本章教學學時：2
本章重點介紹塑料成形工藝及橡膠成形工藝方法。要求學生掌握塑料的型別及應用；塑料的成形方法；掌握橡膠的組成、常用橡膠的型別及應用；了解橡膠加工的工藝過程；橡膠的成形方法。
本章教學方式: 課堂授課只給出整體的概念，其餘安排學生自學。
本章主要內容：
第一節高分子材料成形原理（安排自學）
第二節塑料成形工藝
一、塑料的組成
塑料是由樹脂和新增劑組成。
1. 樹脂塑料中的樹脂主要是合成樹脂，是塑料的主要成分，起膠粘劑作用，其特性不僅決定塑料的型別(熱固性或熱塑性)，還決定塑料的效能。因此，絕大多數塑料是以所用樹脂命名。
樹脂含量約為30％～70％。
2. 新增劑主要包括一些用來改善使用效能和工藝效能的填充劑、增塑劑、穩定劑、潤滑劑、染料、固化劑等。
（1）填充劑又稱填料，其作用是調整塑料的物理化學效能，提高材料強度，擴大使用範圍以及減少合成樹脂的用量，降低塑料成本。
（2） 增塑劑是增加樹脂塑性和柔韌性的新增劑，也可以降低塑料的軟化溫度，使其便於加工成型。
二、塑料的效能
1. 物理效能
(1)密度小塑料的密度均較小，一般為0.9~2.0g／cm3，相當於鋼密度的1／4~1／7，可以大大降低零部件的重量。
(2)熱學效能塑料的熱導率較小，一般為金屬的1／500~1／600，所以具有良好的絕熱性。但塑料的熱膨脹係數比較大，是鋼的3～10倍，所以塑料零件的尺寸精度不夠穩定。
(3)耐熱性由於塑料遇熱易老化、分解，故其耐熱性較差，大多數塑料只能在100°c左右長期使用。
(4)絕緣性由於塑料分子的化學鍵為共價鍵，不能電離，沒有自由電子，因此是良好的電絕緣體。當塑料的組分變化時，電絕緣性也隨之變化。如塑料由於填充劑、增塑劑的加入都使電絕緣性降低。
2. 化學效能
塑料的化學效能主要是指塑料的耐蝕性。由於塑料大分子鏈是共價鍵結合，不存在自由電子或離子，不發生電化學過程，其化學穩定性很高，能耐酸、鹼、油、水及大氣等物質的侵蝕。
3. 力學效能
(1)強度、剛度和韌性塑料的強度、剛度和韌性都很低，如45鋼正火σb為700～800mpa，塑料的σb為30~150mpa，剛度僅為金屬的1／10。
(2)蠕變與應力鬆弛塑料在外力作用下表現出的是一種粘彈性的力學特徵，即形變與外力不同步。粘彈性可在應力保持恆定條件下，導致應變隨時間的發展而增加，這種現象稱為蠕變。不同的塑料在相同溫度下抗蠕變的效能差別很大，機械零件應選用蠕變較小的塑料。
粘彈性也可在應變保持恆定的條件下導致應力的不斷降低，這種現象稱應力鬆弛。
(3)減摩性塑料的硬度雖低於金屬，但摩擦係數小。
4．塑料的成形工藝效能
(1)收縮性塑件自模具中取出冷卻到室溫後，發生尺寸收縮的特性稱收縮性。
(2)流動性塑料在一定的溫度和壓力下填充模具型腔的能力稱為流動性。
(3)熱敏性熱敏性是指某些熱穩定性差的塑料，在料溫高和受熱時間長的情況下就會產生降解、分解、變色的特性，具有這種特性的塑料叫做熱敏性塑料。
(4)吸水性塑料吸收水分的性質稱為吸水性。
(5)硬化特性硬化特性是熱固性塑料特有的效能，專指熱固性塑料的交聯反應。
三、塑料的分類
1.根據塑料中樹脂的分子結構及熱效能不同，將塑料分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩類。
(1)熱塑性塑料也稱熱熔性塑料，常用的有聚氯乙烯、聚苯乙烯、abs、有機玻璃、尼龍等塑料。
(2)熱固性塑料常用的熱固性塑料有酚醛塑料、氨基塑料、環氧樹脂塑料、呋喃樹脂、有機矽塑料、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯、矽酮塑料等。
2. 根據塑料效能及用途，常把塑料分為通用塑料、工程塑料、增強塑料和特殊塑料等。
四、塑料成形工藝
塑料成形的工藝過程包括塑料成形和塑料加工。
1. 塑料成形方法
(1)注射成形又稱注塑成形，其原理是將顆粒狀態或粉狀塑料從注射機的料斗送進加熱的料筒中，經過加熱熔融塑化成為粘流態熔體，在注射機柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過噴嘴注入模具型腔，經一定時間的保壓冷卻定型後可保持模具型腔所賦予的形狀，然後開模分型獲得成形塑件。這樣就完成了一次注射工作迴圈，如圖8-6所示。注射成形是在專門的注射機上進行，圖8-7所示為螺桿式注射機結構示意圖。
注射成形是熱塑性塑料主要成形方法之一，適用於幾乎所有品種的熱塑性塑料和部分熱固性塑料。此法生產率很高，可以實現高度機械化、自動化生產，製品尺寸精確，可以生產形狀複雜、壁薄和帶金屬嵌件的塑料製品，適用於大批量生產。目前注塑製品產量約佔塑料製品總產量的20％～30％。
(2) 壓塑成形又稱壓縮成形、模壓成形、壓制成形等，基本原理是將粉狀、粒狀或片狀塑料放在金屬模具中加熱軟化熔融，在壓力下充滿模具成型，塑料中的高分子產生交聯反應而固化轉變成為具有一定形狀和尺寸的塑料製件。其成形過程如圖8-8所示。
壓塑成形主要用於熱固性塑料，也可用於熱塑性塑料，如聚四氟乙烯。與注射成形相比，壓塑成形可採用普通液壓機，模具結構簡單，可成形流動性很差的物料及大面積的薄壁製品。此外，壓塑成形件內部取向組織少，塑件成形收縮率小以及製品效能均勻。
但其成形周期長，生產效率低、勞動強度大，塑件精度難以控制，模具壽命短，不易實現自動化生產。壓塑成形特別適用於形狀複雜的或帶有複雜嵌件的製品，如電器零件、儀表殼、電閘板、電器開關、插座或生活用具等。
(3) 擠出成形又稱擠塑成形，它是使加熱或未經加熱的塑料借助螺桿的旋轉推進力通過模孔連續地擠出，經冷卻凝固而成為具有恆定截面的連續成形製品的方法。擠出成形用於熱塑性塑料型材的生產，如管材、板材、薄膜、各種異型斷面型材、電線電纜包覆物和中空製品等，還常用於物料的塑煉和著色等。圖8-9為管材擠出成形原理示意圖。
擠出成形生產過程連續，生產效率高，工藝適應性強，裝置結構簡單，操作方便，用途廣，成本低，塑件內部組織均衡緊密，尺寸比較穩定準確，但製品斷面形狀較簡單且精度較低，一般需經二次加工才製成零件。目前擠出製品約佔熱塑製品生產的40％-50％。
(4)壓延成形使加熱塑化的物料通過一系列相向旋轉的輥筒之間，受擠壓和延展作用成為平面狀連續材料的成形方法。壓延成形生產效率高、產品***，且可直接製出各種花紋和圖案。但其裝置龐雜、維修複雜，且製品寬度受限制。
壓延成形可用於各類熱塑性塑料，主要產品有薄膜、片材和人造革等。
此外，還有吹塑、層壓、真空成形、模壓燒結等成形方法，以適應不同品種塑料和製品的需要。
2．塑料加工塑料加工是塑料成形後的再加工，亦稱二次加工，是將成形後的塑件通過適當的工藝方法製成製品。
(1)機械加工即採用鑽、磨、銑、車削等機械加工方法的二次加工操作。
(2) 連線加工即採用熱熔粘接(焊接)、粘接、機械連線等方法，使塑料型材或零件固定在一起的二次加工操作。
(3) 表面處理即對塑料製品表層進行修整和裝飾，以改變塑料零件的表面性質，提高其抗老化、耐腐蝕能力的二次加工方法，也可起著色裝飾作用。
五、塑料件的結構工藝性
1．形狀塑件的內外表面形狀應在滿足使用要求的情況下盡可能易於成形，避免側孔與側凹，防止使用側抽芯或瓣合模而使模具結構複雜，製造成本提高，增加塑件的修整量。
如圖8-14所示為防止採用側抽芯或瓣合分型模具的設計。
2．壁厚塑件的壁厚應適當和均勻：壁厚過小難以滿足使用時的強度及剛度要求，熔體充滿型腔時流動阻力大，易出現缺料現象，大型複雜塑件難以充滿型腔；壁太厚塑件內部會產生氣泡，外部易產生凹陷等缺陷；壁厚不均將造成收縮不一致，導致塑件變形或翹曲。如圖8-15所示。
表8-2為常用工程塑料壁厚參考值。
塑件壁厚通常取1~6mm，製品尺寸大時取較大值，大型塑件的壁厚可達8mm。同一塑件的壁厚應盡可能一致，不同壁厚的比例不應超過1:3。
3．脫模斜度為了便於脫模和抽芯，防止塑件表面在脫模時劃傷，塑件與脫模方向平行的內、外表面應具有合理的脫模斜度，如圖8-16所示。
4．加強筋加強筋的主要作用是加強塑件的強度和剛度，避免塑件變形翹曲，如圖8-17所示。合理布置加強筋還可以改善充模狀況，減少塑件內應力，避免氣孔、縮孔和凹陷等缺陷。
此外，筋的方向盡可能與料流方向一致，布局應合理，以減小變形和開裂（圖8-18）。
5．薄殼狀的寬底容器的底部剛度較差，應設計成球面或拱形面，以增加剛性和減少翹曲變形，如圖8-19所示。對於薄壁容器的邊緣，可按圖8-20所示設計來增加剛性和減少變形。
6．圓角在塑件的內外表面轉彎處應採用圓角過渡，以減少應力集中，或在受力或衝擊振動時發生破裂。如圖8-21b所示。，改為圓角過渡後，不僅避免應力集中，提高了強度，而且塑料成形美觀，也有利於塑料充模時的流動。
圓角半徑的大小主要取決於塑件的壁厚，如圖8-22所示。
7．孔塑件上常見的孔有通孔、不通孔、異形孔。在設計孔的位置時，應盡量不削弱塑件的強度，增加模具製造的複雜性。孔與孔之間、孔與壁之間應留有足夠的距離。
當兩孔直徑不一樣時，按小的孔徑取值。表8-3為熱固性塑件兩孔之間及孔與邊緣之間的關係，熱塑性塑料兩孔之間及孔與邊緣之間的關係可按表8-3中所列數值的75％確定。
8．螺紋塑件上的螺紋可以直接用模具成形，也可以用機械加工成形。螺紋直徑不宜過小，螺紋的配合長度一般不大於8～10牙。為了增加塑件螺紋的強度，防止螺孔最外圈螺紋崩裂或變形，同時也方便螺紋的擰入，螺紋的始端和末端均不應突然開始和結束，在螺孔始端應留有0.
2~0.8mm的凹臺，如圖8-23所示。
高分子材料
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高分子材料基礎
思考題1 簡要說明材料與物質的區別 具有滿足指定工作條件下使用要求的形態和物理性狀的物質稱為材料。2 舉例說明材料的主要類別 化學組成 金屬材料,無機材料,高分子材料,複合材料 3 舉例說明功能材料與結構材料 功能高分子材料有三大類 1，物理功能高分子材料 導電高分子 高分子半導體 光導電高分子 壓...