以化学的方法使其溶出而成为泡沫物。(如混在PVC中的淀粉,可先用水浸泡使其溶胀,而后再用热的稀硫酸处理,使其水解为糖,溶出成为PVC发泡物)。D 交联发泡法(组合泡沫塑料)先将微型(直径20-250m,壁厚2-3m)的空心玻璃球、陶瓷球、空心塑料(如酚醛树脂)微球埋入熔融的聚合物或液态的热固性塑料中,而后通过冷却或交联
11、作用固化成为泡沫体。E 烧结发泡法 将疏松的粉状热塑性塑料烧结在一起,使其分解放出气体成为泡状物。,物理发泡法的优点:操作中毒性小;发泡剂的原料成本低;没有发泡剂留下的残渣,因而对泡沫塑料性能无严重影响。物理发泡法的缺点:某些过程所用设备投资较大。工业上常用的是惰性气体发泡法和低沸点的液体发泡法。,化学发泡法,用于发泡的气体是由混合原料中的某些组分在成型过程中通过化学作用产生的。A 化学发泡剂发泡法 发泡气体是由特意加入的热分解物质(称为化学发泡剂)在受热时产生的。这种方法的特点是:所用设备通常都不很特殊和复杂,且适用于大部分热塑性塑料的发泡,因此应用广泛。,发泡剂应具备要求,a.逸出气体的温
12、度范围应比较狭窄而固定;b.逸出气体的速率应能控制,而且不受压力的影响和相当快的速率;c.逸出的气体没有腐蚀性,最好是氮气,其次是二氧化碳;d.发泡剂应能均匀地分散在原料中;e.发泡剂和其分解后的残余物不应有毒性,并且对塑料的熔融和硬化都无影响;f.发泡剂在分解时不应大量放热;g.价格便宜,运输和储藏中稳定;h.分解的残余物应无色、无味、无毒,应能与塑料混溶,并且对制品性能无影响。,目前工业上常用的发泡剂:无机发泡剂常用的有碱金属的碳酸盐和碳酸氢盐,如:碳酸铵和碳酸氢钠等,它们的优点是价廉,不会降低塑料的耐热性,因为对聚合物无增塑作用。它们的缺点是不能与塑料混溶,很难在塑料中均匀分布,并且分解
13、气体的速率严重受压力的影响。有机发泡剂常用的是一些加热后分解放出氮气一些物质,如:偶氮二甲酰氨(AC)、偶氮二异丁腈等,氮气的化学行为比较迟钝,它对大多数聚合物的渗透性比氧气、二氧化碳、氨气都要小,在有机聚合物中有较大的分散性。但是,绝大多数发泡剂都是易燃和可能发生爆炸的物质,甚至还可能放出有毒气体,因此必须保存于阴冷、干燥、通风好的场所。,机械发泡法,是用强烈的搅拌使空气卷入树脂的溶液、乳液或悬浮体中,使其形成均匀的泡沫物,而后再通过物理和化学变化使其稳定。而成为泡沫塑料。为缩短时间,可同时通入空气和加入乳化剂或表面活性剂。用这种方法生产的有软PVC和脲甲醛泡沫塑料等。,3 泡沫塑料的发泡原
14、理,气发泡沫塑料的形成:是把气体溶解在液态聚合物中形成饱和溶液,然后通过成核作用生产泡沫。发泡剂可预先溶解在液态聚合物中,当温度升高、压力降低时,就会放出气体,形成泡沫。泡沫的形成大体上分三个阶段:泡沫的形成、泡沫的增长、泡沫的稳定.,泡沫的形成 当气体在溶液中达饱和限度而形成过饱和溶液时,气体又从溶液中逸出形成气泡,形成气泡的过程就是成核作用。这时,除聚合物液相外,产生了新相气相,分散在聚合物中,成为泡沫。如果同时还存在很小的固体粒子或很小的气泡,即所谓的第二分散相,就会有利于这一过程的形成。这种加入第二相的物质叫做“成核剂”。,泡沫的增长,气泡形成之后,由于气泡内气体压力与半径成反比,气泡
15、越小,内部的压力越大。当两个大小不同的气泡接近时,由于气体从小气泡扩散到大气泡,造成气泡合并,通过成核剂的作用增加了气泡的数量,加上气泡的膨胀扩大了泡孔的直径,从而泡沫得到增长。促使气泡增长的因素:溶解气体的增加;温度的升高;气体的膨胀;气泡的合并。阻碍气泡增长的因素:表面张力和塑料的黏度。降低塑料熔体的表面张力和黏度对泡沫增长有利。但是如果熔体的黏度过低,会使泡孔壁膜减薄,使泡孔易破裂。,泡沫的稳定,泡沫物是热力学不稳定体,它不会持续很长时间,所以必须保证泡沫稳定。稳定泡沫的方法:一是利用表面活性剂,以降低其表面张力,有利于形成细泡,减少气体的扩散作用,使泡孔稳定;二是提高塑料熔体的黏度,防
16、止泡壁进一步减薄来稳定泡沫。在发泡过程中,通过对物料的冷却或塑料的交联作用,都能提高塑料的熔体黏度。,4 泡沫塑料的成型工艺,(1)聚苯乙烯泡沫塑料 聚苯乙烯泡沫塑料具有吸水性小,隔音、保湿、介电性优良等特点。密度在3用于包装材料;密度为0.02-0.05 g/cm3用于防水隔热材料;密度为3用于救生圈漂浮材料。,聚苯乙烯泡沫塑料常用物理发泡法进行发泡。有两种生产方法:一是悬浮聚合的的聚苯乙烯颗粒中渗入低沸点的液体,使其成为可发性珠粒,然后经过预发泡、熟化和发泡成型而制成制品;二是将高分子量的乳液法聚合的粉状聚苯乙烯树脂、发泡剂及其它添加剂的混合物,通过挤出机挤出发泡,再经冷却定型而成泡沫制品
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