1、塑料盆课程设计资料江苏大学课程设计 塑料盆生产工艺 课程名称： 高分子材料生产工艺课程设计 所在学院： 材料学院 专业班级： 高分子1302 学 号： 3130705061 姓 名： 何涛涛 指导教师： 顾建良 聂仪晶 1、塑料盆制品要求 1.1 塑料盆制品图 1.2 塑料盆质量标准2、原料配方3、成型设备4、成型工艺条件（如温度、压力、时间） 4.1 注塑成型工艺流程 4.2 注塑成型工艺相关参数5、质量控制及检验 5.1 塑料盆质量控制及解决方法 5.2 质量方面工艺改进6、安全与环保7、参考文献8、成型工艺卡九、生产线平面布置图前言聚丙烯(PP)是五大通用塑料之一,具有密度小、刚性好、强
2、度高、耐挠曲、耐化学腐蚀、绝缘性好等优等。不足之处是低温冲击性能较差、易老化、成型收缩率大。PP用途相当广泛,可用于包括农业和三大支柱产业(汽车工业、建筑材料、机械电子)在内的诸多领域。开拓PP在重大产业领域的市场,取代其他塑料,所凭借的因素一是PP物美价廉、二是PP改性的进展。尽管PP生产工艺和催化剂历经几代更新,取得了很大的成就,但要用反应器产品直接作为某些目标产品(包括注塑级、纤维级、薄膜级等)的原料或专用料,有的还需提高它的综合性能。即对反应器后产品作一定的改性。反过来说,PP改性也扩大了自身的应用领域,通过改性,人们可以得到性能好和价廉的PP原料。1、塑料盆的制品要求 1.1 塑料盆
3、制品图塑料制品是日常生活所需，对外观要求较为严格。主要尺寸如图1所示。其材料选用聚丙烯（PP），其材质为PP。如图1所示1.2 塑料制品的质量标准塑料制品是日常生活用品，对外观有一定的要求，且要求有一定的强度和低温韧度，抗氧化和抗老化性，据此要求材料最好选取聚乙烯或者聚丙烯。2、原料配方据其特性，可选取聚丙烯，聚丙烯是继尼龙之后发展的又一优良树脂品种，它是一种高密度、无侧链、高结晶的线性聚合物，具有优良的综合性能。未着色时呈白色半透明，蜡状；比聚乙烯轻。透明度也较聚乙烯好，比聚乙烯刚硬。原料配方的基本原则：制品的性能要求、成型加工性能要求、原本材料的要求、产品经济成本要求。1. 高密度聚乙烯(
4、HD-PE)料筒温度喂料区 3050(50)区1 160250(200)区2 200300(210)区3 220300(230)区4 220300(240)区5 220300(240)喷嘴 220300(240)括号内的温度建议作为基本设定值,行程利用率为35%和65%,模件流长与壁厚之比为50:1到100:1。熔料温度 200280C料筒恒温 200C模具温度 2060C注射压力具有很好的流动性能，避免采用过高的流向压力80140Mpa（8001400bar）；一些薄壁包装容器除外可达到180Mpa(1800bar)保压压力收缩程度较高，需要长时间对制品进行保压，尺寸精度是关键因素；约为注射
5、压力的30%60%背压 520Mpa（50200bar）；背压石太低的地方易造成制品重量和色散不均注射速度对薄壁包装容器需要高注射速度；中等注射速度往往较适用于其他类的塑料制品螺杆转速高螺杆转速（线速度为1.3m/s）是允许的，只要满足冷却时间结束前就完成塑化过程就可以；螺杆的扭矩要求为低计量行程 0.54D（最小值最大值）；4D的计量行程为熔料提供足够长的驻留时间是很重要的残料量 28mm，取决于计量行程和螺杆直径预烘干不需要；如果贮藏条件不好，在80C的温度下烘干1h就可以回收率可达到100%回收收缩率 1.22.5%;容易扭曲；收缩程度高；24h后不会再收缩（成型后收缩）浇口系统点式浇口
6、；加热式热流道，保温式热流道，内浇套；横截面面积相对小，对薄截面制品已足够机器停工时段无需用其他材料进行专门的清洗工作；PE耐温升料筒设备标准螺杆，标准使用的三段式螺杆；对包装容器类制品，混合段和切变段几何外形特殊(L =25:1),直通喷嘴，止逆阀2.聚炳烯（PP）料筒温度喂料区 3050(50)区1 160250(200)区2 200300(220)区3 220300(240)区4 220300(240)区5 220300(240)喷嘴 220300(240)括号内的温度建议作为基本基本设定值,行程利用为35%和65%,模件流长与壁厚这比为50:1到100:1。熔料温度 200280C料筒
7、恒温 200C模具温度 2070C注射压力具有很好的流动性能，避免采用过高的流向压力80140Mpa（8001400bar）；一些薄壁包装容器除外可达到180Mpa(1800bar)保压压力避免制品产生缩壁，需要很长时间对制品进行保压（约为循环时间的30%）约为注射压力30%60%背压 520Mpa（50200bar）注射速度对薄壁包装容器需要高注射速度（带蓄能器）；中等注射速度往往较适用于其他类的塑料制品螺杆转速高螺杆转速（线速度为1.2m/s）是允许的，只要满足冷却时间结束前就完成塑化过程就可以计量行程 0.54D（最小值最大值）；4D的计量行程为熔料提供足够长的驻留时间是很重要的残料量
8、28mm，取决于计量行程和螺杆转速预烘干不需要；如果贮藏条件不好，在80C的温度下烘干1h就可以回收率可达到100%回收收缩率 1.22.5%;收缩程度高；24h后不会再收缩（成型后收缩）浇口系统点式浇口或多点浇口；加热式热流道，保温式热流道，内浇套；浇口位置在制品最厚点，否则易发生大的缩水机器停工时段无需用其他材料进行专门的清洗工作；PE耐温升料筒设备标准螺杆，标准使用的三段式螺杆；对包装容器类制品，混合段和切变段几何外形特殊(L =25:1),直通喷嘴，止逆阀3、成型设备塑料盆采用注塑成型，通常有通用卧式注塑机和立式注塑机如图所示通用注塑机是指目前应用最广泛的加工热塑性塑料的单工位注塑机，
9、通用注塑机可以是螺杆式，也可以是柱塞式，但以螺杆为主，可以是卧式、立式，也可以是角式，但是以卧式为主。通用注塑机可按加工能力、注射与合模部件的结构、液压和电气控制的特点进行详细分类。1、按成型能力分类，如下：类型锁模力（KN）理论注射容积（CM3）超小型1601600016000 力劲机械厂生产的注塑机锁模力从0TON-1300TON，从小型、中型到大型已成系列。2、按合模结构特征分类 1）全机械式如：全电机注塑机2）液压式注塑机分两种：a：直压式一移模动作与合模力的产生与保持是在液压力连续作用下完成的；b：程序式则是分段完成，移模到位后才起高压。3）液压机械式力劲机械厂注塑机PT30PT45
10、0全部是液压机械式。PT650H、PT1300H则是程序式液压式，而130TON的全电机亦将面世。3、按注塑部件结构特点分类1)注射缸为单缸2)注射缸为双缸3)螺杆驱动装置为电机4)螺杆驱动装置为液压马达力劲机械厂注射机注射缸为双缸，除130TON的全电机注塑机螺杆驱动装置为电机，其它机型螺杆驱动装置为液压马达。4、按液压系统分类1）常规阀2）比例、伺服阀3）带蓄能器系统4）无蓄能器系统5）采用变量泵节能系统6）采用定量泵供油系统力劲机械厂的注塑机的系统压力、流量都是比例阀控制，采用日本阀，PT30U、PT1300H则采用了德国力士乐伺服阀。带蓄能器系统的机型也早已摧向市场，如：PT160N（
11、这可根据用户需要进行生产）,而大多数机型为无蓄能器。为了适应节能的要求，力劲C型注塑机全部采用了变量泵。 5、按注塑机的控制系统分类1）常规控制2）微机控制3）开环控制4）闭环控制力劲机械厂注塑机全部采用工挖电脑控制，操作方便，故障率低。为了满足高质量市场的需求，生产的C型机全部采用闭环控制，压力流量控制更准确、稳定。同时又为满足市场的需要，B型机全采用开环控制，价格便宜，能满足PP、ABS塑料挤出机的主机是挤塑机，它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。1、挤压系统挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头、和模具，塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立压力下，被螺杆连续的挤出机
12、头。2、传动系统传动系统的作用是驱动螺杆，供给螺杆在挤出过程中所需要的力矩和转速，5通常由电动机、减速器和轴承等组成。3、加热冷却装置加热与冷却是塑料挤出过程能够进行的必要条件。4、成型工艺条件4.1 注塑成型工艺流程在PP注射过程中，熔体在特定温度和压力下充入模腔并一直持续到浇口封口，这一段压力也可称作封口压力。封口压力对制品收缩起决定性作用，封口压力越高，制品收缩越小；如果注射时的工艺条件和设备不能保证稳定的封口压力，就会使制品产生收缩波动，影响制品的尺寸稳定性。封口之前的模腔压力取决于保压压力，保压压力实际上可看作维持保压阶段的注塑压力，如果浇口冻封时间是一定的，那么提高保压压力必须使浇
13、口的封口压力提高，保压压力对浇口封口压力的影响实际上就反映了对收缩率的影响，而保压压力实际上也是注塑压力的直接反映。4.2 注塑成型工艺相关参数一、温度控制1、料筒温度：注射模塑过程需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。前两种温度主要影响塑料的塑化和流动，而后一种温度主要是影响塑料的流动和 冷却。每一种塑料都具有不同的流动温度，同一种塑料，由于来源或牌号不同，其流动温度及分解温度是有差别的，这是由于平均分子量和分子量分布不同所致，塑 料在不同类型的注射机内的塑化过程也是不同的，因而选择料筒温度也不相同。2、喷嘴温度：喷嘴温度通常是略低于料筒最高温度的，这是为了防止熔料在直通式喷嘴可能
14、发生的流涎现象。喷嘴温度也不能过低，否则将会造成熔料的早凝而将喷嘴堵塞，或者由于早凝料注入模腔而影响制品的性能。3、模具温度：模具温度对制品的内在性能和表观质量影响很大。模具温度的高低决定于塑料结晶性的有无、制品的尺寸与结构、性能要求，以及其它工艺条件（熔料温度、注射速度及注射压力、模塑周期等）。二、压力控制： 注塑过程中压力包括塑化压力和注射压力两种，并直接影响塑料的塑化和制品质量。1、塑化压力：（背压）采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力称为塑化压力，亦称背压。这种压力的大小是可以通过液压系统中的溢 流阀来调整的。在注射中，塑化压力的大小是随螺杆的转速都不变，则增加
15、塑化压力时即会提高熔体的温度，但会减小塑化的速度。此外，增加塑化压力常能使熔体的温度均匀，色料的混合均匀和排出熔体中的气体。操作中，塑化压力的决定应在保证制品质量优良的前提下越低越好，其具体数值是随所用的塑料的品种而异的，但通常很少超过20公斤/平方厘米。2、注射压力：注射机的注射压力都是以柱塞或螺杆顶部对塑料所施的压力（由油路压力换算来的）为准的。注射压力在注塑成型中所起的作用是，克服塑料从料筒流向型腔的流动阻力，给予熔料充模的速率以及对熔料进行压实。三、成型周期完成一次注射模塑过程所需的时间称成型周期，也称模塑周期。它实际包括以下几部分：成型周期:成型周期直接影响劳动生产率和设备利用率。因
16、此,在生产过程 中,应在保证质量的前提下,尽量缩短成型周期中各个有关时间。保压时间也有最惠值,已知依赖于料温,模温以及主流道和浇口的大小。如果主流道和浇口的尺寸 以及工艺条件都是正常的,通常即以得出制品收缩率波动范围最小的压力值为准。冷却时间主要决定于制品的厚度,塑料的热性能和结晶性能,以及模具温等。材料工艺参数：模具表面温度：95模具温度范围：70120熔体温度范围：260340绝对熔体最大熔体温度：380顶出温度：127最大剪切力：0.5mp最大剪切速率：40000 1/m喷嘴温度()：170200前段()：xx料筒温度()：后段160180中段180220前段200220模具温度()：(
17、定模温度动模温度) 成型温度()：8090脱模温度()：2 压力注射压力（Mpa）；70100保压压力（Mpa）；803时间（成型周期）注射成型时间有注射时间和合模冷却时间两部分组成，注射时间又有冲模时间和保压时间组成。所选材料PP的注射时间（s）：2060保压时间（s）：03冷却时间（s）：20905、质量控制及检验5.1 质量控制及解决方法传统的模具设计和工艺参数设置主要依赖于设计者的经验和技巧,模具设计的合理性只有靠反复的试模和修模,工艺参数的设置也只能靠反复的试模来进行修改,缺乏科学依据,生产周期长,成本高,质量也难以保证。而对成型过程进行模拟,在模具制造之前就可发现设计中的问题,使模
18、具设计和工艺参数设置建立在科学的分析基础之上,可缩短生产周期,提高制品质量。随着对制品质量要求的提高,对成型过程进行预测己经成为设计不可缺少环节。因此,建立注塑成型过程熔体在模腔中流动和传热的数学模型,并采用数值仿真方法实现成型过程的模拟具有重要的意义。由于成型过程的工艺参数直接决定了熔体在模腔中的流动状态,对制品质量有着最直接最深远的影响,因此找到制品成型的最优工艺条件,对成型过程进行工艺控制,是提高塑料制品质量的有效途径。这是因为,成型过程中,精密的成型机械、合理的模具设计和优良的材料性能只有在合理的成型工艺设置下刁能体现出来另一方面,成型机械、模具设计和材料性能的缺陷有时可通过合适的成型
19、工艺设置来弥补。由此可见,注塑成型工艺对制品质量有着至关重要的作用注塑工艺条件及其影响 1、注塑压力 注射压力指的是在注射过程中螺杆顶部或柱塞对于塑料熔体所加载的压力。它的作用是对于使熔料混合和塑化，螺杆（或柱塞）必须提供克服固体粒子和熔料在料筒和喷嘴中的流动阻力。使得塑料熔体以一定的速度来充满型腔，在型腔充满熔体后注射压力起到压实的作用。从而使得塑件致密，并对熔料因冷却而产生的收缩进行补料，从而使塑件保持精确的形状，获得所需要的性能。注射的压力主要由塑料的种类，注塑机的类型，模具的温度，模具结构，塑件的壁厚来决定的，其中浇注系统的尺寸与结构对于注射压力影响很大。2、保压压力 当熔体充满型腔后
20、，注射压力所起的作用为对于模内的熔体进行压实，此时我们把注射压力也叫做保压压力，在实际生产中，保压压力应该等于或小于注射时所用压力。当保压时的压力与注射时的压力相等时，往往会使塑件的收缩率降低，而且可以保证塑件的稳定性以及塑件的力学性能。但常常也会伴随着脱模时残余应力的增加，造成塑件脱模困难、使塑件容易产生变形、表面划伤等，也容易使塑件产生飞边,影响表观质量。因此，选择保压压力时需要多方面考虑，慎重选择。一般来讲,保压压力对制品的质量影响与注射压力的影响相似。大多数塑料的保压压力在注射压力的一之间，而具体保压压力的确定，主要考虑塑件材料的特性及制件的结构，并克服熔体从机筒到模腔的流动阻力，将熔
21、料送入型腔并将之压实。3、塑化压力 塑化压力是指螺杆顶部熔料在螺杆后退时所受到的压力。它对注射成型的影响主要体现在注射机对物料的塑化效果及其塑化能力方面。一般来讲，增大塑化压力，螺杆后退速度减小，机筒内熔体受到的压力随之增加。于是塑化时剪切作用加强,塑化效果提高。但须往意的是,增大背压的同时，过高的塑化压力一方面因熔体在螺槽边缘的反流和漏流而减少了塑化量，可能引起计量不足，另一方面会使剪切热过高剪切应力过大，有可能使物料降解，产生气泡或烧伤，影响塑件质量。 4、模具温度模具温度是指在成型过程中的模腔表面的温度，模具温度影响熔体的充模流动行为、制品的冷却速度和成型后的制品性能等。模温的设定主要取
22、决于熔料的粘度。熔料粘度较低的可以采取低模温注射以缩短冷却时间，提高生产效率。熔料粘度较高的应采用高模温注射成型。一般说来提高模温可以使制件的冷却速率均匀一致，防止凹痕和裂纹等成型缺陷产生。结晶型塑料的模温控制直接决定了冷却速率，从而进一步决定结晶的速率。模温高时冷却速率小，结晶速率变大，有利于分子的松弛过程，分子取向效应小。模温太高，会延长成型周期和使产品发脆。模温低,冷却速率大，熔料的流动与结晶同步进行，由于熔料在结晶温度+区间停留时间缩短，不利于晶体的生长，造成产品的分子结晶程度较低,影响其使用性能。此外，模温过低,塑料熔体的流动阻力很大，流速变缓，甚至在充模中凝固妨碍后续进料，使得制件
23、短射，强迫取向大，常造成塑件缺料、凹陷、熔接缝等缺陷。5、料筒温度为了保证塑料熔体的正常流动同时又不使其发生变质分解，需要合适的选择料筒温度，平均分子质量大，分子质量分布又较集中的塑料以及玻璃增强塑料都应选择温度较高的料筒温度。料筒温度一般是按前高后低的原则进行排布，但当塑料中含有过多水费时也可适当提高后端温度。6、喷嘴温度 为了避免熔体在喷嘴处产生流延现象，通常需要使喷嘴温度略低于料筒最高温度，在生产中一般将低速对空注射的情况下，喷出的溶流不带泡，光滑视为温度合适的标准。7、熔体温度熔体温度主要取决于机筒和喷嘴两部分的温度，影响物料的塑化和熔体的注射充模。注射温度的提高主要有利于改善熔体的流
24、动性，它与制品的很多特性有关。升高熔体温度，可使塑件内应力、流线方向的冲击强度和挠曲度、拉伸强度等机械力学性能降低,而使垂直于流线方向的冲击强度、流动长度、表面粗糙度等性能有所改善，并可降低制品的后收缩。从总体上看，提高熔体温度有利于改善充模状况以及在模腔内的传递，降低取向性等，有利于制品的综合性能的提高但过高的温度也不可取。当熔体温度接近注塑温度范围的上限值时，一方面容易产生较多的气体，使塑件产生气泡、空洞、变色、烧焦等,也因过多地改善流动性而产生飞边，影响制品表观质量另一方面，过高的温度会使塑料发生降解作用，使塑件强度降低，失去弹性等，影响使用性能。8、注射时间注射时间是控制注射速率的参数
25、之一。注射时间越短，则注射速率越高，注射速率的大小对塑件的性能有很大影响。提高注射速率可使充模压力提高，有利于充模过程,并使充模中的热量散失减少，模腔温度比较均匀，制品均匀而密实。同时可降低制品收缩率，减少塑件芯部取向，增加熔接缝强度。注射速率的提高有益于制品的综合性能，但过高的注射速率会增加压力损失，降低固化层厚度，提高塑件表层取向性，甚至使熔体发生弹性湍流，使塑件容易形成飞边、表面裂纹等。经实验证明：过高过低的注射速率都会导致冲击强度的下降。另一方面,过低的注射速率使塑件熔接缝强度下降，总取向作用增大，内应力增高等，影响制品力学性能。9、保压时间保压时间和冷却时间的长短也对塑件的质量产生直
26、接影响。缩短保压时间，会使模腔压力降低加快，有可能产生倒流,使塑件产生缩孔、凹陷等缺陷，并影响塑件尺寸的稳定性。加长保压时间，可提高塑件尺寸的稳定性避免上述缺陷的发生，得到致密的产品。同时会使模腔压力提高，改变由于温度不均而产生的内应力。但会增加脱模难度，有时容易产生表面顶出划伤或将塑件顶弯的现象。材料塑化时间的长短可影响塑化质量，直接影响产品性能。时间太短了不能使塑化均匀、温度一致，容易产生硬块、银丝等而太长了又会使熔料因螺杆的作用而发生分解、烧伤等,也给产品质量带来不良影响。10、特殊工艺影响振动注塑成型，在高的振动压力下，随着振动频率的提高，制品的拉伸性能和缺注塑成型加工工艺条件对塑料制
27、品质量的表观力学性能造成影响，每一个工艺条件参数都相互影响并不是独立的，有些制品缺陷是相互影响的结果。5.2 工艺改进影响制品质量的因素有很多，因此对工艺的改进可以降低其对制品的影响，所以可以通过以下方式对注塑成型工艺加以改进正确选择注塑机注塑机的性能直接影响注塑制品的质量，不同规格及性能要求的注塑机，价格也会相差很多。注塑机规格选择在选择注塑机规格时，首先要考虑到生产模具的状况，因为同一台注塑机往往要满足大小不同的多副模具生产，应根据制件重量、模具尺寸等来确定注塑机规格，即注塑机最大锁模力和最大注射量，然後根据注塑机厂商所提供的规格型号选择合适的机型。大部分厂商都提供客制化服务，这给选购注塑
28、机提供了极大的方便；其次要考虑是否需要一些特殊配置，如生产PA、PC等材料时需选用专用螺杆，成型带有进抽芯或脱螺纹的模具时需配备相应的装置；再次，要根据模具结构、产品质量等方面的因素来确定是否需要选用一些具有特殊功能的注塑机，如成型薄壁长流动制品（一般指L/D300）时，需选用高注射速度注塑机，精密电子配件需选用精密全闭环控制注塑机等。锁模力设定理论上，锁模力可按下式进行计算Fcm=KP平均A制品10式中Fcm锁模力，（KN）K安全系数，一般取1-1.2P平均模腔平均压力（MPa）A制品制品在模具分型面上的最大投影面积（cm2）在实际生产中，锁模力的调整还应考虑模具在生产中受热膨胀所产生的影响
29、，一般应留有0.1-0.2mm的余量；锁模力的设定原则是在保证产品质量的前提下以低锁模力为宜。注塑工艺参数设定料筒温度、模具温度根据不同塑料材料的性能来设定螺杆料筒温度，料筒设定温度一般高於塑料熔点10-30。必须注意，不同厂商所提供的材料因合成方法或添加助剂类型的不同，它们的熔点和在料筒中允许停留时间也会有差异。如下页表1，对Solutia公司的PA66（牌号为21SPC）和Rhodia公司的PA66（牌号为25AE1），它们的熔点和各温度下允许停留时间进行对比。模具温度在设定时一般使用循环水冷却，但在生产精密尺寸或表面质量要求较高的制品时，应根据工艺要求使用能够进行准确控制的模温机。6、安
30、全与环保 说到安全与环保，塑料制品通常会造成白色污染，至于什么叫白色污染，有必要解释一下，从其根源探究解决的办法是必然的。白色污染是我国城市特有的环境污染，在各种公共场所到处都能看见大量废弃的塑料制品，他们从自然界而来，由人类制造，最终归结于大自然时却不易被自然所消纳，从而影响了大自然的生态环境。从节约资源的角度出发，由于塑料制品主要来源是面临枯竭的石油资源，应尽可能回收，但由于现阶段再回收的生产成本远高于直接生产成本，在现行市场经济条件下难以做到。面对日益严重的白色污染问题，人们希望寻找一种能替代现行塑料性能,又不造成白色污染的塑料替代品,可降解塑料应运而生，这种新型功能的塑料，其特点是在达到一定使用寿命废弃后，在特定的环境条件下，由于其化学结构发生明显变化，引起某些性能损失及外观变化而发生降解，对自然环境无害或少害。例如淀粉填充塑料，首先其所含淀粉在短时间内被土壤中的微生物分泌的淀粉酶迅速分解而生成空洞，导致薄膜力学性能下降，同时配方中添加的自氧剂与土壤中的金属盐反应生成过氧化物，使聚乙烯的链断裂而降解成易被微生物吞噬的小碎片被自然环境所消纳，同时起到改良土壤的作用。 塑料制品作为质轻，防水，防腐蚀的新型材料，在全世界被广泛运用。 塑料最早运用于农业地膜，给农业生产带来了极大的发展，可使农作物在任何季节生长，促进了市场消费。据市场统计，自1990
