塑料工艺设计橡胶硫化测试.docx
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塑料工艺设计橡胶硫化测试
专业方向课程设计
题目：
注塑工艺设计，橡胶混炼与硫化工艺设计
学院：
化学化工学院
专业:
高分子材料与工程班级:
1102学号:
201106190231
学生姓名蒋滔
导师姓名：
黄先威刘拥君刘艳丽
完成日期：
2014年5月17日
课程设计任务书
学院：
化学化工学院专业：
高分子材料与工程班级：
1102
姓名：
蒋滔同组人员姓名：
一．课程设计题目：
注塑工艺设计，橡胶混炼与硫化工艺设计
二．课程设计内容及设计要求：
1.查阅文献资料，了解注塑机、开炼机的结构及操作规程，了解注塑、橡胶混炼与硫化的原理及参数，设计实验方案；
2.以聚乙烯、聚丙烯为原料，采用注塑机分别制备条状和扁平状测试样品，设计注塑基本工艺条件，在实验过程中更换原料或模具，对注塑参数进行调试，观察实验现象、作好实验的详细真实记录并及时小结分析；
3.以天然橡胶、丁苯橡胶为主要原料，采用开炼机进行塑炼和混炼加工，设计混炼配方与工艺条件，并用无转子硫化仪对其硫化性能进行测试，设计硫化工艺，并对其硫化曲线进行分析和总结；
4.归纳、分析总结实验研究数据，撰写课程设计报告。
三．课程设计时间安排：
5月12日至5月16日
第1天查阅文献，设计工艺参数；
第2天塑料注塑工艺；
第3-4天橡胶开炼机混炼、硫化工艺；
第5天撰写设计报告。
四．主要参考资料：
指导教师：
黄先威刘拥君刘艳丽
教研室主任：
黄先威
教学副院长：
陈建芳
2014年5月8日
一、前言-------------------------------------------------------------------1
二、注塑工艺设计-----------------------------------------------------------2
1.注塑机----------------------------------------------------------------------------------------------2
1.1注塑机的结构和功能----------------------------------------------------------------------2
1.2注塑机的工作原理和操作过程----------------------------------------------------------3
2.热塑性塑料注射成型常见问题及原因-------------------------------------------------------5
3.PE注塑成型工艺----------------------------------------------------------------------------------6
3.1PE的特点-----------------------------------------------------------------------------------6
3.2注塑机操作过程----------------------------------------------------------------------------6
3.3PE试样数据分析---------------------------------------------------------------------------6
3.4PE制品图样---------------------------------------------------------------------------------9
4.PP注塑成型工艺-------------------------------------------------------------------------------10
4.1PP的特点-----------------------------------------------------------------------------------10
4.2注塑几操作过程---------------------------------------------------------------------------10
4.3PP试样数据分析--------------------------------------------------------------------------10
4.4PP制品图样-------------------------------------------------------------------------------12
5.结论-----------------------------------------------------------------------------------------------13
三、橡胶混炼--------------------------------------------------------------------------------------------14
1开炼机-------------------------------------------------------------------------------------------14
1.1开炼机的结构和功能----------------------------------------------------------------------14
1.2开炼机的工作原理和操作过-----------------------------------------------------------15
2开炼机混炼工艺和硫化工艺----------------------------------------------------------------15
3丁苯橡胶的混炼------------------------------------------------------------------------------16
4天然橡胶的混炼-------------------------------------------------------------------------------17
四、总结与讨论----------------------------------------------------------------------------------------18
五、参考文献-------------------------------------------------------------------------------------------19
一、前言
加工工艺设计实践性教学对我们工科学生来说是一堂非常有意义的课，通过实践来。
促进我们理论知识的掌握，同时学生自己去操作机器还加强了我们的动手能力，观察力， 提高同学们的共同解决问题的思维能力，在学校的实验我们可以初步了解加工成型的工艺方法，对工艺参数的调整有了更为实际的了解。
为我们走出社会积累经验。
实验的成功还增加了同学们的兴趣以及学生在操作中的求知欲望，利于同学们对自己专业有更深的了解。
本次的实验操作是利用注塑机对聚乙烯和开炼机对丁苯橡胶和天然橡胶进行混炼及其用无转子硫化仪测定其硫化过程。
学会在操作中怎样优化注塑工艺条件，并在设计过程中掌握设备问题的解决能力，选定最理想的方案和合理的设计工艺条件是我们的主要内容。
塑料的注射成型又称注射模塑，是高分子材料成型加工中一种重要的方法。
它的特点是成型周期短，生产效率高，能一次成型外形复杂、尺寸精良的制品，成型适应性强，制品种类繁多，而且容易实现生产自动化，因此应用十分广泛。
随着石油工业的发展，塑料的成型技术有了很大的发展，尤其的在塑料作为工程材料的出现注塑制品的用途一扩大到国民经济的各个领域目前注塑制品约占塑料制品的30%，而工程塑料制品已经有80%采用注射成型，注塑成成型仍有较大的发展前景。
二、注塑工艺设计
1、注塑机
注射机（又名注塑机）是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。
注射成型是通过注塑机和模具来实现的。
1.1注塑机的结构和功能
注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传达动系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。
其结构如下图所示
（1）注塑系统
注射系统的作用：
注射系统是注塑机最主要的组成部分之一，一般有柱塞式、螺杆式、螺杆预塑柱塞注射式3种主要形式。
目前应用最广泛的是螺杆式。
其作用是，在注塑料机的一个循环中，能在规定的时间内将一定数量的塑料加热塑化后，在一定的压力和速度下，通过螺杆将熔融塑料注入模具型腔中。
注射结束后，对注射到模腔中的熔料保持定型。
注射系统的组成：
注射系统由塑化装置和动力传递装置组成。
螺杆式注塑机塑化装置主要由加料装置、料筒、螺杆、射咀部分组成。
动力传递装置包括注射油缸、注射座移动油缸以及螺杆驱动装置（熔胶马达）
（2）合模系统
合模系统的作用：
合模系统的作用是保证模具闭合、开启及顶出制品。
同时，在模具闭合后，供给予模具足够的锁模力，以抵抗熔融塑料进入模腔产生的模腔压力，防止模具开缝，造成制品的不良现状。
合模系统的组成：
合模系统主要由合模装置、调模机构、顶出机构、前后固定模板、移动模板、合模油缸和安全保护机构组成。
（3）液压系统
液压传动系统的作用是实现注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足注塑机各部分所需压力、速度、温度等的要求。
它主要由各自种液压元件和液压辅助元件所组成，其中油泵和电机是注塑机的动力来源。
各种阀控制油液压力和流量，从而满足注射成型工艺各项要求。
（4）电气控制系统
电气控制系统与液压系统合理配合，可实现注射机的工艺过程要求（压力、温度、速度、时间）和各种程序动作。
主要由电器、电子元件、仪表、加热器、传感器等组成。
一般有四种控制方式，手动、半自动、全自动、调整。
（5）加热/冷却系统
加热系统是用来加热料筒及注射喷嘴的，注塑机料筒一般采用电热圈作为加热装置，安装在料筒的外部，并用热电偶分段检测。
热量通过筒壁导热为物料塑化提供热源；冷却系统主要是用来冷却油温，油温过高会引起多种故障出现所以油温必须加以控制。
另一处需要冷却的位置在料管下料口附近，防止原料在下料口熔化，导致原料不能正常下料。
（6）润滑系统
润滑系统是注塑机的动模板、调模装置、连杆机铰等处有相对运动的部位提供润滑条件的回路，以便减少能耗和提高零件寿命，润滑可以是定期的手动润滑，也可以是自动电动润滑。
（7）安全保护与监测系统
注塑机的安全装置主要是用来保护人、机安全的装置。
主要由安全门、液压阀、限位开关、光电检测元件等组成，实现电气——机械——液压的联锁保护。
监测系统主要对注塑机的油温、料温、系统超载，以及工艺和设备故障进行监测，发现异常情况进行指示或报警。
1.2注塑机的工作原理和操作过程
注塑机的工作原理：
与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。
注塑成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：
定量加料—熔融塑化—施压注射—充模冷却—启模取件。
取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。
注射模具安装在注射机的动模板和定模板上，由锁模装置合模并锁紧，塑料在料筒内加热呈熔融状态，由注射装置将塑料熔体注入型腔内，塑料制品固化冷却后由锁模装置开模，并由推出装置将制品推出。
注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制系统操作和液压系统操作三个方面。
分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出型式的选择，料筒各段温度的监控，注射压力和背压压力的调节等。
一般螺杆式注塑机的成型工艺过程是：
首先将粒状或粉状塑料加入机筒内，并通过螺杆的旋转和机筒外壁加热使塑料成为熔融状态，然后机器进行合模和注射座前移，接着向注射缸通人压力油，使螺杆向前推进，从而以很高的压力和较快的速度将熔料注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间和压力保持（又称保压）、冷却，使其固化成型，便可开模取出制品。
注塑成型的基本要求是塑化、注射和成型。
塑化是实现和保证成型制品质量的前提，而为满足成型的要求，注射必须保证有足够的压力和速度。
同时，由于注射压力很高，相应地在模腔中产生很高的压力，因此必须有足够大的合模力。
由此可见，注射装置和合模装置是注塑机的关键部件。
2、热塑性塑料注射成型常见问题及原因
1.制品填充不足
1）料桶，喷嘴及模具的温度偏低2）加料量不足3）料桶内的剩料太多4）注射压力太小5）注射速度太慢6）流道和浇口尺寸太小，浇口数量不够，切浇口位置不恰当7）型腔排气不良8）注射时间太短9）浇注系统发生堵塞1）塑料的流动性太差。
2.制品有溢边
1）料桶，喷嘴及模具温度太高2）注射压力太大，锁模力太小3）模具密合不严，有杂物或模板已变形4）型腔排气不良5）塑料的流动性太好6）加料量过大。
3.制品有气泡
1）塑料干燥不够，含有水分2）塑料有分解3）注射速度太快4）注射压力太小5）麻烦温太底，充模不完全6）模具排气不良7）从加料端带入空气。
4.制品凹陷
1）加料量不足2）料温太高3）制品壁厚与壁厚相差过大4）注射和保压的时间太短5）注射压力太小6）注射速度太快7）浇口位置不恰当。
5.制品有明显的熔合纹
1）料温太低，塑料的流动性差2）注射压力太小3）注射速度太慢4）模温太低5）型腔排气不良6）塑料受到污染。
6.制品的表面有银丝及波纹
1）塑料含有水分和挥发物2）料温太高或太低3）注射压力太小4）流道和浇口的尺寸太大5）嵌件未预热回温度太低6）制品内应力太大。
7.制品的表面有黑点及条纹
1）塑料有分解2）螺杆的速度太快，背压力太大3）喷嘴与主流道吻合不好，产生积料4）模具排气不良5）塑料受污染或带进杂物6）塑料的颗粒大小不均匀。
8.制品翘曲变形
1）模具温度太高，冷却时间不够2）制品厚薄悬殊3）浇口位置不恰当，切浇口数量不合适4）推出位置不恰当，且受力不均5）塑料分子定向作用太大。
9.制品的尺寸不稳定
1）加料量不稳定2）塑料的确颗粒大小不均匀3）料桶和喷嘴的温度太高4）注射压力太小5）充模和保压的时间不够6）浇口和流道的尺寸不恰当7）模具的设计尺寸不恰当8）模具的设计尺寸不准确9）推杆变形或磨损10）注射机的电气，液压系统不稳定。
10.制品粘模
1）注射压力太大，注射时间太长2）模具温度太高3）浇口尺寸太大，且浇口位置不恰当。
3、PE注塑成型工艺
3.1PE的特点
由于聚乙烯是结晶聚合物，其熔融时结晶品核还需要吸收一部分热量，故所选用的机筒温度通常高于熔点数十度。
模具的温度对制品结晶状况有较大的影响，温度高、熔体冷却速度慢，制品的结晶度便高，制品强度高，但是制品的收缩率会随着温度的增高而增大，易产生内应力及变形，因此需按高低密度情况不同确定模具温度，通常LDPE模具温度在30～45℃,而HDPE相应再提高10～20℃。
注射压力选取主要是考虑流动状况，一般情况聚乙烯在熔融状态下具有较好的流动性，因此除薄壁细长的制品外，尽量选择低的注射压力，一般60～80MPa
3.2注塑机操作过程
1、成型前准备包括
（1）原料的处理、
（2）料筒的清理、（3）嵌件的预热、（4）脱模剂的选用
2、注射成型过程：
加料塑化、注射冲模、保压、冷却、脱模
3、制品后处理：
注射成型的制品，常常要进行适当的厚处理，以提高其使用性能。
包括
（1）热处理,
（2）调湿处理,（3）整修
3.3试样数据与分析
第一组实验参数
①温度
温度
喷嘴
一段
二段
三段
四段
五段
实际
230
241
245
230
35
35
设定
245
245
245
230
50
50
上限
+30
+30
+30
+30
+30
+30
下限
-30
-3
-30
-30
-30
-30
②注射压力
注射
四段
三段
二段
一段
压力bar
75
65
125
125
流量（％）
35
35
75
80
时间（s）
0.0
0.0
1.5
1.5
③保压压力
保压
三段
二段
一段
压力bar
35
55
75
流量（％）
25
39
65
时间（s）
0.0
0.0
4.0
第一组数据是厚度较小片状模型且工艺参数调好的情况下生产出的产品。
产品外观都很好，是个完好的产品。
第二组实验参数
①温度
温度
喷嘴
一段
二段
三段
四段
五段
实际
236
237
214
35
35
设定
235
235
235
210
50
50
上限
+30
+30
+30
+30
+30
+30
下限
-30
-3
-30
-30
-30
-30
②注射压力
注射
四段
三段
二段
一段
压力bar
65
65
105
105
流量（％）
35
35
65
70
时间（s）
0.0
0.0
1.5
1.5
③保压压力
保压
三段
二段
一段
压力bar
35
55
65
流量（％）
25
39
55
时间（s）
0.0
0.0
4.0
第二组数据是在模具厚度变厚其工艺参数不变的情况下生产出的产品，有明显的溢出现象，其原因在于薄的制品要求其流动性好，一旦换为厚模具时，由于其流动性好，容易溢出模具。
第三组实验参数
①温度
温度
喷嘴
一段
二段
三段
四段
五段
实际
225
226
231
218
35
35
设定
230
230
230
200
50
50
上限
+30
+30
+30
+30
+30
+30
下限
-30
-3
-30
-30
-30
-30
②注射压力
注射
四段
三段
二段
一段
压力bar
65
65
90
90
流量（％）
35
35
45
50
时间（s）
0.0
0.0
1.5
1.5
③保压压力
保压
三段
二段
一段
压力bar
35
55
45
流量（％）
25
39
50
时间（s）
0.0
0.0
4.0
第三组数据是通过降低温度和注射压力，制品大小有较小的变化，还需调整工艺参数。
第四组实验参数
①温度
温度
喷嘴
一段
二段
三段
四段
五段
实际
213
218
216
209
35
35
设定
230
230
230
200
50
50
上限
+30
+30
+30
+30
+30
+30
下限
-30
-3
-30
-30
-30
-30
②注射压力
注射
四段
三段
二段
一段
压力bar
65
65
80
80
流量（％）
35
35
45
500
时间（s）
0.0
0.0
1.5
1.5
③保压压力
保压
三段
二段
一段
压力bar
35
55
40
流量（％）
25
39
50
时间（s）
0.0
0.0
4.0
第四组数据是通过继续降低温度和注射压力，制品有一定的变小。
第五组实验参数
①温度
温度
喷嘴
一段
二段
三段
四段
五段
实际
213
218
216
209
35
35
设定
230
230
230
200
50
50
上限
+30
+30
+30
+30
+30
+30
下限
-30
-3
-30
-30
-30
-30
②注射压力
注射
四段
三段
二段
一段
压力bar
65
65
75
75
流量（％）
35
35
50
45
时间（s）
0.0
0.0
1.5
1.5
③保压压力
保压
三段
二段
一段
压力bar
35
55
40
流量（％）
25
39
50
时间（s）
0.0
0.0
4.0
第五组数据是通过降低流量和注射压力，制品有了一定的改善。
第六组实验参数
①温度
温度
喷嘴
一段
二段
三段
四段
五段
实际
213
218
216
209
35
35
设定
235
235
235
210
50
50
上限
+30
+30
+30
+30
+30
+30
下限
-30
-30
-30
-30
-30
-30
②注射压力
注射
四段
三段
二段
一段
压力bar
65
65
72
72
流量（％）
35
35
45
50
时间（s）
0.0
0.0
1.5
1.5
③保压压力
保压
三段
二段
一段
压力bar
35
55
36
流量（％）
25
39
50
时间（s）
0.0
0.0
4.0
第六组数据是通过降低流量，样品边缘有微量变化。
制品比较完美
3.4PE制品图样
从左至右、从上至下依次给样品编号为1、2、3、4、5、6
4、PP注塑成型工艺
4.1PP的特点
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℃范围内。
PP熔体能穿越很窄的模具缝隙而出现披锋。
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
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