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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2024-07-03 09:35
導(dǎo)語
有機(jī)高分子材料也稱為聚合物材料，是以有機(jī)高分子化合物(樹脂)為基體，再配有其他添加劑(助劑)所構(gòu)成的材料。目前有機(jī)高分子材料在尖端技術(shù)、國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，已成為現(xiàn)代社會(huì)生活中衣、食、住、行、用各個(gè)方面所不可缺少的材料。有機(jī)高分子材料由于原料來源豐富、制造方便、品種繁多、用途廣泛，在材料領(lǐng)域中的地位日益突出。有機(jī)高分子材料不僅為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人們的日常生活提供不可缺少的材料，而且為發(fā)展高新技術(shù)提供更多更有效的高性能結(jié)構(gòu)材料、功能材料以及滿足各種特殊用途的專用材料。本次將首先介紹塑料并對(duì)其成形工藝進(jìn)行說明。
有機(jī)高分子概述與分類
1、有機(jī)高分子概述
有機(jī)高分子材料又稱聚合物或高聚物。這是一類由一種或幾種分子或分子團(tuán)(結(jié)構(gòu)單元或單體)以共價(jià)鍵結(jié)合成具有多個(gè)重復(fù)單體單元的大分子。它們可以是天然產(chǎn)物如纖維、蛋白質(zhì)和天然橡膠等，也可以是用合成方法制得的，如合成橡膠、合成樹脂、合成纖維等非生物高聚物等。聚合物的特點(diǎn)是種類多、密度小(僅為鋼鐵的1/7～1/8)，比強(qiáng)度大，電絕緣性、耐腐蝕性好，加工容易，可滿足多種特種用途的要求，包括塑料、纖維、橡膠、涂料、粘合劑等領(lǐng)域，可部分取代金屬、非金屬材料。
有機(jī)高分子材料與工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)有著密切關(guān)系，材料選用合適，可以獲得高性價(jià)比的產(chǎn)品，取得事半功倍的效果。由于有機(jī)高分子材料的品種繁多，在性能上各有所長，因而必須通過適當(dāng)?shù)倪x擇來滿足各種不同設(shè)計(jì)要求:如對(duì)于比較精密的機(jī)械零部件，可選擇POM(聚甲醛)、PI(聚酰亞胺)等具有優(yōu)良力學(xué)性能、剛性、自潤滑性和耐磨性的工程塑料:如所設(shè)計(jì)的零部件是用于化工設(shè)備，則可選用聚四氟乙烯、氯化聚醚等耐蝕性極好的材料;而對(duì)于要求強(qiáng)度高，剛性、耐沖擊性、耐振性好以及外觀優(yōu)美的汽車保險(xiǎn)杠，則應(yīng)選用PP(聚丙烯)、EPDM(三元乙丙橡膠，乙烯、丙烯和非共軛二烯烴的三元共聚物)、PC(聚碳酸酯)、PBT(聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯)等，具有高剛性、高耐沖擊性可焊接性以及表面光澤的材料。
塑料、橡膠和木材是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中運(yùn)用最為廣泛的三大有機(jī)高分子材料。目前從原材料制成種類繁多、用途各異的最終產(chǎn)品，已形成規(guī)模龐大、先進(jìn)的加工工業(yè)體系，而且三大高分子材料各具特點(diǎn)，又形成各自的加工體系。下面首先對(duì)塑料的成形加工做簡(jiǎn)要介紹。
塑料及其成形工藝
1、塑料概述
1868年第一種塑料問世以來，塑料的發(fā)展迅猛，現(xiàn)在塑料的品種越來越豐富，從原來利用天然纖維素添加樟腦作增塑劑制成的賽璐珞塑料，到今天研制而成的工程塑料、通用塑料以及增強(qiáng)塑料等，塑料走人了人們生活、生產(chǎn)和工作的各個(gè)方面。無論是家電外殼、辦公用品、衣物紐扣家具拉手、數(shù)碼產(chǎn)品及機(jī)床、照明燈罩汽車儀表盤等，都是由各種塑料加工而成，塑料已成為當(dāng)今產(chǎn)品中利用率最高的材料。
塑料的組成
塑料是以合成樹脂為主要原料，適量加入填充劑、增塑劑、潤滑劑、穩(wěn)定劑、固化劑、著色劑等添加劑，在一定條件下具有流動(dòng)性、可塑性，并能加工成形，當(dāng)恢復(fù)正常條件時(shí)仍可保持加工時(shí)形狀的一種高分子材料。
塑料的類別及其特性
塑料的品種繁多，性質(zhì)和用途也各不相同，一般按照熱行為和應(yīng)用對(duì)其進(jìn)行分類。
1）按照塑料的熱行為可將其分為兩種：熱塑性塑料和熱固性塑料。
2）按照塑料的應(yīng)用可將其分為四種:通用塑料、工程塑料、特種塑料、增強(qiáng)塑料。
塑料的優(yōu)點(diǎn)
塑料之所以發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，是因?yàn)楸容^其他材料而言，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)易成形、成本低
跟傳統(tǒng)材料相比，塑料可塑性大，加工工藝性好，極易成形。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，無論其設(shè)計(jì)的形態(tài)多么復(fù)雜，細(xì)節(jié)多么煩瑣，基本上都可以在注塑機(jī)上一次成形，且批量生產(chǎn)的數(shù)量越大，單件成本越低。另外，在成形加工中，可通過對(duì)工藝過程中廢料的回收利用，幾乎可實(shí)現(xiàn)100%的利用率，因而降低了加工成形的成本。
(2)強(qiáng)度高、質(zhì)量輕
玻璃纖維增強(qiáng)塑料的拉伸強(qiáng)度可達(dá)到170~400MPa，廣泛用于汽車外殼、船體甚至航天飛機(jī)上。塑料的密度比天然材料低得多(除某些木材，如輕木外)，只有鋁材密度的一半左右，僅是鋼材密度的1/8~1/4，這也是塑料被大量應(yīng)用的原因之一。
(3)耐蝕性好
塑料具有抗酸堿腐蝕的能力，保護(hù)其他材料用的大多數(shù)漆料主要就是由塑料(樹脂)制成的。其中，聚四氟乙烯塑料的耐化學(xué)腐蝕能力甚至比鉑要好，因此在有酸堿的工作環(huán)境里，應(yīng)盡量選擇塑料制品。
(4)著色性強(qiáng)
幾乎所有的塑料制品和成形工藝在很大范圍內(nèi)都可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的整體著色性，工程塑料還可以注塑出各種形式的紋理，這樣不僅可以降低基本的生產(chǎn)成本，而且可以使制品表面呈現(xiàn)各種各樣的顏色，或者可仿制出其他材料的質(zhì)地美，從而提高產(chǎn)品的美觀性。
(5)絕緣性強(qiáng)
幾乎所有的塑料都具有優(yōu)異的電絕緣性，其性能可與陶瓷媲美，因此電器類產(chǎn)品中的絕緣層(如插座、插頭，電線等)以及電器殼體等都由塑料制成的。
(6)耐磨性高
大多數(shù)塑料均具有良好的減摩、耐磨和自潤滑特性，可以在無潤滑條件下有效工作。產(chǎn)品中的許多耐磨零件就是利用工程塑料的這些特性制作而成的。
(7)減振消聲
某些塑料柔韌而富有彈性，受到外部機(jī)械沖擊和振動(dòng)時(shí)，可將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，不僅延長了產(chǎn)品的整體壽命，而且還可保護(hù)產(chǎn)品在運(yùn)輸中遭遇意外碰撞免受損壞。用工程塑料制作軸承和齒輪可減小噪聲，提高加工精度。
(8)透光保溫
多數(shù)塑料具有透明或半透明性質(zhì)，富有光澤，許多塑料如聚氯乙烯聚乙烯和聚丙烯等具有良好的透光和保溫性能，大量用于農(nóng)用薄膜。有機(jī)玻璃塑料因韌性和透光性好，常用在飛機(jī)的視窗上。
塑料的缺陷
塑料與金屬及其他工業(yè)材料相比存在以下缺陷:
(1)耐熱性差
塑料的耐熱性較差，一般塑料僅能在100℃以下使用，少數(shù)可在200℃左右使用，在300℃左右就開始變形。有些塑料在燃燒時(shí)還會(huì)釋放出有毒氣體，對(duì)環(huán)境的污染很大，從而使塑料的用途受到很大限制。
(2)易變形
塑料的熱膨脹系數(shù)大，溫度變化時(shí)尺寸的穩(wěn)定性差，成形收縮較大，即使在常溫負(fù)荷下也容易變形;在載荷作用下，塑料會(huì)產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象;有些塑料易溶于溶劑，因而會(huì)發(fā)生尺寸變化。
(3)易產(chǎn)生靜電
塑料制品有摩擦帶電現(xiàn)象，容易吸附塵埃，特別是在干燥的秋冬季節(jié)。
(4)有“老化”現(xiàn)象
塑料在大氣、光、熱、輻射、溶劑和微生物等長期的壓力或侵蝕下會(huì)發(fā)生老化，導(dǎo)致塑料的色澤改變、化學(xué)結(jié)構(gòu)遭到破壞、力學(xué)性能下降、變得脆硬或者粘軟等，嚴(yán)重影響了塑料的使用。
不過隨著塑料工業(yè)的發(fā)展以及研究的不斷深入，塑料的缺陷正被逐漸克服，各種性能優(yōu)異的新型塑料和塑料復(fù)合材料正不斷涌現(xiàn)，從而擴(kuò)大了塑料在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。
2、塑料的主要成形方法
塑料的成形加工一般包括原料的配制和準(zhǔn)備、成形及制品后加工等幾個(gè)過程。在大多數(shù)情況下成形是通過加熱使塑料處于粘流態(tài)的條件下，經(jīng)過流動(dòng)、成形和冷卻硬化，而將塑料制成各種形狀的產(chǎn)品的方法。塑料成形的方法很多，包括擠出成形、注射成形、模壓成形、壓延成形、鑄塑成形、模壓燒結(jié)成形、傳遞模塑、發(fā)泡成形等。制品后加工則是指對(duì)成形后的制件進(jìn)行車、刨、銑、鉆等工作，用來完成成形過程中所不能完成或完成得不夠準(zhǔn)確的工作。
塑料成形是將不同形態(tài)的塑料原料按不同方式制成所需形狀的壞件，是塑料制品生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。主要的成形方法有:
注射成形
注射成形又稱為注塑成形，是將粉粒狀的塑料原料先在加熱料筒中均勻塑化，然后由柱塞或移動(dòng)螺桿將粘流態(tài)塑料用較高的壓力和速度注人到預(yù)先合模的模具中，冷卻硬化而成所需制品的成形方法。注射成形是一個(gè)循環(huán)過程，完成注射過程一般有預(yù)塑、注射、冷卻定形三個(gè)階段，如圖1所示。
圖1 注射成形工藝過程
a)預(yù)塑b)注射c)冷卻定形
1-模具 2-噴嘴3-加熱器 4-注射料簡(jiǎn) 5-螺桿6-加料斗 7-注射液壓缸 8-電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)
(1)預(yù)塑階段
注射機(jī)的螺桿5旋轉(zhuǎn)，將加料斗6中落下的塑料沿螺旋槽向前方輸送，在注射料筒4中加熱，塑料在高溫和剪切力的作用下均勻塑化達(dá)到粘流態(tài)或塑化態(tài)已經(jīng)塑化的塑料向螺桿前段聚集，當(dāng)料筒前端的塑料聚集達(dá)到一定的壓力時(shí)，使得螺桿邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊后退，料筒前端的塑料熔體逐漸增多達(dá)到一定量時(shí)，螺桿停止轉(zhuǎn)動(dòng)和后退，準(zhǔn)備注射。與此同時(shí)鎖模機(jī)構(gòu)后退開模，并利用注射機(jī)的頂出機(jī)構(gòu)使塑件脫模，取出前一次注塑的塑件，如圖1a所示。
(2)注射階段
注射機(jī)合模機(jī)構(gòu)將模具閉合后，注射料筒4中經(jīng)過加熱達(dá)到良好的塑化狀態(tài)的塑料流體，由注射油缸推動(dòng)螺桿，經(jīng)過噴嘴2將熔融的塑料壓人已經(jīng)閉合的模具1的型腔中使之成形。如圖1b所示。
(3)冷卻定形階段
塑料充滿型腔后，需要保壓一定時(shí)間，使塑件在型腔中得到冷卻、硬化和定形，如圖1c所示。壓力撤消后，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)開始下一件的預(yù)塑，同時(shí)鎖模機(jī)構(gòu)后退開模，整個(gè)過程周期重復(fù)進(jìn)行。
注射成形是最重要的成形方法之一，幾乎適用于所有的熱塑性塑料，用注射成形方法生產(chǎn)的塑料制品占熱塑性塑料制品總量的20%~30%，占工程塑料制品總量的80%左右。近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，也用于某些熱固性塑料，與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)系最為緊密。像日常生活中常用的盆、桶、藥盒、收音機(jī)外殼等塑料制品，都采用該成形方法生產(chǎn)。
注射成形法的優(yōu)點(diǎn)是:產(chǎn)品性能高，成形周期短:適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)效率高，能一次成形外形復(fù)雜、尺寸精確以及帶嵌件的制品，而且可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化作業(yè);原材料損耗小，操作方便，成形的同時(shí)容易著色。
但該方法也有不足之處:要有專用設(shè)備(如注射機(jī))以及制作專用的模具，其工藝復(fù)雜、周期長。因此小批量生產(chǎn)時(shí)經(jīng)濟(jì)性較差，一般注射成形的最低批量為5萬件左右。圖2為螺桿式注射裝置。
1-塑化+注射螺桿 2-液壓注射缸3-注射頭:4-注壓模具5-喂料口6-加熱套7-電動(dòng)機(jī) 8-壓力表
擠出成形
擠出成形又稱擠壓模塑或擠塑成形，是在擠出機(jī)中通過加熱、加壓而使物料以流動(dòng)狀態(tài)連續(xù)通過擠出模成形的方法，主要適用于熱塑性塑料的成形，也適合一部分流動(dòng)性較好的熱固性塑料和增強(qiáng)塑料的成形。擠出成形主要用于生產(chǎn)連續(xù)的型材制品，如管、棒絲、板、薄膜、電線電纜等。圖3所示為擠出成形原理圖。
圖3 擠出成形原理圖
1-擠出料簡(jiǎn) 2-機(jī)頭 3-定徑裝置4-冷卻裝置5-牽引裝置6-塑料管 7-切割裝置
擠出成形法的優(yōu)點(diǎn)是:生產(chǎn)效率高;操作流程簡(jiǎn)單，容易控制，便于連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn);設(shè)備成本低，占地面積小，生產(chǎn)環(huán)境整潔;產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定;可一機(jī)多用，進(jìn)行綜合性生產(chǎn)。不足之處在于形狀復(fù)雜的產(chǎn)品所用的擠出模具費(fèi)用較高，成形有一定難度。
壓制成形
壓制成形是熱固性塑料成形法的一種，是塑料加工工藝中最古老的成形方法，又分為模壓成形和層壓成形兩種。
(1)模壓成形
又稱壓塑成形，是將熱固性樹脂預(yù)熱后，置于開放的模穴中，然后閉模加熱加壓，直至材料硬化為止的工藝方法。模壓塑料的特點(diǎn)是質(zhì)地致密、尺寸精確、外表平整光潔，但成形效率較低，主要用于加工電器開關(guān)、插座、餐具、廚具等形狀和結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的日用品
(2)層壓成形
將由玻璃纖維或其他纖維做出的薄片填料布，用熱固性液態(tài)樹脂浸漬，然后將其疊成所需厚度，在高溫和高壓下使其固化的工藝方法。層壓塑料的特點(diǎn)是強(qiáng)度高、表面平整光潔、生產(chǎn)效率高、用途廣，常用于加工增強(qiáng)塑料板材、管材、棒材和膠合板等。
吹塑成形
又稱中空成形，是將擠塑機(jī)擠出的熔融熱塑性樹脂坯料夾人模具，然后向坯料內(nèi)吹人空氣，在空氣壓力的作用下，熔融的坯料膨脹與模具結(jié)合，冷卻后開模取出，形成定形產(chǎn)品的方法。該方法主要用于生產(chǎn)瓶狀的中空薄壁產(chǎn)品，如包裝容器、生活用塑料瓶、噴壺、農(nóng)藥罐、裝純凈水的桶等。比較優(yōu)良的中空吹塑材料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯聚苯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、醋酸纖維素和聚縮醛樹脂等，其中以聚乙烯應(yīng)用最多。圖4為吹塑成形過程圖。
圖4 吹塑成形
a)過程熔融管成形 b)夾緊后送入空氣c)打開模具取出成形品
吹塑成形法的特點(diǎn)是材料成本較低，設(shè)備、模具簡(jiǎn)單，可生產(chǎn)大型制品。缺點(diǎn)是不易保證制品厚度的均勻，無法制造形狀復(fù)雜的制品，但采取一定的輔助措施后也可以生產(chǎn)一些形狀復(fù)雜的中空產(chǎn)品，如把手與桶體整體成形的產(chǎn)品以及具有“合頁”結(jié)構(gòu)的雙重壁面結(jié)構(gòu)的箱體等。吹塑成形法又可分為注射吹塑成形、擠出吹塑成形、拉伸吹塑成形和吹塑薄膜法。
壓注成形
又稱傳遞成形，是熱固性塑料的主要成形方法之一。是將塑料粒料裝入模具的加料室內(nèi)，在加熱、受壓下熔融的塑料通過模具加料室底部的澆注系統(tǒng)充滿型腔，然后固化成形的方法。壓注成形法的特點(diǎn)是兼具模壓成形和注射成形的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品尺寸精確，生產(chǎn)周期短模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適合形狀復(fù)雜和帶嵌件的產(chǎn)品。常用的原料有酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧塑料等。圖5為壓注成形原理圖。
圖5 壓注成形原理圖
1-柱塞 2-加料室 3-上模座 4-凹模 5-凸模6-凸模固定板 7-下模座 8-澆注系統(tǒng)9-制品
發(fā)泡成形
又稱蒸汽成形，是先將塑料粒預(yù)發(fā)泡，經(jīng)過一定時(shí)間的熟成后，將其填入鋁合金制作的模具中使用蒸汽加熱而成形的方法。目前廣泛應(yīng)用的是聚乙烯、聚苯乙烯和聚氨酯等熱塑性樹脂泡沫塑料，主要用于生產(chǎn)水杯、冰淇淋盒、周轉(zhuǎn)箱、包裝箱中的減振材料、家具用夾心材料以及建筑用隔熱材料等。圖6為發(fā)泡成形過程示意圖。
圖6 發(fā)泡成形過程示意圖
鑄塑成形
又稱澆鑄成形，是將加有固化劑和其他輔助劑的液態(tài)樹脂混合物料倒入成形模具中在常溫或加熱條件下使其固化而成為具有一定形狀制品的方法。鑄塑成形法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，成本低，制品尺寸不受限制，可生產(chǎn)形狀簡(jiǎn)單、尺寸精度不高的大型產(chǎn)品，適用于流動(dòng)性大同時(shí)又具有收縮性的塑料，如有機(jī)玻璃、尼龍、聚酰胺、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等。缺點(diǎn)是成形周期長，制品尺寸的精確性較差等。圖7為鑄塑成形示意圖。
圖7 鑄塑成形
鑄塑成形
將熱塑性塑料片置于模具中壓緊，借助加熱器將塑料片加熱，使之軟化，然后將模具型腔抽取真空，借助大氣的壓力將軟化的塑料片壓人模內(nèi)并使之緊貼模具，冷卻后得到所需塑料制品的成形方法。該方法是塑料成形技術(shù)中較新的方法，也是熱塑性塑料最簡(jiǎn)單的成形方法之一，主要用于成形杯、盤、箱殼、盒、罩、蓋等薄壁敞口制品。其特點(diǎn)是對(duì)模具材料盒加工要求較低。缺點(diǎn)是制品厚度不太均勻，無法制造形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。圖8所示為真空成形過程。
圖8 真空成形過程
3、塑料制品的加工
塑料制品的生產(chǎn)系統(tǒng)是由成形、機(jī)械加工、修飾和裝配四個(gè)連續(xù)的生產(chǎn)過程所組成的。通常所指的塑料制品的加工是指塑料制品成形后的二次加工。
塑料的機(jī)械加工
對(duì)有較高尺寸精度和表面質(zhì)量要求的塑料零件，需在成形后對(duì)其進(jìn)一步進(jìn)行機(jī)械加工以保證質(zhì)量;對(duì)于某些形狀簡(jiǎn)單的塑料件，可用棒材、管材和板材等塑料型材直接進(jìn)行機(jī)械加工來簡(jiǎn)化生產(chǎn)程序;對(duì)于帶有小孔、深孔和螺紋的塑料零件，后續(xù)機(jī)械加工比直接成形更經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
塑料的機(jī)械加工與金屬材料的切削加工大致相同，一般包括鋸切、鉆孔、車銷、銑削、攻螺紋、鉸孔、滾花等。但在切削加工時(shí)，應(yīng)充分考慮塑料與金屬的性能差異，如塑料的散熱性差、熱膨脹系數(shù)大、彈性大，加工時(shí)易變形、軟化、分層、開裂和崩落等，因此，要采用前、后角較大的鋒利刀具、較小的進(jìn)給量和較高的切削速度:正確裝夾和支承工件，減小切削力引起的工件變形:同時(shí)采用水冷或風(fēng)冷的方式加快散熱。
表面裝飾
塑料制品表面裝飾可分為兩類:一類是著色;另一類是鍍飾、燙印、貼膜、涂飾、絲網(wǎng)印刷等，為成形后進(jìn)行的二次裝飾。
(1)著色
這種方法是將色母加入塑料原料中，攪拌均勻后與原料熔化擠出。該方法的特點(diǎn)是:方便，不易褪色;可遮擋紫外線，防止材料老化;黑色產(chǎn)品可防靜電。但該方法也存在一些不足，如淺色產(chǎn)品容易在強(qiáng)太陽光下褪色，不同的著色材料可引起材料的收縮變形等。
(2)鍍飾
將塑料零件表面鍍覆金屬的一種加工工藝，它能改善塑料零件的表面性能，達(dá)到防護(hù)、裝飾和美化的目的。鍍覆后的塑料制品外表呈金屬光澤，具有導(dǎo)電性，表面硬度和耐磨性都得到提高，同時(shí)具有防老化、防潮和防溶劑侵蝕的性能。
(3)燙印
將刻有圖案或文字的熱模，通過一定的壓力，使?fàn)C印材料上的彩色錫箔轉(zhuǎn)移到塑料制品表面來獲得精美圖案和文字的加工方法。如家電產(chǎn)品外殼上的銀色標(biāo)志、化妝品瓶蓋上的商標(biāo)名以及透明丙烯樹脂上的金色廠名等，都是采用這種方法獲得的。該方法操作簡(jiǎn)單、成本低，特別適合產(chǎn)品局部的金屬著色。
(4)貼膜
將預(yù)先印有圖案或花紋的塑料膜緊貼在模具上，在擠塑、吹塑或注塑時(shí)依靠熔融樹脂的熱量將塑料膜熔合在產(chǎn)品上。如圓珠筆、臉盆、浴盆等產(chǎn)品上的花卉或動(dòng)物圖案就是采用該方法獲得的。
(5)涂飾
塑料二次加工中應(yīng)用最為普遍、用量最大的一種加工方式。塑料涂飾的目的有:掩蓋其加工成形中的缺陷及劃傷;防止塑料制品老化;改善外觀裝飾性;賦予優(yōu)良質(zhì)感及特殊性能以及降低成本(如色母粒著色加工成本太高、同一部件要求不同顏色等)。同時(shí)對(duì)塑料制品進(jìn)行表面涂飾，提高附加值。
(6)絲網(wǎng)印刷
將設(shè)計(jì)好的文字或圖案，在特制的絲網(wǎng)上腐蝕制版，然后把制好的絲網(wǎng)版放在塑料件的合適位置，用刮板刮涂顏料來印刷文字和圖案。如塑料制品上的產(chǎn)品型號(hào)、裝飾帶等均采用該方法制作而成。
塑料件的連接
在塑料制品的裝配中經(jīng)常采用將兩種塑料部件或塑料零件與金屬零件連接的方式，常用的連接方式有機(jī)械連接熱熔粘接、溶劑粘接和膠粘劑粘接四種方式。其中，機(jī)械連接的主要方式包括鉚接和螺栓連接，其方法與金屬件的連接相同。圖9和圖10為常見的塑料件連接方式。
圖9 塑料件連接方式(一)
a)用粘結(jié)劑b)熱風(fēng)焊c)熱板方式d)熱熔粘接
圖10 塑料件連接方式(二)
旋轉(zhuǎn)熔接法b)超聲波熔融法c)螺釘連接d)彈性連接
(1)熱熔粘接
將塑料制品需粘接處進(jìn)行加熱使其熔化后加以疊合，在足夠的壓力下，制品冷卻凝固后連成一個(gè)整體?？刹捎媚Σ良訜岷蜔犸L(fēng)加熱，通常采用后者。該方法類似金屬連接中的氣焊，有時(shí)也采用焊條。這種方法適用于大部分熱塑性塑料，不過，其連接表面比較粗糙。
(2)溶劑粘接
將兩個(gè)被粘接塑料零件表面涂以適當(dāng)?shù)娜軇?，使其表面熔脹、軟化，然后加上適當(dāng)?shù)膲毫κ拐辰用婢o貼，待溶劑揮發(fā)后，兩個(gè)塑料零件粘接成一體。大多數(shù)熱塑性塑料都可以采用這種方法，但不同品種的塑料、某些化學(xué)穩(wěn)定性高的塑料和不溶的熱固性塑料不宜采用該種方法。
(3)膠粘劑粘接
在兩個(gè)被粘接的塑料件表面涂以適當(dāng)?shù)哪z粘劑，形成一層膠層，在膠層的粘接作用下，兩個(gè)塑料零件就粘接在一起。膠粘劑粘接既適用于相同塑料之間的連接，也適用于不同塑料間、塑料與金屬之間的連接。大多數(shù)塑料都可以采用這種方法粘接，但聚乙烯、聚丙烯、尼龍和聚縮醛等不能采用該種方法。
4、塑料制品的結(jié)構(gòu)工藝性
塑料制品的設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，但通過一些基本的原理方法可減少一些成形以及產(chǎn)品功能上的不足。
1.形狀
塑料制品的形狀應(yīng)易于成形，即在開模取出塑件時(shí)盡量避免采用復(fù)雜的分型與側(cè)面抽芯。因此，塑料制品的內(nèi)外表面形狀要盡可能地避免出現(xiàn)側(cè)凹部分，否則會(huì)使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造周期長，同時(shí)還會(huì)在塑件上留下毛邊，增加塑件的整修工作量，影響塑件的外觀。
2、壁厚
塑料產(chǎn)品的壁厚不僅與產(chǎn)品的強(qiáng)度和剛性有關(guān)，還與產(chǎn)品質(zhì)量、大小、尺寸穩(wěn)定性絕緣、隔熱、退出方式、成形方法、成形材料以及產(chǎn)品的成本等有關(guān)。通常，產(chǎn)品應(yīng)具有均勻的壁厚，壁與壁的連接處盡量用圓弧連接，從而避免壁厚的突然劇變。圖11為壁厚均勻化示意圖。
圖11 壁厚的均勻化
一般的原則是盡量利用最小的壁厚來完成最終產(chǎn)品所必須具備的功能，通常電子工程類殼體的壁厚為2.5~3mm，日用品殼體的壁厚為1.5~2mm，而薄壁類殼體壁厚為0.5~0.8mm。
3.脫模斜度
由于塑件冷卻時(shí)的收縮，塑料會(huì)緊包在模具型芯或凸模上，為使塑件順利脫模并防止脫模時(shí)擦傷或擦毛塑件，塑件的內(nèi)外表面沿脫模方向應(yīng)具有合理的斜度，稱為脫模斜度。脫模斜度與塑料的品種、制件的性質(zhì)及模具的結(jié)構(gòu)等有關(guān)，一般情況下脫模斜度α可取 0.5°~1.5°，最小為 15'~20'。
4. 圓角
在設(shè)計(jì)塑料產(chǎn)品時(shí)，為了避免應(yīng)力集中，提高塑料制件的強(qiáng)度，便于充填和脫模，消除壁轉(zhuǎn)折處產(chǎn)生凹陷等缺陷，不能將產(chǎn)品設(shè)計(jì)成具有尖銳的邊角，通常在產(chǎn)品的棱邊、棱角、加強(qiáng)筋、支撐底、底面、平面等處設(shè)計(jì)成圓角。
圖13 圓角的設(shè)計(jì)
a)沒有R的亂流b)有R時(shí)的順暢流動(dòng)c)理想的圓角d)成形品的內(nèi)縮現(xiàn)象 e)三條棱線之間角的處理規(guī)則
5.加強(qiáng)筋和角板
加強(qiáng)筋能有效增加產(chǎn)品的剛性與強(qiáng)度，防止變形和翹曲。適當(dāng)利用它們不僅可以節(jié)省材料、減輕質(zhì)量以及縮短成形周期，而且能更好地消除厚橫切面所造成的成形缺陷，如縮孔或凹陷等。處于塑料邊壁轉(zhuǎn)折處的加強(qiáng)筋稱為角板，它可以支撐塑料制件壁面。加強(qiáng)筋和角板必須放在能夠方便流動(dòng)的位置，這樣才能利于產(chǎn)品的充填，猶如內(nèi)流道的作用。否則，很容易造成產(chǎn)品有燒焦的痕跡以及氣泡等問題。
6.嵌件
塑料產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，可采用各種形狀和材質(zhì)的嵌件，鑲?cè)肭都哪康挠?①增加產(chǎn)品局部的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、導(dǎo)磁導(dǎo)電性;②增加產(chǎn)品尺寸形狀的穩(wěn)定性，提高制造精度;③彌補(bǔ)因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性不足而帶來的缺陷;④降低塑料的消耗以及滿足其他各種要求。嵌件可選用金屬、木材以及塑料等，其中金屬嵌件應(yīng)用最廣，通常用來承擔(dān)產(chǎn)品被磨損、撕裂的力量或用來與電氣零件相連以及作裝飾用，圖14為常見的金屬嵌件形式但是采用嵌件一般會(huì)增加塑料的成本，使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且在模具中安裝嵌件會(huì)降低塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
圖14 常見的金屬嵌件形式
a)圓形嵌件 b)帶臺(tái)階圓柱形嵌件c)片狀嵌件 d)細(xì)桿狀貫穿嵌件
7.分模線
陰模與陽模的接合線稱為分模線(Parting Line，縮寫為 PL)，位于產(chǎn)品的外圍。設(shè)計(jì)分模線時(shí)應(yīng)注意:盡量設(shè)計(jì)在不顯眼的位置，以便隱藏產(chǎn)品表面分模線的痕跡;盡量設(shè)計(jì)在最外側(cè)的棱邊上，以便清除飛邊;盡量使其形狀簡(jiǎn)潔，以便提高模具閉合時(shí)的配合精度。圖15為不同制品的分模線。
圖15 分模線
8.孔洞
在塑料制品上開孔洞或者切口可使其與其他零件組合從而得到更多的功能并更具吸引力。圖16為孔洞的一般類型。
圖16 孔洞的類型
5、塑料在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
(1)ABS塑料
ABS 塑料是一種復(fù)合塑料，由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯組成。ABS塑料呈半透明的乳白色，綜合了上述三種成分的性能，具有良好的抗拉強(qiáng)度、耐沖擊性能、流動(dòng)性能和表面硬度，其剛性、耐熱性、低溫性能以及電性能都很好。此外，ABS塑料的成形加工性和二次加工性良好，可采用注射、擠出、熱成形等方法成形，可進(jìn)行鋸鉆、銼、磨等機(jī)械加工，也可使用三氯甲烷等有機(jī)溶劑進(jìn)行粘接，還可進(jìn)行涂飾、電鍍等表面處理。
ABS 塑料常用來制作各種殼體材料，如電話、電視機(jī)、洗衣機(jī)、復(fù)印機(jī)、玩具及廚房用品等的殼體;ABS塑料也可用于制作各種機(jī)械配件，如齒輪、泵葉輪、軸承、把手、管件、蓄電池槽以及電動(dòng)工具等;ABS塑料還是理想的汽車配件制作材料，其應(yīng)用范圍涉及汽車的轉(zhuǎn)向盤、儀表盤、風(fēng)扇葉片、擋泥板、手柄、艙門、車輪蓋及反光鏡等。
(2)聚丙烯塑料(PP)
聚丙烯塑料是一種低成本的日用塑料，也是密度最低的塑料。其特點(diǎn)是:性能均衡，集電性能、耐熱性、剛性、韌性、耐化學(xué)藥品、尺寸穩(wěn)定性表面光潔性和熔體流動(dòng)性于一體，彎曲疲勞強(qiáng)度大，收縮率大，耐性較差，易低溫脆化。其主要應(yīng)用范圍包括PP鉸鏈，儀器設(shè)備中的管材、攪拌器和泵殼殼體等，汽車風(fēng)扇罩、風(fēng)扇葉片、門板和座席框架等，醫(yī)療器具、行李箱、玩具、包裝用品和家用器具等。
(3)聚乙烯塑料(PE)
聚乙烯塑料是旋轉(zhuǎn)模塑行業(yè)使用的主要原料，其特點(diǎn)是:成本低，柔軟，耐藥品、水，絕緣性能好，具有較高的耐熱性等。常用于制作玩具、蓋罩外殼、包裝材料、旋轉(zhuǎn)模塑箱、管材、大型容器、教室座椅、戶外家具、桶、容器和家用器具等。
(4)聚碳酸酯塑料(PC)
聚碳酸酯塑料是一種無定形熱塑性塑料，呈無色或淡黃
色，透明，無毒無味，具有優(yōu)良的力學(xué)性能，尤以抗沖擊性和抗變性最為突出。耐熱性、耐寒性和耐候性好，電性能良好，尺寸穩(wěn)定性較好，具有自熄性和高透光性，易于成形加工。此外，其廢舊料可回收再利用，是一種綜合性能良好的工程塑料，適合制作精度高、外形復(fù)雜的產(chǎn)品以及透明薄膜和各種板材、管材、型材等。PC用途廣泛，可用于制作各種器械結(jié)構(gòu)材料和工具殼體、電話、電視和船舶部件汽車尾板、指示燈、頭燈支撐固定裝置、儀表板、裝飾帶和外殼體部件，以及交通指示燈燈罩、光學(xué)透鏡、微波爐器皿等。
(5)聚氯乙烯塑料(PVC)
聚氯乙烯塑料是一種半結(jié)晶熱塑性塑料，其產(chǎn)量僅低于聚乙烯塑料，可以進(jìn)行配料，具有良好的剛性和柔韌性，光學(xué)、加工、電絕緣性以及耐蝕性良好，但耐熱性差，分解時(shí)會(huì)釋放出氯化氫，產(chǎn)生一定的毒性，因此在成形時(shí)需要加人穩(wěn)定劑。
聚氯乙烯塑料根據(jù)添加增塑劑的多少，分為硬質(zhì)和軟質(zhì)兩大類:硬質(zhì)PVC機(jī)械強(qiáng)度高，經(jīng)久耐用，可用于生產(chǎn)儀器設(shè)備、體育用品、電視機(jī)和電動(dòng)機(jī)箱部件、玩具、殼體板材和管材配件等;軟質(zhì)PVC則用來生產(chǎn)人造革、薄膜、鞋后跟、軟管以及電線套管等。
(6)聚苯乙烯塑料(PS)
聚苯乙烯塑料質(zhì)輕，表面硬度高，有良好的透光性，透光率高達(dá) 90%，僅次于普通玻璃和有機(jī)玻璃。它具有良好的耐蝕性能、抗反射線性和低吸性;由于PS制成的產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度:聚乙烯塑料的加工性好，可用注射、擠出以及吹塑等方法加工成形。聚苯乙烯塑料的另一大優(yōu)點(diǎn)是電絕緣性能好，因此廣泛用作電器中的絕緣材料，如收音機(jī)外殼、電視機(jī)上的耐高壓絕緣材料等。此外，聚苯乙烯還大量用來制作餐具、包裝容器、日用器皿、玩具、汽車燈罩以及各種模型材料裝飾材料等。但聚苯乙烯也具有一些缺點(diǎn)，如質(zhì)脆易裂、抗沖擊性和耐熱性差，需通過改性處理來改善和提高性能。
(7)酚醛塑料(PF)
酚醛塑料俗稱電木，是最早投入工業(yè)生產(chǎn)的塑料品種。酚醛塑料強(qiáng)度高、剛性大、堅(jiān)硬耐磨，產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定;具有良好的絕緣性和耐熱性;易成形，成形時(shí)收縮率小，不易出現(xiàn)裂紋:合成工藝簡(jiǎn)單且價(jià)格便宜，是電器工業(yè)不可或缺的材料，常用來生產(chǎn)電子管插座、開關(guān)、燈頭及電話機(jī)等。
在酚醛樹脂中加入石棉、云母，能增加它的耐酸、耐堿、耐磨性，可用作化工設(shè)備的材料和電機(jī)、汽車的配件;加人玻璃纖維可以增加硬度，可用作機(jī)器零件等:用丁腈橡膠改性后，其耐油性能和抗沖擊強(qiáng)度大大提高;用聚氯乙烯改性后則能提高機(jī)械強(qiáng)度和耐酸性。
(8)聚酰胺塑料(PA)
聚酰胺塑料俗稱尼龍，為白色或淺黃色半透明固體，無毒無味，易著色，具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，抗拉性、堅(jiān)韌性、抗沖擊性、耐溶劑性以及電絕緣性良好，且耐磨性和潤滑性優(yōu)異，是一種優(yōu)良的自潤滑材料，但缺點(diǎn)是吸濕性較大，影響性能和尺寸穩(wěn)定性。聚酰胺塑料加工性能好，可采用多種成形方法，常用來制造各種機(jī)械和電器零件，如齒輪、葉片、軸承、密封圈、電纜接頭等，也可用于制作包裝帶和食品薄膜等。
(9)脲醛塑料(UF)
脲醛塑料是用尿素與甲醛進(jìn)行縮合，先生成脲醛樹脂，然后與填料、潤滑劑、顏料等混合，經(jīng)成形加工而得的熱固性塑料。純凈的脲醛樹脂是無色透明的，加人二氧化鈦或其他顏料，便可變成乳白色或其他顏色的半透明或不透明的塑料。脲醛塑料色淺，易著色，質(zhì)地堅(jiān)硬，又因其絕緣性能好，可用做電器材料，故有“電玉之稱。脲醛塑料除了具有熱固性塑料的通性之外，還具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):①優(yōu)良的耐電弧性能，因此可專門用于制造汽車、摩托車等引擎中的發(fā)火零件:②無臭無味，色澤美觀，故常用來生產(chǎn)各種生活用品，如紐扣、瓶蓋、門拉手、琴鍵、電話機(jī)、鐘表的外殼、燈罩等。脲醛塑料的缺點(diǎn)是不太耐熱，因此用其制作的餐具、奶瓶等最好不要在開水中煮，以免變形。
(10)三聚氰胺甲醛塑料(MF)
三聚氰胺甲醛塑料又稱蜜胺塑料，是由三聚氰胺與甲醛縮聚而成的熱固性塑料。蜜胺塑料無色透明、無毒、無味、易著色、硬度高，具有優(yōu)良的電絕緣性和抗電弧性，機(jī)械強(qiáng)度高，耐熱性和耐水性比脲醛塑料高，可制成各種透明的日常用品。給蜜胺塑料添加著色劑和紙漿等填料后，就會(huì)變得不透明，外觀像瓷器，因此被人們譽(yù)為“仿瓷塑料”，常用來制作碗、盤、茶杯等高級(jí)餐具。
(11)聚甲基丙烯酸甲酯塑料(PMMA)
聚甲基丙烯酸甲酯塑料俗稱“有機(jī)玻璃”是以甲基丙烯酸甲酯為單體，經(jīng)加聚反應(yīng)合成的線型高分子化合物。有機(jī)玻璃最突出的性能是透光性非常好，透光率達(dá)92%以上，僅次于普通玻璃(透光率95%)。且其透過紫外線的能力要高于普通玻璃，故常用來做光學(xué)工業(yè)透鏡、醫(yī)用導(dǎo)光管、隱形眼鏡等。有機(jī)玻璃質(zhì)輕、耐沖擊力強(qiáng)、不易碎裂，具有一定的強(qiáng)度，耐水性、耐候性和電絕緣性好，并且易于著色和加工成形，因此被大量用于制造飛機(jī)駕駛艙的玻璃罩，輪船和飛機(jī)駕駛室的擋風(fēng)玻璃等。在生產(chǎn)有機(jī)玻璃時(shí)加入各種顏料、熒光粉(如硫化鋅)、珍珠粉(如堿式碳酸鉛)，便可得到彩色、乳白、熒光或珠光等有機(jī)玻璃板材，在日常生活中用作照明燈具、廣告招牌、繪圖尺、防護(hù)罩及各種裝飾品等。
有機(jī)玻璃的缺點(diǎn)是耐熱性差，易溶于丙酮、氯仿等有機(jī)溶劑，使用時(shí)要注意防火，不能與有機(jī)溶劑接觸:表面硬度低，易起毛，生產(chǎn)成本較高。
塑料制品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
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標(biāo)準(zhǔn)號(hào) |
標(biāo)準(zhǔn)名稱 |
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GB/T 1033 |
塑料密度和相對(duì)密度的測(cè)定 |
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GB/T 1040 |
塑料拉伸性能的測(cè)定 |
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GB/T 2411 |
塑料硬度測(cè)定（邵氏硬度） |
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GB/T 3682 |
塑料熔體流動(dòng)速率（MFR）的測(cè)定 |
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GB/T 6344 |
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GB/T 8803 |
塑料吸水率的測(cè)定 |
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ASTM D638 |
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ASTM D790 |
塑料彎曲性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法 |
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ASTM D256 |
鎂及鎂合金冶煉安全生產(chǎn)規(guī)范 |
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ASTM D1238 |
塑料熔體流動(dòng)速率的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法 |
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EN ISO 1183 |
塑料密度和相對(duì)密度的測(cè)定 |
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EN ISO 1133 |
塑料熔體流動(dòng)速率的測(cè)定 |
來源：材易通
