第19章特殊塑料成型工藝

教學目的、要求：

了解壓延、鑄塑、搪塑、燒結、旋轉、纏繞、噴射、流涎等成型的原理；

掌握各成型方法的特點及應用；

重點：壓延成型原理、設備及應用7/20/20231§19-1

壓延成型

生產薄膜和片材的主要方法，它是將已經塑化的接近粘流溫度的熱塑性塑料通過一系列相向旋轉著的水平輥筒間隙，使物料承受擠壓和延展作用，成為具有一定厚度、寬度與表面光潔的薄片狀制品。大多是熱塑性非晶態塑料，聚氯乙烯及其共聚物最多，適于生產厚度在0.05?0.5毫米的軟質PVC薄膜和厚度0.3?1.0毫米硬質PVC片材。

7/20/20232壓延成型具有較大生產能力（可連續生產，且易于自動化），較好的產品質量（優于吹塑薄膜和T型擠出薄膜），還可取制復合材料（人造革、涂層紙等），印刻花紋等，但所需加工設備龐大，精高要求高，輔助設備多，同時制品寬度受壓延機輥筒最大工作長度的限制。7/20/20233一、壓延原理

借助于輥筒間產生的剪切力，讓物料多次受到擠壓、剪切以增大可塑性，在進一步塑化的基礎上延展成為薄型制品。物料與輥間的摩擦和本身的剪切摩擦→產生大量熱，局部過熱→降解；故應注意輥筒溫度、輥速比等。（下圖）表示物料在兩輥筒間擠壓情況

7/20/20234物料同時受到兩輥作用的區域——鉗住區7/20/202351．壓力分布情況

在y軸方向，輥筒對物料壓力

是不變的在x軸方向，壓力是變化的（見右圖a）A、D→Px=07/20/20236

2．速度分布情況

（右圖b)

速度分布直線，在B→D點，壓力梯度<0，速度分布曲線呈凸形。3．剪應力、剪切速率分布剪應力τ與移動速度V、熔體粘度η成正比，與輥間距h0成反比。即V大、h0小、η大→τ愈大7/20/20237而剪切速率與V、η成正比，

與h0成反比，

且τ和在y方向分布→直線（右圖a）。中性面；物料與輥筒接觸表面→、但物料在B點、D點→速率分布直線關系，故，，，7/20/20238另一方面，由于物料沿x方向壓力是變化的，

故x方向τ

、也是變化的。

物料在輥筒間所受到的剪切作用及其變形程度（右圖b）7/20/202394．熱量分布情況

由于剪切作用不同→各點熱量產生速率也不相同輥筒表面→熱量產生速率最大中性層，→熱量產生速率=0沿x方向：A→B壓力P、均增加→輥筒進料端較大摩擦熱→吸熱升溫7/20/202310B→D，P、逐漸降低→摩擦熱減小，→物料可能放熱降溫。

輥筒對塑料的擠壓和剪切作用改變了物料的宏觀結構和分子的形態，在溫度配合下使塑料塑化和延展。輥壓的結果——使料層變薄，而延展后使料層的寬度、長度均增加。7/20/202311[注]：

①壓延時，輥筒對物料擠壓、剪切，物料對輥筒也有反作用力→分離力→使輥筒沿軸向長度上發生彎曲彈性形變→產生撓曲→兩輥中心間距最大，兩端逐漸減小→腰鼓形。分離力與輥筒半徑、長度、速度成正比；而與輥間距成反比。腰鼓形→制品中間厚、兩邊薄（降低尺寸精度）

7/20/202312克服或減輕分離力有害作用——

a.輥筒設計和加工成略帶腰鼓形b.調整兩輥筒的軸，使其交叉一定角度c.加預應力②壓延時，很大剪切作用→大分子順著薄膜前進方向發生定向作用，薄膜物理機械性能出現各向異性→壓延效應，其大小受壓延溫度、轉速、供料厚度、物料性能等影響。升溫或增加壓延時間→減輕壓延效應。7/20/202313二、壓延設備

壓延機是關鍵設備，其輥筒數目有雙輥、三輥、四輥、五輥甚至六輥，以三輥和四輥用得最普遍。輥筒數目的增加→壓延次數增加→更薄制品，且更均勻，更光滑，質量↑；但設備太復雜龐大，目前只有五輥壓延機同在硬質PVC片材生產上。7/20/202314輥筒的排列形式很多三輥——I型、三角型四輥——I、L、倒L、Z型、斜Z型等（見下圖）以倒L型（e）、斜Z型（g）應用最廣。7/20/202315壓延機主要由壓延輥筒、加熱冷卻裝置、制品厚度調整機構、傳動設備及其它輔助裝置等組成（下圖）

7/20/202316輥筒是最主要部件，中空圓柱體，內部可通蒸汽、過熱水或油（加熱、冷卻）

空心式

鉆孔式（下圖）鉆孔式優越，多用；多用冷鑄鋼或冷硬鑄鐵制造。7/20/202317三、壓延工藝過程

兩個階段：供料階段（塑料的配制、混合、塑化、喂料等）壓延階段（壓延、牽引、刻花、冷卻定型、輸送及卷取或切割等）（如下圖）7/20/202318壓延制品：軟質薄膜硬質片材

以軟質聚氯乙烯薄膜和人造革為例

7/20/2023191．軟質聚氯乙烯薄膜生產

生產過程如（下圖）所示

7/20/202320樹脂加入高速捏合機中，增塑劑、穩定劑等先經旋渦式大混合器混合后，加入高速捏合機中充分混合→螺桿式擠出機（或密練機）中預塑化→輥筒機內反復塑煉、塑化→四輥壓延機→受到幾次壓延和輾平

→形成厚薄均勻的薄膜→冷卻卷繞。[注]：將輥筒之間隙調節在0.25mm以上時，產品便成薄片或薄板，其流程基本同上。7/20/202321

2．人造革的生產

以布（或紙）為基材，在其上覆以聚氯乙烯塑料膜層后制得。其方法主要有：涂刮法壓延法——用壓延薄膜與布貼合制得人造革布（或紙）應先經預熱，聚氯乙烯經擠壓塑化或輥壓塑化，喂入壓延機的進料輥上，輥筒的擠壓和加熱，使聚氯乙烯與布（或紙）緊密結合，再經壓花、冷卻、切邊和卷取而得制品（見下圖）7/20/2023227/20/202323直接貼合——壓延膜冷卻前與布基貼合，薄膜的成形與布基貼合是在同一生產線上連續完成。分步層合——薄膜成形、貼合分別完成。貼合操作——擦膠法、貼膠法7/20/202324§19-2鑄塑成形

類似于金屬的澆鑄，包括：靜態鑄塑、嵌鑄、離心鑄塑等。鑄塑是將聚合物的單體、預聚的漿狀物、塑料的熔融體、高聚物的溶液、分散體等傾倒到一定形狀規格的模具里，而后使其固化定型從而得到一定形狀的制品的一種方法。7/20/202325一般工藝過程：

原料→澆鑄液的配制→過濾和除泡→澆鑄→硬化→脫?！筇幚砗秃蠹庸ぁ破疯T塑的特點——設備較簡單，不需要加壓設備，對模具強度要求也低。對制品尺寸限制較少，制品的內應力較低，質量較好。缺點——成形周期較長，制品尺寸準確性較差（有機玻璃最典型）7/20/2023261．靜態鑄塑（澆鑄）——較簡便，使用較廣泛的鑄塑成形工藝

塑料品種主要有：聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚酰胺、環氧樹脂，酚醛樹脂等，工藝要求：①流動性好，易充塑②硬化時生成的低分子副產物盡可能少。③聚合所得冷卻凝固產物的熔融溫度，應明顯高于成形物料的熔點或流動溫度7/20/202327工藝過程：

①模具準備②澆鑄液的配制和處理③澆鑄及固化④制品脫模及后處理7/20/2023282．嵌鑄——又稱封入成形

將各種非塑料物件包封到塑料中間去的一種成形技術，在模型內預先要放經過處理的嵌件，然后將澆鑄原料倒入模中→一定的條件下固化成形。常用于各種標本、商品、樣品、紀念品的包封，長期保存。如：透明性好的丙烯酸酯類塑料及有機硅、不飽和聚酯、環氧樹脂等。7/20/202329

3．離心澆鑄

制品大多是圓柱形或近似圓柱形，如大型的管材、軸套等，也用于墊圈、滑輪、轉子、齒輪的生產。塑料常用于熔融粘度較小、熱穩定較好的熱塑性塑料，如聚酰胺，聚烯烴等。優點——宜生產薄壁或厚壁的大型制品，且精度較度，機加工量少，缺點——設備較復雜。7/20/202330設備：臥式——軸線方向尺寸很大、

立式——直徑較大，軸線方向尺寸較小

（見下圖）

7/20/202331§19-3流涎成型

將熱塑性塑料溶于溶劑中配成溶液（一定濃度），以一定速度流布在連續回轉的基材（一般為無接縫的不銹鋼帶）上，加熱排除溶劑使塑料硬化成膜，從基材上剝離即為制品。薄膜的寬度取決于鋼帶的寬度，長度可以是連續的，厚度取決于溶液濃度和鋼帶的回轉速度、膠液的流布速度與次數等。7/20/202332流涎薄膜的特點——

厚度?。蛇_5~10μm）且厚薄均勻、不易帶入機械雜質、透明度高、內應力小，較多用于光學性能要求高的場合。缺點——生產速度慢，需耗用大量溶劑，且設備昂貴，成本較高等。7/20/202333§19-4搪塑

主要用于溶膠塑料（糊塑料）的成形

將糊塑料倒于模具（預熱）中，接近模壁的塑料因受熱而膠凝，及時倒出來膠凝的塑料，并將已附于模壁上的一層塑料進行熱處理，冷卻固化后可得中空制品。（如以聚氯乙烯糊生產空心軟制品，玩具等）主要優點：設備費用低，易高效連續化生產，工藝控制也較簡單，但制品的壁厚和質量準確性較差。7/20/202334§19-5滾塑（旋轉成形）

靠塑料自重的作用流布并粘附于旋轉模具的模型壁面，轉速較慢（每分鐘幾轉到幾十轉）。7/20/202335§19-6燒結成型

主要用于聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯等難熔樹脂的成形。晶區熔點很高（327℃），分子量很大，分子鏈的緊密堆集等，熔融粘度很大，甚至加熱至分解溫度（415℃）時仍不能變為粘流態。

常采用類似粉末冶金的方法——模壓燒結7/20/202336

成形時，將一定量的成形物料（如聚四氟乙烯懸浮樹脂粉料）加入常溫的模具中，在高壓下壓制成密實的型坯（錠料、冷坯或毛坯），送至高溫爐中進行燒結，取出冷卻至室溫，即得制品。

7/20/202337模壓燒結的工藝過程：

1．樹脂的選擇——大多選用懸浮法聚四氟乙烯

2．搗碎過篩——使成疏松狀3．加料預成形——成形加力30~50Mpa，保壓時間3~5分鐘，保壓后緩慢卸壓，卸壓后應小心脫模。4．燒結——

分兩個階段：升溫階段——升溫速度較慢保溫階段——大型制品5～10小時小型制品1小時7/20/2023385．冷卻——速度受制品尺寸限制

大型制品控制5~15℃/小時8-12小時中型制品60~70℃/小時5-6小時小型制品根據用途來決定淬火與否6．成品檢驗和后加工聚四氟乙烯薄膜一般用棒材置于車床上，用特制車刀車削而成。7/20/202339§19-7泡沫塑料的成形

以氣體物質為分散相，以固體