4.1.1工程塑料的成形
4.1.1.1塑料的组成
工程塑料是由树脂和添加剂这两种物质构成的，它们在工程技术领域有着广泛的应用，并且以其优异的性能而著称。
1.树脂
树脂，这种物质在加热后会变软并熔化，在外力影响下也具备流动性或流动趋势。它是构成塑料性能及适用范围的关键成分，在塑料内部起到粘合作用，将各种添加剂紧密结合成一个整体。
2.添加剂
添加剂，顾名思义，是为了调整塑料特定特性而特别添加的成分。诸如填料（亦称添充剂）、增塑剂、稳定剂、润滑剂、固化剂（亦称为硬化剂或交联剂）、抗静电剂、着色剂等，都是常见的添加剂类型。在这些添加剂中，填料占据了塑料结构的重要位置，其主要功能在于调整塑料的物理和化学性质，增强其强度，拓宽其应用领域。此外，填料的使用还能有效减少合成树脂的用量，从而降低塑料的整体成本。增塑剂的主要功能在于增强树脂的塑形能力。当增塑剂被添加其中，大分子链之间便会有低分子物质的存在，这削弱了分子间的相互作用，进而使得塑料的软化点下降，同时提升了其塑形性、柔韧性和弹性，减少了塑料的硬度和脆性；然而，这一过程也带来了塑料强度和耐热性的下降。此外，稳定剂也被称为防老化剂。稳定剂能够有效减轻外界因素对高分子材料老化的影响，并增强高分子链结构的稳固性。润滑剂在塑料加工成型过程中，主要起到便于脱模和确保产品表面光滑的作用。固化剂的主要功能是在加热成型过程中，将热塑性线型高分子材料交联成网状结构，并使其固化硬化。抗静电剂能够消除静电带来的不利影响。着色剂则常被用于对塑料制品进行装饰。
4.1.1.2塑料制件的成形
1.注射成形
注射成型，亦称注塑成型。此技术主要针对热塑性塑料及部分流动性佳的热固性塑料进行成型，能够制造出形状复杂、尺寸精准、壁薄且带有金属嵌件的大、中、小型零件，重量范围从几克至数千克甚至数十千克不等。注塑成型具备生产周期短、效率高、便于自动化生产以及适应性强等显著优势。此外，注射成形制品的一致性较好，几乎不需要进一步加工。
图4-1注塑生产示意图
a）螺杆后退，物料自料斗进入机筒被熔融塑化，同时模具闭合
b）螺杆推进，将熔融物料送入模具内部；c）螺杆回撤，模具展开，成品得以取出。
模具、制品、模腔、喷嘴、加热套、机筒、螺杆、料斗。
注塑加工领域，注塑机占据核心地位，其类型多样，依据外观可划分为立式、卧式以及直角式；而按照注射方式的不同，又可细分为往复螺杆式和柱塞式，其中往复螺杆式应用最为广泛。注塑机结构复杂，主要由液压传动系统、自动控制系统以及料斗、料筒、加热器、喷嘴、模具和螺杆等部件组成。将颗粒或粉末状的塑料原料投入料斗，依靠重力与螺旋推动，原料进入料筒，随后在料筒内被加热至可流动状态，进而以高压和高速通过喷嘴注入预先设定的封闭模具中，经过一段时间的冷却、定型、固化成型，最后开启模具，取出成品。图4-1展示了注塑生产的流程图。
注塑工艺过程包括：成形前的准备、注射过程、后处理等。
在产品成型之前，必须完成一系列准备工作，这包括对原料进行严格检验、对原料进行染色处理并造粒、对原料进行预热和干燥作业、对嵌件进行预热并妥善安置、进行试模操作、清洗料筒以及进行试车等步骤。
注射步骤涵盖了加料、塑化、实际注射、冷却以及脱模等多个环节。在此过程中，熔融物质由柱塞或螺杆推动，移至料筒前端并注入模具。随着熔融物质在模具内冷却并收缩，柱塞或螺杆持续维持加压状态，确保浇口和喷嘴区域的熔融物质持续补充进入模具（即补塑）。这样，模腔内的塑料得以形成形状完整且密度均匀的成品，此阶段被称作“保压”。移除料筒中塑料所承受的压力，并引入水、油或空气等冷却介质，以此对模具进行更深层次的降温，此过程被称作“冷却”。当产品降至规定温度，便可通过人工或机械方式将其从模具中取出。
制品的后处理主要包括退火和调湿两个环节。退火过程涉及将制品置于恒定温度的液体介质或热空气循环箱内，保持一定时间的静止状态。通常，退火温度需比制品的使用温度高出10至20摄氏度，同时应低于塑料的热变形温度10至20摄氏度；而退火所需的时间则根据制品的厚度来决定。完成退火后，还需让制品缓慢冷却至环境温度。调湿作业的目的是使产品在特定湿度条件下吸收适量的水分，从而确保其尺寸的稳定性，防止在使用阶段因水分吸收而导致形状变化。
2.挤出成形
挤塑成形，亦称挤塑成形技术，通过挤出机对热塑性塑料进行连续加工，制造出各种不同截面的产品。这一技术广泛应用于塑料板材、管材、棒材、薄膜、丝线、型材以及涂层制品的生产。目前，挤塑制品在热塑性塑料制品市场中所占比例高达40%至50%。除此之外，挤塑工艺亦被应用于某些热固性塑料以及复合材料的制造。挤塑技术以其高效的生产能力、广泛的应用领域、良好的适应性、低廉的设备成本以及浇口、浇道和毛边等废弃物的低损耗率而著称。
主要设备用于挤出成形，涵盖了挤出机、机头与口模、定形冷却设备、牵引装置以及切割工具等。
图4-2卧式单螺杆挤出机结构示意图
塑料颗粒、料斗、螺杆、冷却器、料筒、加热器、滤板、口模以及动力部分。
典型的水平式单螺杆挤出机构造如图4-2所示。其挤出成型工艺流程包括：首先，将塑料颗粒装入料斗2；接着，利用螺杆3的推动力，将塑料从料筒5的左侧向右侧移动，且压力逐渐增大；同时，通过加热器6的加热作用以及螺杆旋转过程中塑料与料筒和螺杆之间的剪切摩擦热，使塑料达到熔融并流动的状态；此外，加热器6的外侧还设有冷却器4进行冷却处理。滤板7的功能主要是让塑料沿着螺杆的方向施加压力，确保塑料能够均匀塑化，并且将塑料从旋转流动转变为直线流动，有时还会配备滤网来提升效果。对于流动性不佳的塑料，滤网并非必需。口模8则是决定产品截面形状的关键模具。9号部分则是整个系统的动力来源。随着螺杆的旋转，制品会连续地从口模中挤出。挤出后的制品经过定型冷却，并由牵引机牵引进行卷曲处理。牵引机的运行速度必须与物料挤出速率相协调，随后需按照预定的长度，一段接一段地进行裁剪。
挤出成形工艺流程涵盖以下步骤：物料需先进行干燥处理，随后进入成形阶段；接着，制品需完成成形与冷却工序，以及牵引与卷曲（或切割）操作；在某些情况下，制品还需进行后续处理。
原料中的水分含量若未得到妥善控制，会导致制品产生气泡、表面色泽暗淡等瑕疵，同时也会影响制品的物理和力学性能。鉴于此，我们在使用原料前必须进行干燥处理。一般情况下，水分的质量分数应保持在0.5%以下。
当挤出机温度升至设定值时，便可以开始加入原料。起初，挤出的产品在形态和品质上均不尽如人意，因此必须及时对工艺参数进行调整。一旦产品品质达标，便可进入常规生产流程。
制品的形状固定和冷却过程通常同步进行，对于生产管材和各类型材，必须采用形状固定的工艺；而在制造薄膜、单丝以及线缆的包覆材料时，则无需这一步骤。
牵引或拉伸过程中，常用的后处理设备分为滚轮式和履带式两种。在牵引操作中，必须确保牵引速度与挤出速度保持一致，且均匀平稳。通常情况下，牵引速度应略高于挤出速度，这样做有助于抵消物料在离开模具后因膨胀而产生的尺寸变化，并有助于对制品进行适宜的拉伸处理。
3.压制成形
压制成形，亦称作压塑成形开元棋盘牌下载app，这一工艺主要应用于热固性塑料的制造过程。而对于某些熔融温度极高、流动性极低的热塑性材料，例如聚四氟乙烯，同样会采用此压制技术来完成成形。
压制工艺主要分为模压和层压两种方式，如图4-3所示。其中，模压法涉及将粉末或片状的材料（由树脂和添加剂混合而成）放入金属模具内，对其进行加热和加压处理。在此过程中，物料在受热后软化，并具备了一定的可塑性，随后在压力的作用下，填充到金属模具的各个部位。随着加热的持续，树脂与固化剂发生交联反应，逐渐固化。经过一段时间的固化，最终形成具有一定形状的成品。制品在材料完全固化后，需打开模具取出，随后通过修整边缘和抛光等工序，加工成符合标准的成品。层压工艺涉及将纸张、棉布、玻璃布等片状材料在树脂中浸泡，逐层叠加至所需厚度，再置于层压设备中加热加压，待一定时间后，树脂固化并彼此粘合，最终形成所需形状。
压制设备结构简便（核心部件为液压机）、技术成熟，是塑料成型技术中最早被采用的类型。这种设备无需流道和浇口，材料损耗较低，能够生产尺寸范围较广的制品，且能压制较大尺寸的产品。然而，其成型周期较长，生产效率不高，且难以实现现代化生产流程。对于形状复杂、加强筋密集、金属嵌件较多的制品，成型难度较大。
图4-3压制成形示意图
a）模压机及模具b）层压制品
14—使用模板2—接着上模板3—装配导合钉4—设置支柱5—安装下模板6，12—放置下模板7—插入柱塞8—加入物料9—形成模腔10—铺设帆布石棉垫布11—覆盖高聚物层13—使用不锈钢或其它类型的垫板。
4.浇注成形
浇注成形工艺与金属型铸造技术相近。此方法适用于热固性塑料以及热塑性塑料。其制作流程涉及将液态树脂与适量的固化剂及其他添加剂混合，确保物料充分搅拌均匀，随后将混合物浇注入模具，在常压或低压以及常温或一般温度条件下，通过化学反应使物料逐步固化并形成具有特定力学性能的成品。该技术所需设备简便、成本较低、制作工艺较为简单，适用于生产体积较大的部件，然而其生产效率不高，且产品形态存在一定的局限性。
5.吹塑成形
吹塑成形，亦称作中空成形，是塑料加工的后续工序之一。该工艺涉及将熔融的塑料原料放入模具中，随后利用压缩空气将原料吹胀，使其紧密贴合模具内壁，从而形成中空结构的产品。当前，挤压吹塑法被广泛应用，而使用的模具通常设计为可对半拆分的结构。如图4-4所示，其成型步骤包括：首先将挤出机输出的、尺寸合适的坯料放入独立的模具内，如图4-4a所示；接着将模具封闭并充入压缩空气，此时仍保持良好塑性的坯料在气体作用下膨胀，紧密贴合模具内壁，如图4-4b所示；待制品冷却后，打开模具，即可获得中空产品，如图4-4c所示。吹塑成形技术通常适用于制造中空且壁薄的物品，例如瓶子、筒状物、罐头以及化学品包装用的容器，还包括汽车油箱、汽车暖风系统管道以及儿童玩具等多种产品。
6.真空成形
真空成型，亦称作吸塑成型。在成型过程中，先将热塑性板材或片材夹紧，并固定于模具之上。随后，利用辐射加热器对其进行加热，直至达到软化温度。接着，抽出板材与模具之间的空气，在大气压力的作用下，板材发生拉伸变形，紧密贴合模具表面。待冷却固化后，即可得到所需的成品。真空成型技术主要应用于制造杯、盘、箱壳、盒、盖等薄壁开口容器，例如一次性餐具、药品包装、纽扣、电池包装等。对于较厚的板材，该技术还能用于生产冰箱内胆等大型制品。具体工艺流程可参考图4-5。
图4-4吹塑成形
a）放置型坯b）吹压缩空气c）打开模具
1—模具2—型坯3—压缩空气4—制品
图4-5真空成形工艺过程
a）加热b）抽真空c）吹压缩空气
真空成形的工艺对模具材质的加工需求不高，在进行单件或小批量生产时，可以使用硬木、高强度石膏（其中水泥含量在10%至30%之间）以及塑料进行模具制作；而在大规模生产中，则更倾向于采用铝合金来制作模具。然而，这种工艺的不足之处在于，所生产的制品厚度分布不够均匀，且无法制作出形状复杂的制品。
7.缠绕成形
缠绕成型技术涉及将连续纤维或织物材料浸泡在树脂中，随后在可折叠成所需制品形状的芯模上实施有序的缠绕作业。此过程完成后，需对材料进行加热以实现固化，待脱模后便形成了所需的制品。该方法主要用于生产圆柱形、球形、管状、盒状以及其他不规则形状的纤维增强塑料产品。
除了上述提到的成型方式，塑料的成型技术还包括泡沫成型、旋转成型以及反应注塑成型等多种形式，这些具体内容在此不做详述。
