劉紅燕

（湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，湖南省衡陽市 421002）

塑料加工成型技術(shù)現(xiàn)狀及研究進(jìn)展

劉紅燕

（湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，湖南省衡陽市 421002）

綜述了塑料加工成型技術(shù)的現(xiàn)狀及研究進(jìn)展。通過優(yōu)化模壓成型工藝參數(shù)，提高了制品性能并降低了生產(chǎn)成本；共擠成型技術(shù)可生產(chǎn)用單一擠出成型技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的性能優(yōu)良的制品；注射成型在順利成型的情況下，應(yīng)盡量采用較小的注射壓力；吹塑成型可成型性能好且具有復(fù)雜起伏曲線的制品；發(fā)泡成型以生產(chǎn)高質(zhì)量的發(fā)泡制品為目標(biāo)。塑料加工成型過程中，最大限度地提高能量轉(zhuǎn)化效率是未來研究的主要發(fā)展方向。

塑料 加工成型 模壓成型 注塑成型 吹塑成型

塑料經(jīng)過成型加工過程得到有使用價(jià)值的塑料制品。根據(jù)成型材料的性質(zhì)，利用加熱、加壓、溶脹或溶解等方法使其達(dá)到可塑狀態(tài)，經(jīng)過特定的模具，得到符合要求的制品。塑料加工成型方法包括模壓成型、擠出成型、注射成型、吹塑成型等。

1 塑料加工成型方法

1.1 模壓成型

模壓成型是模塑料在閉合模腔內(nèi)借助加壓（一般還需加熱）的方法。張秀菊等［1］采用模壓成型法制備聚乳酸/細(xì)菌纖維素及其衍生物復(fù)合材料。將粉料在自制模壓模具中于170 ℃熔融，將熔融形成的坯體切成兩段，再放入模壓模具中于100℃，1.8 MPa條件下保持5 min，冷卻脫模，即得到壓實(shí)并有一定取向結(jié)構(gòu)的樣條。細(xì)菌纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，復(fù)合材料的壓縮模量可提高35%，極限壓縮模量達(dá)到了87.1 MPa。陳元芳等［2］通過正交試驗(yàn)探討了不飽和聚酯片狀模塑料（SMC）模壓成型工藝參數(shù)對制品沖擊強(qiáng)度的影響，得到了優(yōu)化的成型工藝參數(shù)：模壓溫度155 ℃，保壓時(shí)間4 min，合模時(shí)間7 s。為實(shí)際生產(chǎn)節(jié)省了時(shí)間，提高了SMC制品成型率，制品性能穩(wěn)定，降低了生產(chǎn)成本。何春霞等［3］分別采用層鋪模壓成型和混煉模壓成型制備了聚丙烯(PP)木塑復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)，與層鋪模壓成型木塑復(fù)合材料相比，混煉模壓成型木塑復(fù)合材料的力學(xué)性能和抗吸濕吸水性能較好，且復(fù)合材料的填充材料與基體混合均勻，兩相界面之間結(jié)合良好。趙佳等［4-5］在3.6 MPa的初始模壓壓力下，分別改變模壓溫度、模壓時(shí)間和冷卻方式對超高相對分子質(zhì)量聚乙烯（UHMWPE）進(jìn)行了模壓成型，研究發(fā)現(xiàn)，模壓溫度過高或模壓時(shí)間過長均會(huì)導(dǎo)致UHMWPE的結(jié)晶度降低，耐磨性能變差。

模壓成型是復(fù)合材料成型最基本的方法，能夠成型任意形狀及大小的制品，而且設(shè)備簡單、投資少。

1.2 擠出成型

擠出成型是物料在擠壓機(jī)中經(jīng)過加熱、加壓，邊塑化邊被螺桿向前推送，以流動(dòng)狀態(tài)連續(xù)通過口模成型的方法，可用于熱固性塑料的成型，也可用于泡沫塑料的成型。

趙丹陽等［6-7］研究發(fā)現(xiàn)，模具流道主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對流動(dòng)均勻性的影響由強(qiáng)到弱的順序依次為：分流角、內(nèi)筋定型段長度、壓縮角、壓縮比。根據(jù)最佳流道結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)了雙腔微管擠出模具，并驗(yàn)證了該方法的正確性和有效性。Isayev等［8］將超聲振動(dòng)引入聚醚酰亞胺/多壁碳納米管復(fù)合材料的雙螺桿擠出，研究表明：熔體經(jīng)超聲振動(dòng)處理后，多壁碳納米管在聚醚酰亞胺基體中的分散性較好；復(fù)合材料的復(fù)數(shù)黏度、儲(chǔ)能和損耗模量增加，而阻尼特性下降，拉伸強(qiáng)度和模量顯著增加。吳華等［9］利用普通單螺桿擠出機(jī)，在擠出高密度聚乙烯（HDPE）過程中，混入的CaCO3與酸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成CO2等氣體，從而連續(xù)地制備了泡孔平均直徑小且均勻分布的HDPE微泡塑料。李文斐等［10］采用β射線對聚苯醚（PPO）進(jìn)行預(yù)輻照，以產(chǎn)生的PPO大分子過氧化物作引發(fā)劑，利用反應(yīng)擠出接枝法，制備了AA接枝PPO與MAH接枝PPO。研究發(fā)現(xiàn)：隨單體用量增加，接枝率上升，但當(dāng)AA用量為PPO質(zhì)量的3%以上時(shí)，接枝率變化不明顯；接枝共聚物的接枝率隨擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速的增加而逐漸降低。袁輝等［11］采用口模內(nèi)注入潤滑油的技術(shù)擠出UHMWPE，發(fā)現(xiàn)能改變?nèi)垠w與口模的界面條件，有效地克服鯊魚皮現(xiàn)象，從而改善擠出板材的表面質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量。

共擠成型技術(shù)可生產(chǎn)用單一擠出成型技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的性能優(yōu)良的復(fù)合產(chǎn)品［12］，但共擠成型技術(shù)存在離模膨脹、熔體破裂等缺陷，國內(nèi)外學(xué)者對此開展了大量的研究工作。Liu Hesheng等［13］發(fā)現(xiàn)，“黏性包圍”程度隨著壁面滑移系數(shù)和熔體流率的增加而增大。宋衛(wèi)生［14］建立了三維等溫黏彈共擠成型流動(dòng)過程的數(shù)值模型，研究了熔體層厚對共擠成型的影響，分析了熔體層厚對擠出脹大率、偏轉(zhuǎn)變形及界面形貌的影響。結(jié)果表明，熔體層厚對擠出脹大率和界面形貌的影響較大，隨著熔體層厚的增加，擠出脹大率減?。浑S著共擠出熔體層厚差值的增大，界面形狀趨于不穩(wěn)定；熔體離開口模后產(chǎn)生低黏度熔體向高黏度熔體一側(cè)偏轉(zhuǎn)變形，但變形程度受熔體層厚的影響不大。

擠出成型可用于擠出各種形狀的制品，生產(chǎn)效率高，可自動(dòng)化、連續(xù)化生產(chǎn)。

1.3 注射成型

注射成型是將物料塑化后，由注塞或往復(fù)螺桿注射到閉合模具的模腔中形成制品的方法。用于注塑的物料須流動(dòng)性良好，才能充滿模腔，進(jìn)而得到制品，可用于大多數(shù)熱塑性塑料及部分熱固性塑料的成型。

譚文勝等［15］針對傳統(tǒng)注塑模具澆注系統(tǒng)的單澆口和多澆口控制中存在的問題，論述了塑料檢查井注塑模具熱流道單澆口閥式澆注系統(tǒng)及其應(yīng)用，經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，單澆口閥式澆注可以提高聚氯乙烯檢查井成型加工效率和降低生產(chǎn)成本。盧金重［16］采用不同的工藝條件注塑成型無規(guī)共聚透明PP，分析了成型工藝參數(shù)對制品光學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在保證制品順利成型的情況下，應(yīng)盡量采用較小的注塑壓力；注塑速率和注塑時(shí)間對制品的光學(xué)性能影響較小。

注射成型可成型形狀復(fù)雜的零件，適合大規(guī)模生產(chǎn)，但成本較高。

1.4 吹塑成型

吹塑成型是借助氣體的壓力使閉合在模具中的熱熔型坯吹脹為空心制品的方法，主要用于生產(chǎn)薄膜，各種瓶、桶、壺類容器及兒童玩具等。

近20年來，大型工業(yè)塑料件吹塑技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展迅速。張大偉［17］研究了中空容器成型工藝中影響聚乙烯制品質(zhì)量的因素，為提高中空制品的品質(zhì)以及成型技術(shù)的應(yīng)用墊定了基礎(chǔ)。控制制品的壁厚均勻性，尤其是異型容器壁厚的均勻性是中空容器成型的難題。沈曉明［18］通過調(diào)整成型工藝參數(shù)，改善了中空容器的壁厚分布均勻性。黃虹等［19］通過提高型坯形變量較小部位的溫度，以及降低形變量較大部位的溫度，有效改善制品均勻變形的程度。劉沙粒等［20］使用流體力學(xué)軟件，分別模擬了均一壁厚初始型坯和優(yōu)化的非均一壁厚初始型坯擠出吹塑帶把手高密度聚乙烯油桶的過程。結(jié)果表明：均一壁厚5.0 mm的初始型坯經(jīng)過吹脹階段后，油桶大部分壁厚都小于3.0 mm；使用軟件后處理程序?qū)τ屯靶团?次優(yōu)化后，吹塑制品壁厚均大于3.0 mm，且在第4次優(yōu)化的基礎(chǔ)上將油桶質(zhì)量從646.89 g降至642.68 g。

吹塑成型的設(shè)備造價(jià)較低，適應(yīng)性強(qiáng)，可成型性能好且可成型具有復(fù)雜起伏曲線的制品。

1.5 發(fā)泡成型

發(fā)泡成型是指在發(fā)泡材料（如聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等）中加入適當(dāng)?shù)陌l(fā)泡劑，使塑料產(chǎn)生微孔的過程。采用微孔發(fā)泡成型生產(chǎn)的制品，制品中的微孔可以鈍化原材料中的裂紋尖端，提高塑料的強(qiáng)度。

向幫龍等［21］采用具有制備周期短、工藝簡單、操作容易、成本低等優(yōu)點(diǎn)的模壓法，通過快速降溫降壓制備了薄型微孔發(fā)泡聚碳酸酯片材，研究發(fā)現(xiàn)：隨著發(fā)泡時(shí)間的延長，泡孔尺寸先增加后恒定不變，泡孔密度先增加后降低；隨發(fā)泡壓力的增加，孔尺寸快速減小后變化不大，泡孔密度先快速增加后變化較??；隨著發(fā)泡溫度的增加，泡孔尺寸快速增加，泡孔密度快速降低；隨活化比的增加，泡孔尺寸先減小后增加，泡孔密度則先增加后降低。通過控制發(fā)泡時(shí)間、發(fā)泡壓力、發(fā)泡溫度、活化比等可以控制微孔發(fā)泡聚碳酸酯的泡孔結(jié)構(gòu)。

發(fā)泡成型的問題是如何控制發(fā)泡劑的注入，使聚合物和發(fā)泡劑形成均相體系，然后釋放壓力，得到高質(zhì)量發(fā)泡制品。

2 塑料加工成型研究進(jìn)展

塑料加工成型過程中，最大限度地提高能量轉(zhuǎn)化效率是塑料加工節(jié)能降耗的關(guān)鍵。華南理工大學(xué)［22］開發(fā)的塑料動(dòng)態(tài)加工成型設(shè)備的加工熱機(jī)械歷程縮短20%以上、加工能耗降低約15%。

福建海源新材料科技有限公司［23］將一種長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料與熱塑性材料浸漬的玻璃纖維氈面層模壓而交聯(lián)成一體，增強(qiáng)了熱塑性復(fù)合材料長纖維排布的有序性，應(yīng)用于建筑模板制造，壓制成型制品的力學(xué)性能大幅提高。哈爾濱工程大學(xué)［24］將氧化石墨烯通過溶液涂覆在聚偏氟乙烯粉末粒子表面，然后將這些粉末在沒有任何氣體保護(hù)的條件下于200 ℃模壓2 h。在粉末模壓成型過程中，聚合物粉末之間的氧化石墨烯被原位還原，在復(fù)合材料基體中形成二維導(dǎo)電通道，從而使所制復(fù)合材料在低含量導(dǎo)電填料的條件下具有很高的導(dǎo)電性能。這種模壓成型和原位還原法具有簡單易行、環(huán)境友好，成本低廉的特點(diǎn)，為制備具有分離結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電復(fù)合材料提供了新途徑，具有應(yīng)用前景。

成都科之浩機(jī)械設(shè)備技術(shù)服務(wù)有限公司［25］發(fā)明了一種用于氣體輔助注射成型工藝，該工藝的特點(diǎn)是：1）對澆注系統(tǒng)澆口的填充均衡性要求不高；2）對氣道的設(shè)計(jì)精度要求較低，氣道長短和位置可根據(jù)試模狀況進(jìn)行調(diào)整。中南大學(xué)［26］公開了一種無螺桿超聲波熔融塑化聚合物微量注射成型裝置及方法，通過超聲振動(dòng)施加于聚合物顆粒過程中的摩擦生熱和黏彈性生熱作用，將固態(tài)的聚合物熔融為液態(tài)，同時(shí)超聲波在聚合物液體中的空化作用降低了表觀黏度，改善了加工過程中的短射或充填不足現(xiàn)象，能夠很好地進(jìn)行微小塑料器件的注射成型，降低了能耗和工藝的控制難度，提高了設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性。戴桂芬［27］發(fā)明了一種注射成型裝置，在熔體通過澆口經(jīng)流動(dòng)通道注人模腔后，流動(dòng)通道內(nèi)的兩個(gè)保壓活塞以同樣的頻率呈反方向推動(dòng)熔體在模腔中反復(fù)流動(dòng)，直到模腔中的熔體完全冷卻固化，通過控制保壓活塞運(yùn)動(dòng)的頻率、熔體溫度等參數(shù)，可獲得在流動(dòng)方向上性能有較大改善的注塑件，解決了厚壁制件存在的熔接痕問題，提高了制品強(qiáng)度。蘭州金浩機(jī)械制造有限公司［28］發(fā)明了一種粉末冶金注射成型工藝，解決了現(xiàn)有技術(shù)的攪拌不均勻、產(chǎn)品穩(wěn)定性差的缺陷，采用脈動(dòng)周期性振動(dòng)混合方法，解決了注射成型過程中原料的流動(dòng)性和混合性差的弱點(diǎn)，其產(chǎn)品密度高、分布均勻。北京化工大學(xué)［29］發(fā)明了一種熔體微分式注射成型機(jī)注射控制方法，主要考慮了微分系統(tǒng)入口處壓力與電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度，并對其加以控制，保證了壓力、旋轉(zhuǎn)角度的重復(fù)性，使最終制品的外觀、尺寸精度，以及質(zhì)量重復(fù)精度提高。LG電子株式會(huì)社［30］發(fā)明了一種用于注射成型的壓模方法，該方法可防止在壓模上形成刮痕，并且即使在其上形成有微型圖案的金屬壓模被制造完成后，壓模也會(huì)因?yàn)橛捕雀叨哂袠O好的耐久性。浙江申達(dá)機(jī)器制造股份有限公司［31］發(fā)明了一種雙模同步注射成型機(jī)，可以同步同時(shí)完成兩模制品，也可以根據(jù)實(shí)際需要分別控制兩套模具，極大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了制造成本、能量損耗和安裝空間。蘇州米莫金屬科技有限公司［22］提供了一種注射成型機(jī)用自鎖式噴嘴，通過驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)閥頭封堵或者遠(yuǎn)離噴射口來實(shí)現(xiàn)噴嘴的自鎖，在注射和保壓工序下，開啟噴射口，熔料自熔體流道經(jīng)噴射口注射至模腔中，在預(yù)塑和未注射工序下，關(guān)閉噴射口，熔料不會(huì)從噴射口中流出，從而解決了“流涎”問題，以及噴射口堵塞問題。

3 結(jié)語

模壓成型是復(fù)合材料成型最基本的方法，通過優(yōu)化成型工藝參數(shù)，可節(jié)省時(shí)間，提高制品成型率及性能，降低生產(chǎn)成本；擠出成型可擠出各種形狀的制品，共擠成型技術(shù)可生產(chǎn)用單一擠出成型技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的性能優(yōu)良的復(fù)合制品；注射成型過程中，在保證制品順利成型的情況下，應(yīng)盡量采用較小的注塑壓力；吹塑成型設(shè)備造價(jià)低，適應(yīng)性強(qiáng)，可成型性能好且具有復(fù)雜起伏曲線的制品；發(fā)泡成型以生產(chǎn)高質(zhì)量的發(fā)泡制品為目標(biāo)。塑料加工成型過程中，提高傳熱傳質(zhì)效率、縮短熱機(jī)械作用歷程是節(jié)能降耗的關(guān)鍵，加大對聚合物加工成型技術(shù)的研究力度，促進(jìn)聚合物加工成型技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，是未來研究的主要發(fā)展方向。

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Situation and research development of plastics processing technology

Liu Hongyan
（Hunan Financial amp; Industrial Vocational-Technical College， Hengyang 421002， China）

This paper reviews the situation and research development of plastic processing technology. The production properties are improved and the producing costs are lower through optimizing compression molding process parameters. Coextrusion molding technology produces products with good performance which could not produced with single molding extrusion technology.When the injection molding succeeds small pressure should be applied. Blow molding can make product with good molding performances in complicated in fluctuant curve.The aim of foam molding process is to produce high quality foam product. Gaining highest energy conversion efficiency in platics processing is the research direction in the furture.

plastic； process molding； compression molding； injection molding； foam molding

TQ 325

A

1002-1396(2017)06-0093-04

2017-08-26；

2017-09-25。

劉紅燕，女，1979年生，碩士，副教授，主要從事模具設(shè)計(jì)、模具制造、機(jī)械制造研究。E-mail：652676264@qq.com。