北方民族大学塑料成型工艺课程设计化妆品发膜瓶零.docx
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北方民族大学塑料成型工艺课程设计化妆品发膜瓶零
北方民族大学
课程设计报告
院(部、中心)材料科学与工程学院
姓名晓荣学号20090261
专业高分子材料与工程班级09级5班
同组人员马林马小刚马彦宁青波进阿迪力谭青文蒙显富
课程名称塑料成型工艺学
设计题目名称化妆品用(发膜)塑料瓶部件设计
起止时间 2012年11月26日-2012年12月9日
成绩
指导教师签名
北方民族大学教务处制
塑料成型工艺设计课程设计任务书
一、塑料成型工艺课程设计的目的:
通过设计常见的塑料制品,考察同学们对塑料原材料及助剂性能、各种加工工艺方法特点及对制品性能的影响等基础知识的掌握;着重考察同学们从制品的使用环境要求出发,选择适当的塑料原材料及各种助剂并进行配方设计,同时选择适当的成型加工工艺来获得制品的能力。
二、课程设计的容要求:
以几种常见的塑料制品为设计对象(设计中指定的塑料制品见附件1),分析组成每个制品均由数个塑料部件,然后根据各个部件的使用环境要求选择材料、设计配方和成型加工工艺制造出各个部件,并将其组合成一个完整制品。
同时要求对采取的设计方案做出经济成本分析。
具体每个组成部件的设计容如下:
(1)产品设计并绘出产品图
(2)原材料选择与配方设计
(3)生产方法选择与工艺过程设计(绘出工艺过程方框图和工艺流程图)
(4)生产工艺参数的确定
(5)工艺过程与操作说明
(6)生产工艺配套设备的选择
(7)设计说明和设计小结
(8)根据以上容编写出设计说明书
三、其他设计要求
(1)设计容完整合理,文理通顺,层次分明,字迹工整。
(2)参数选取恰当,数据准确无误。
(3)论理论据充分,资料来源可靠。
(4)图纸视图正确,图面整洁规。
(5)按时完成任务。
四、时间与进度安排
根据本课程特点,本课程设计采用集中与分散的方式进行。
11-13周:
熟悉课程设计容,针对具体的课程设计容有针对性的查阅相关资料文献
14周:
1)完成配方设计与生产工艺设计、成生产工艺参数的确定与操作说明。
2)完成设计说明与小结及整理资料编写成设计说明书初稿并交指导老师审阅
15周:
修改与整理成正稿并交稿,同时进行答辩
五、参考书籍:
(1)塑料成型工艺黄锐主编
(2)塑料产品工业设计基础郁文娟化学工业
(3)塑料制品设计指南徐佩弦化学工业
(4)高分子材料成型工艺学吴智华大学出版设
(5)塑料手册等
第一章瓶盖
1瓶盖设计·······················································5
1.1瓶盖设计及产品图················································5
1.1.1制品使用环境分析···············································5
1.1.2产品图························································5
1.2原材料选择与配方设计·············································6
1.2.2材料的特性·····················································6
1.2.3助剂的选择及配方···············································8
1.2.4原料与粒料的混合··············································11
1.3生产方法选择与工艺过程设计····································12
1.3.1生产方法选择··············································12
1.3.2工艺流程图··············································13
1.4生产工艺参数的确定··············································15
1.4.1生产工艺参数··············································15
1.5工艺过程与操作说明·············································17
1.5.1注射机注射工艺过程············································19
1.6设计说明和设计小结·············································22
1.6.1设计方案经济成本分析··········································22
1.6.2设计小结·····················································22
第二章瓶体
2瓶体设计······················································23
2.1瓶体设计及产品图·············································23
2.1.1瓶体的形状确定:
·············································23
2.1.2瓶体尺寸规格··············································23
2.1.3瓶体产品图··············································24
2.2原材料选择与配方设计··········································24
2.2.1原材料的确定·············································24
2.2.2配方设计··············································25
2.3生产方法选择与工艺过程设计····································25
2.3.1生产方法选择··············································25
2.3.2工艺路线图··············································26
2.4.生产工艺参数的确定············································27
2.5工艺过程与操作说明·············································29
2.6.生产工艺配套设备的选择·······································30
2.7操作说明和设计小结·············································31
第三章包装膜
3包装膜设计······················································32
3.1包装膜的设计··········································32
3.1.1原材料的选择··············································32
3.1.2添加剂的选择··············································34
3.2生产方法选择与工艺过程设计·····································38
3.2.1成型工艺的选择··············································39
3.2.2生产工艺流程··············································40
3.3生产工艺配套设备的选择········································42
3.3.1生产设备·················································42
3.4产品规格··················································43
3.5包装膜设计总结··············································43
第四章金属修饰件
4瓶盖金属修饰件的设计·············································44
4.1原材料选择与配方设计···········································44
4.1.1原材料的选择··············································45
4.1.2配方设计··················································45
4.2生产方法选择与工艺过程设计···································46
4.3工艺过程与操作说明·············································46
参考文献························································47
化妆品用(发膜)塑料瓶部件设计
第一章瓶盖的设计
1.1瓶盖设计及产品图
1.1.1制品使用环境分析
通过对产品的分析,该产品主要是在市使用,偶尔在室外使用。
因此环境温度变化很大,主要在-20--100摄氏度之。
湿度在30%--80%左右。
压力变化不大,基本维持在常压下。
由于环境的不同,可能受到氧,辐射,光等因素影响产品的使用性能。
该产品决定了其受力主要是静态力为主,而且是间断不连续的,承受的外力不大,主要是防止意外掉落摔坏。
该盖子与产品接触,主要是其中的油类化学成分对其影响较大,故盖子的材料需要耐化学腐蚀好的。
该产品还要求材料吸水性低,不因湿度大而影响尺寸。
此外还要求该材料渗透性低。
该盖子外观要求光泽性高,且需着色加强其美观性。
由于该产品作用于人的皮肤,故材料需要无毒性,一保障消费者的安全。
该盖子还有一个铰链式的,分为两部分,使用起来更方便。
因此要求材料耐疲劳弯曲性能好,不易折断。
1.1.2产品图
1.2原材料选择与配方设计
1.2.1原材料的选择
所使用的材料为了降低成本,应该首选热塑性材料,便于生产过程中产生的废料和产品的后续重复利用。
还需要材料加工性较好。
几种材料性能的比较
种类
性能
PP
PE
PVC
PS
ABS
刚性
较好
差
好
好
好
收缩率
差
一般
好
好
好
韧性
低温下差
好
差
差
差
强度
较高
低
较高
高
高
耐热性
好
好
好
好
好
化学稳定性
差
差
一般
一般
较差
耐候性
一般
一般
好
好
好
毒性
无毒
无毒
有毒
无毒
有毒
对上面的条件综合考虑,初步选择pp为原材料。
考虑到成本问题,目前国主要使用国产的,据此,本设计选择石化主打牌号pp--TX30G:
熔融指数8.0~11.0g/10min,适合制作彩色包装盒、日用品包装盒、小型制件等。
1.2.2材料的特性
PP为结晶型高聚物,常用塑料中PP最轻,密度仅为0.91g/cm3(比水小)。
通用塑料中,PP的耐热性最好,其热变形温度为80-100℃。
PP有良好的耐应力开裂性,有很高的弯曲疲劳寿命,俗称“百折胶”。
PP的综合性能优于PE料。
PP产品质轻、韧性好、耐化学性好。
PP的缺点:
尺寸精度低、刚性不足、耐候性差,它具有后收缩现象,脱模后,易老化、变脆、易变形。
丙烯聚合时由于使用催化剂的品种不同,则生产出的聚丙烯分子结构也就有所差异。
按CH3排列方式的不同,分为无序排列分布和有序排列分布,聚丙烯形成了三种不同的立体结构,即等规聚丙烯、间规聚丙烯和无规聚丙烯。
三种聚丙烯中目前以等规聚丙烯应用量最大,约占聚丙烯总产量的95%。
成型特性
1.结晶料,吸湿性小.
2.流动性好,但收缩围及收缩值大,易发生缩孔.凹痕,变形.
3.冷却速度快
工艺特点:
PP在熔融温度下有较好的流动性,成型性能好,PP在加工上有两个特点:
其一:
PP熔体的粘度随剪切速度的提高而有明显的下降(受温度影响较小);其二:
分子取向程度高而呈现较大的收缩率。
PP的加工温度在200-300℃左右较好,它有良好的热稳定性(分解温度为310℃),但高温下(270-300℃),长时间停留在炮筒中会有降解的可能。
因PP的粘度随着剪切速度的提高有明显的降低,所以提高注射压力和注射速度会提高其流动性,改善收缩变形和凹陷。
模温宜控制在30-50℃围.PP在熔化过程中,要吸收大量的熔解热(比热较大),产品出模后比较烫。
PP料加工时不需干燥,PP的收缩率和结晶度比PE低。
PP的拉伸强度和刚性都比较好,但冲击强度较差,特别是低温时耐冲击性差。
此外,如果制品成型时存在取向或应力,冲击强度也会显著降低。
虽然抗冲击强度差,但经过填充或增强等改性后,其机械性能在许多领域可与成本较高的工程塑料相竞争。
表面硬度
PP的表面硬度在五类通用塑料中属低等,仅比PE好一些。
当结晶度较高时,硬度也相应增加一些。
气密性(气体阻隔性)
PP对氧气、二氧化碳和水蒸汽都有一定的透过性,但与其它非塑料材料相比其气密性还是相当好的。
老化性能
PP分子中存在叔碳原子,在光和热的作用下极易断裂降解。
未加稳定剂的PP在150℃下被加热半小时以上,或在充足的地方曝晒12天就会明显变脆。
未加稳定剂的PP粉料在室避光放置4个月也会严重降解,散发出明显的酸味。
在PP粉料造粒之前加入0.2%以上的抗氧剂可以有效地防止PP在加工和使用过程中的降解老化。
目前推荐使用的B215抗氧剂就是主抗氧剂1010(酚类)和辅抗氧剂168(亚磷酸酯)按1:
3的比例复配而成的。
1.2.3助剂的选择及配方
由以上可以看出,pp还有一些不足,需要添加助剂来改善某些性能,这些添加剂必须无毒,且对原料的性能影响很小。
助剂类别繁多,约有上百种。
品种成千上万。
助剂的选择与应用,必须兼顾应用对象种类、加工方式、制品特征及配合组分等多种因素。
以聚合物用助剂为例,选择助剂时应考虑以下几个问题。
1、助剂与制品的匹配性
助剂应与聚合物匹配,这是选用助剂时首先要考虑的问题。
助剂与聚合物的配伍性包括它们之间的相容性以及对稳定性方面的影响。
一般地说,助剂必须长期,稳定、均匀地存在于制品中才能发挥其应用的效能。
所以通常要求所选择的助剂与聚合物要有良好的相容性。
如果相容性不好,助剂就容易析出。
固体助剂的析出俗称为“喷霜”,液体助剂的析出则称作“渗出”或“出汗”。
助剂析出后不仅失去作用,而且影响制品的外观和手感。
助剂与聚合物的相容性主要取决于它们结构的相似性。
并非要求所有的助剂都必须与聚合物有良好的相容性。
如无机填充剂和无机颜料,它们不溶于聚合物,无相容性而言,它们在聚合物中的分散是非均相的,不全析出。
对这类助剂则要求它们细度小、分散性好。
也不是所有的助剂与聚合物的相容性愈大愈好。
如润滑剂的相容性如果过大,就会起到增塑剂的作用,造成聚合物的软化。
助剂与聚合物匹配性的另一个重要问题是它们在稳定性方面的影响。
2、助剂的耐久性
聚合物材料在使用条件下,仍可保持原来性能的能力叫耐久性。
保持耐久性就是防止助剂的损失。
助剂的损失主要通过三条途径:
挥发、抽出和迁移。
挥发性大小取决于助剂本身的结构。
一般来讲,分子量愈小,挥发性愈大。
抽出性与助剂在不同介质中的溶解度直接相关。
要根据制品的使用环境来选择适当的助剂品种。
迁移性是指聚合物中某些助剂组分可以转移到与其接触的材料上的性质。
迁移性大小与助剂在不同聚合物中的溶解度有关,同时要求助剂应具有耐水、耐油、耐溶剂的能力。
3、助剂对加工条件的适应性
加工条件对助剂的要求,最主要是耐热性,即要求助剂在加工温度下不分解、不易挥发和升华。
对加工设备和模具不产生腐蚀作用。
同一种聚合物,由于加工成型的方法不同,所需要的助剂可能有所不同。
加工条件对助剂的要求,最主要是耐热性,即要求助剂在加工温度下不分解、不易挥发和升华。
对加工设备和模具不产生腐蚀作用。
同一种聚合物,由于加工成型的方法不同,所需要的助剂可能有所不同。
4、助剂对制品用途的适应性
制品用途往往对助剂的选择有一定的制约。
不同用途的制品对所欲采用的助剂的外观、气味、污染性、耐久性、电性能、热性能、耐候性、毒性等都有一定要求。
如浅色制品不能用易污染助剂。
特别是助剂的毒性问题,已引起人们广泛的重视,有争议的毒性助剂限制了它在食品和药物包装材料、水管、医疗器械、玩具塑料和橡胶制品上及纺织制品上的应用,各国都制定了不同的卫生标准。
5、助剂配合中的协同作用与对抗作用
一种聚合物往往同时使用多种助剂,这些助剂同时处在一个聚合物体系中,彼此之间有所影响。
如产生协同效应、加和效应、对抗效应等。
加和效应是指两种或两种以上助剂并用时,它们的总效应等于它们各自单独使用效能的加和。
协同效应是指两种或两种以上助剂并用时,它们的总效应超过它们各自单独使用效能的加和。
而对抗效应则相反,是指两种或两种以上助剂并用时,它们的总效应小于它们各自单独使用的效能或加和。
因此选择助剂配合时一定要考虑选择具有协同作用的不同助剂,而防止对抗效应产生。
根据以上的原则,结合本次设计的原料,原则了如下的助剂:
1.为了提高耐气候性,需添加抗氧剂,抗氧剂1010(四季戊四醇酯),辅抗氧剂168(亚磷酸三壬基苯酯);抗紫外线剂ZnO;`
2.因为结晶,为了增加表面光泽性,加入成核剂,叔丁基苯甲酸羟基铝(Al-PTBBA);
3.为了提高其耐冲击性,增加耐寒性,加入乙丙橡胶(epdm),加入一定量的滑石粉可起到既增韧又增刚;
4.减少加工过程中的收缩性,加入增强剂;
5.着色剂,改善外观,加入炭黑、钛菁紫;
6.在成型过程中,容易积累一定的电荷,使制品表面积灰尘,故需加入一定的防静电剂,如炭黑;
7.为了提高pp的气密性,加入一定量的阻隔剂,有机蒙脱土;
8.为了品产脱模时不损伤外形,便于脱模,加入一定量的脱模剂硅油;
9.防止在使用期间盖子降解,加入一定量的防降解剂,二氧化钛。
聚丙烯的加工流动性好,故不需加入增塑剂和润滑剂。
配方表(以质量分数为准)
原材料
基本配方/份
pp
100
ZnO
3
EPDM
10
抗氧剂1010
1
叔丁基苯甲酸羟基铝
0.5
滑石粉
20
炭黑、钛菁紫
1.5
玻璃纤维
25
有机蒙脱土
3
二氧化钛
10
辅抗氧剂168
3
脱模剂(硅油)
0.8
1.2.4原料与粒料的混合
该PP和各助剂直接由树脂厂提供,符合生产要求。
我们要做的就是把他们充分混合,配制成母料,便于下一步的生产。
通过粉碎机将原料和助剂粉碎成粉状。
原料经过除杂后,根据配方的数值称重后,进行混合。
聚丙烯树脂与其他材料,助剂或填充料,配混用设备主要是高速混合机。
目前,国应用最多的高速混合机。
高速混合机工作混合原料原理是:
高速混合机的混合室外壁空腔,先通入蒸汽,也有用电阻加热。
加热升温,然后把按配方计量的各种原料加入混合室,当混合室的搅拌桨高速旋转时,搅拌桨附近的原料由于受桨叶面摩擦力和叶片端面推力作用而随搅拌桨旋转,在高速旋转离心力作用下,这些料又被抛向混合室壁,成为连续碰壁的原料,在后来料的推力下,碰壁料沿混合室的壁上升到一定高度时,原料的重力又使它落回到混合室的中心部位,然后再被旋转的桨叶抛出。
重复原来的运动,由于混合室还设有一个折流板,它能破坏原料旋转流比较规则的运动方式,则搅乱了物料的运动方向,再由于几种料流的混合运,使原料间产生摩擦、碰撞和推挤,使这些原料间产生一定的摩擦热,另外,有时原料的配混还需要有混合室外的供热,则使混合料升温,由于这些条件的综合作用,使混合室的各种掺混材料得到均匀混合。
经混合机搅拌混合均匀的掺混料,需要经过混炼塑化后切成粒状料。
混合料的生产造粒,可采用以下工艺流程方式:
高速混合机混合均匀料→密炼机混炼塑化→开炼机混炼塑化→第二台开炼机把原料塑化均匀切片→引出片冷却→收卷,然后用切粒机切成粒状料。
开炼机是开放式炼塑机的简称。
开炼机是塑料制品生产厂应用比较早的一种混炼塑料设备。
在压延机生产线上,开炼机在压延机前,在高速混合机后,作用是把混合均匀的原料进行混炼、塑化,为压延机成型塑料薄膜提供混合炼塑较均匀的熔融料。
生产粒料或电缆料时�开炼机把高速混合机混合均匀的粉料混炼塑化成熔融态,最后压塑成片带,经冷却降温后卷取,然后由专用切粒机切成均匀粒。
经密炼机和开炼机混合好的混料,经切粒机切成所需的粒料。
切粒机开始切粒工作时,已经切成固定宽度的厚片,从切粒机的两圆辊刀间的间隙进入,两圆辊刀间,先被圆辊刀切成纵向连续不断的条形,然后由压辊夹紧条状料,牵引送入高速旋转刀处,切成有固定长度的粒料。
切好的粒料落入筛斗,把未切断的长条和连体粒筛除。
原料配混注意事项如下:
①配混料应用前应检查其含水分量是否过大。
如果原料含水
分过高�应在80℃烘箱中加热干燥处理3到8h。
②按配方要求计量后,加入高速混合机中的掺混料,在搅拌
桨1500r/min转速下混料时间为3到6min;
生产辅助设备一览表
设备名称
牌号
高速混合机
SHL-350*100(总容积*转速)
密炼机
SM-50*40(S-塑料,M-密炼机,容积*转速)
开炼机
SK-400A(S-开炼机,直径400mm)
切粒机
SJL-55
1.3生产方法选择与工艺过程设计
1.3.1生产方法选择
通过盖子外形分析,综合经济性方面的考虑,选用单螺杆注射机。
为大批量生产,采用一模多腔的结构形式。
同时考虑到塑件精度,模具结构大小,以及各种成本因素,初步定为一模二腔。
注射成型塑料制品生产特点:
1、可以一次成型各种形状比较复杂的塑料制品。
2、注射成型制品的结构和相互位置尺寸能够保证,制品表面
质量较好。
3、制品结构形状尺寸精度较高,能有较好的装配互换性。
4、注塑制品件可以标准化、规格化、系列化。
5、注塑机生产操作比较简单,成型制品用模具的调整、更新
比较方便。
注塑机能采用全自动化生产塑料制品,生产效率高。
通过以上的分析,选择往复螺杆式注射机来成型。
螺杆是螺杆往复式塑化注射型注塑机中重要零件,螺杆的结构形式选择和螺杆制造精度质量对注塑机成型制品的质量有较大影响。
螺杆各部位几何形状尺寸
①螺杆直径与注射行程 一般螺杆直径与其注射行程的比值
为3--5。
如果取大值,说明螺杆注
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