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塑料制品加工相关资料.doc 塑料成型加工 2.1 塑料的组成与性能 2.1.1 塑料及其分类 1)塑料:一般指以合成或天然的高分子化合物(树脂)为基本成分，在一定条件下塑化成型，而产品最终形状能保持不变的材料。它的组成除了高聚物(树脂)为主要成分外，还根据需要，可能含有某些具有特定用途的助剂。助剂主要有填料、增塑剂、着色剂、稳定剂等。 2)塑料的分类 分类方法 类 别 按热行为分 热固性塑料和热塑性塑料 按化学结构分 有机聚合物、元素有机聚合物和无机聚合物为主的塑料 按供应状态分 粉、纤维、浸渍片材层压板、管和棒等塑料 按使用特性分 通用塑料、工程塑料、功能塑料 3)塑料工业的分类 名 称 主 要 内 容 生 产 厂 塑料生产 树脂和半成品的生产 树脂厂或化工厂 塑料制品生产 制件成型、表面修饰、机械加工等 塑料制品加工厂 4)塑料制品的分类 分类方法 制 品 类 别 按塑料品种分 聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛、氨基塑料制品等等 按成型加工方法分 挤出、注塑、中空、模压、压延、搪塑、浇铸、发泡塑料制品等等 按塑料制品的几何形状并结合用途分 管、膜、板、片、丝、带、袋、人造革、塑料建材、泡沫塑料、塑料容 器、塑料鞋、电线、电缆、塑料工业零件、日用塑料制品、工艺塑料制 品和文教体育用塑料制品等等、 5)塑料组份的作用及主要种类 组份名称 作 用 主 要 种 类 树脂 塑料的基材。起粘接作用。它决定塑热固性树脂(酚醛、氨基、环氧、聚脂、有机硅)，热塑料性 料的种类及基本性能。约占总量的树脂(聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚砜、聚四氟乙烯等) 40~100% 填料 塑料的重要组份。起降低成本、改善有机物(木、纸、棉、有机合成纤维等)，无机物(碳酸钙、 性能的作用。约占总量的0~50% 氧化铝、金属等) 增强材料 显著地提高塑料的力学性能 玻璃纤维及其织物、碳纤维、硼纤维等 固化剂 促进或调节树脂固化反应并使之得酚醛固化剂(六次甲基四胺等)，环氧固化剂(乙二胺、苯二 到硬质产品 甲酸酐等) 增塑剂 改善塑料的塑性、提高柔性、降低树邻苯二甲酸酯类、脂肪族二元酸脂类、偏苯三酸脂类、环氧 脂软化温度、熔融温度和弹性模量 酯类、含氯增塑剂、多元醇酯类、磷酸酯类 增韧剂 改善塑料的柔韧性，低温性和抗剪不饱和聚酯、聚硫橡胶、聚酰胺 性，它参与树脂反应 稳定剂 阻缓塑料变质 热稳定剂、抗氧剂、光稳定剂 着色剂 赋予塑料色泽 染料(酞青蓝等)，颜料(钛白粉等) 润滑剂 增加塑料流动性，提高制件脱模效果 脂肪酸及其衍生物、石蜡类、硅油类、硬脂酸类 阻燃剂 阻止或减缓塑料燃烧的性能 添加型类、反应型类 偶联剂 提高树脂和填料或增强材料界面的硅烷、钛酸酯类 结合力 发泡剂 使塑料产生微孔结构 低沸点液体、无机和有机固体发泡剂 抗静电剂 使塑料表面不易积聚静电 长链脂族胺类、酰胺类 稀释剂 降低树脂粘度，便于操作 非活性稀释剂(丙酮、无水乙醇等)，环氧树脂用性活释稀剂 (环氧丙烷丁基醚等) 2.1.2 热塑性塑料的主要特性及用途 热塑性塑料:是指在特定温度范围内，能反复加热软化和冷却硬化的塑料。这类塑料基本是以聚合反应所得到的树脂为基础制成的，受热时不产生化学交联，因而当它再一次受热时仍具有可塑性。它们的主要特性如表1所列。 表1 主要热塑料的特性及用途 品 名 密度(g/cm3) 主要特性及用途 软聚氯乙烯(PVC) 1.4 柔软、价廉、绝缘性好，可作电线、电缆和绝缘件，广泛用于工农业、 医药卫生、科研和国防建设各个方面。 低密度聚乙烯(LDPE) 0.9~0.925 柔软、介电性好、耐寒，可作高频介质材料，广泛用于生产薄膜、管 材、电缆绝缘层和护套。 高密度聚乙烯(HDPE) 0.94~0.965 耐热和机械性优于LDPE，可作绝缘件和一般结构件，适宜用中空吹 塑、注塑和挤出法制成各种制品。 聚丙烯(PP) 0.89~0.91 密度小，具优良的机械性能，较聚乙烯坚韧、耐磨、耐热，并有卓越 的介电性能和化学惰性。可用挤出、注塑、吹塑、模压、真空成型等 法加工。 增强聚丙烯(FR-PP) 1.13 较PP耐热性、机械性高，可作绝缘和结构件。 聚苯乙烯(PS) 1.04~1.09 透明，质硬，介电性好，但脆、易裂、耐热低，制品以注塑为主，大 多作电气仪表零件、文教用品、工艺美术品。发泡PS，广泛作包装、 保温材料及装璜制品。 苯乙烯—丙烯腈共聚物1.06 机械性优于PS，可作罩、壳等外观、结构件。 (AS) 苯乙烯—丙烯腈—丁二烯1.02~1.2 综合性好，一般优于AS，可作外观、结构件。主要用途制汽车零件、共聚物(ABS) 电器外壳、电话机、旅行箱、安全帽、日用制品等。 改性有机玻璃(372#) 1.18 透明性好，可作外观件 聚四氟乙烯(PTFE) 2.1~2.2 介电性、耐腐蚀性、耐热性优越，摩擦系数小，用于上述性能高 的地方。 聚碳酸酯(PC) 1.18~1.2 透明、耐热、机械、绝缘性能好，但耐溶剂性能差，易开裂，可作绝 缘件、结构件和装饰件。 聚甲醛(POM) 1.41~1.43 耐磨性和耐疲劳性好，可作磨擦等结构件，但不易作耐光照零件。 聚酰胺(PA) 1.06~1.16 耐磨、自润滑性好，耐疲劳性仅次于POM，但吸湿性大，可作磨擦 等结构件。 氯化聚醚(CPS) 1.4 耐腐蚀性仅次于PTFE，尺寸稳定，耐磨和自润滑性类似PA，可作耐 腐蚀和精密结构件。 聚酰亚胺(PI) 1.4~1.6 耐热性很高，耐辐射性好，介电性好，机械强度高，但工艺性差，用 于特殊用途的绝缘和结构件。 2.1.3 热固性塑料的特点和用途 热固性塑料:是指受热后能成为不熔不溶性物质的塑料。这类塑料基本以缩聚反应所得到的树脂为基础制成的，受热时发生化学变化，使线型分子结构的树脂转变为体型结构的高分子化合物。当它再一次受热时就不再具有可塑性。热固性塑料的特点和用途如表2所列。 表2 热固性模塑料和特点与用途 名 称 性 能 特 点 主要用途 木粉填料酚醛模塑料 价廉，耐热，尺寸稳定，刚性大，绝缘，有一定化学日用品和绝缘件 稳定性，但质脆，强度低 矿物粉填料酚醛模塑料 价廉,耐热良好，绝缘，介电性良好，尺寸稳定, 化学高压、高频绝缘件 稳定, 但质脆，强度低 碎布填料酚醛模塑料 冲击等机械性能优于前者，其他性能与前者相近 结构件、绝缘件 玻纤酚醛模塑料 耐热, 耐冲击和机械强度优良，尺寸稳定，绝缘良好 耐热、强度高的结构件、 绝缘件 石棉纤维酚醛模塑料 耐热突出，耐磨性优良 耐热、耐磨结构件 脲醛模塑料(电玉粉) 色彩鲜艳，耐电弧性好 日用品装饰件 三聚氰胺甲醛模塑料(密胺塑着色性好, 耐电弧性优良，耐热和绝缘性优于脲醛模电器开关等绝缘件、装料) 塑料 饰件 玻纤DAP模塑料 尺寸稳定性优良，吸水小，绝缘，介电性能好，耐热，高温、高湿等条件下工 化学稳定性好 作的绝缘件 不饱和聚酯料团 除成型性优于玻纤酚醛模塑料外,其余性能相近 耐热的结构件、绝缘件 有机硅模塑料 工作温度宽广，绝缘，介电性良好，耐电弧，但机械包封、耐热件、绝缘件 强度差 2.2 塑料制品的成型工艺 2.2.1 塑料制品加工工艺分类 塑料制件加工工艺分类如图1所示。 原料(石油化工厂加工范围) 配制(配制、混合、塑化、造粒)(树脂、塑料厂加工范围) 半制品 成型加工(塑料制品成型厂加工范围) 制品 后加工(塑料制品厂加工范围) 塑料制件成型方法 塑料制件成型方法有注射、挤出、压延、吹塑、压缩、传递模塑、热成型、喷涂等成型以及几种成型方法的组合。 表3 热塑性塑料成型方法 项目 基本原理 主要过程 特 点 应用范围 注射利用螺杆(或柱塞)的推力将已塑化原料干燥,闭模注生产效率高，易于实现广泛地应用于成型成型 的熔融料注入闭合模内,经冷却定射，加料，冷却、自动化生产，易成型形各种形状的制件 型得到制作 起模和后处理 状复杂、尺寸精确的制 作 挤出利用螺杆的推力连续不断地将熔原料干燥，加料，生产效率高，更换口模广泛地应用于电线成型 融料从模口挤出等断面的管、棒、牵引，冷却，卷绕，可得到不同断面的制电缆的包层、管、棒、 型材等 锯切 件，设备简单 型材、线;回收料， 着色料的造粒 压延塑料通过加热辊筒的间隙，产生挤配料，捏和，密炼，生产效率高，制件表面薄膜，片，板材 成型 压、延展而成型薄型制件 塑化，压延，牵引，光洁，但设备造价高， 卷绕，切割 不宜生产高温塑料 中空经挤出的熔融管料夹持在吹塑模挤出，充气，冷却，生产效率高，设备简管状薄膜，瓶，桶 成型内，在管料内充气，使其横向胀大、定型 单，易成型中空制件 (挤出) 冷却定型 热熔将熔融料在模内加压并冷却定型 料加热呈现熔融制件平整、光洁、尺寸硬板，制作 冷压状态，加压，在压易控制，但生产效率低 成型 力下冷却 热成片(板)料加热呈现热弹态，置于备料，加热，在模设备、模具简单，成本罩、壳、杯等 型 模内靠充气、吸气或机械力的作内加压冷却，修整 低，宜成型壁薄、表面 用，贴于模壁并冷却成型 积大、深度有限的敞开 式制件，生产效率低 浇注在常压或低压下将液态树脂混合配料，模具准备，设备、模具简单，宜制中、大型毛坯，灌注成型 物浇注入模内或外壳内，聚合或冷浇注，变硬，起模 成大型制件毛坯，生产物 却成型，如MC尼龙 量小，尺寸精度差 塑料将粉状塑料涂覆在金属表面上的制件加热，粉料熔使金属制件表面具有大、中形金属制件表涂覆 一种方法，涂覆形式有火焰喷涂、化喷射，冷却(火耐腐蚀性、耐磨性和绝面涂覆和修补 热熔覆、沸腾床、静电喷涂、浸涂焰喷涂) 缘性等 和膜辊压等 冷压粉料压成冷坯、烧结、冷却，它类压成冷坯。烧结，这是一种特殊的加工聚四氟乙烯、聚酰亚烧结似于粉末冶金的冷压烧结成型。用冷却 方法，用于注射、挤出胺、超高分子量聚乙成型 于成型聚四氟乙烯，超高分子量聚等通用成型方法很难烯等制件的成型 乙烯或熔融粘度很高的塑料 成型的材料。成型的制 件尺寸精度低，常需机 械加工 泡沫配制成泡沫塑料组份，形成一定粘配制，加热，发泡，泡沫塑料的成型方法各类泡沫制件 塑料度的液体或糊状物，借发泡沫剂或起模 多样，有物理法，化学成型 机械搅拌，经加热而制成多孔性的法，机械法，也可将树 泡沫塑料 脂合成与制造泡沫塑 料一次完成 粘 接 将两种以上塑料或塑料与其他材制件表面清理，热可使简单零件变成复塑料本身或塑料与 料用热熔法、溶剂法或胶粘剂粘接 融，用溶剂或胶粘杂的部件，修补残缺，其他材料的粘接 剂粘接压合、固化 满足特殊要求 旋转定量的粉状、糊状塑料装入空心模内，料在加热熔化、制作大型中空容器或聚乙烯、聚苯乙烯、成型 缓慢旋转时，均匀分布于模内，然后冷却定型 制件，设备、模具简单、聚氯乙烯等中空制 装料，加热旋转，分布模具内壁、冷却、起模 价格低，但生产周期件或搪塑制件 长、品种较少 表4 热固性塑料成型方法 项目 基本原理 主要过程 特点 应用范围 压缩料在闭合模内经加热、加压、固预热，加料，闭模具结构简单，易成型大、各种模塑制件 模塑 化的成型方法 模，固化，起模 小型制件，各种形状(粉、 纤维带、布等)的原材料， 故应用广泛 传递料在加料室内加热软化，压入热闭模，加料，固模具结构较复杂，用于成型复杂模塑制件 模塑 的模内并固化成型 化，起模 有一定流动性粉状和短纤 维原材料。易成型尺寸精 确、形状复杂、配件多，薄 壁制件，但制件易产生合缝 注射利用螺杆(或柱塞)的推力，将闭模，注射，加生产效率高，料筒温度控制各种中、小型制件 成型 在料筒内已预塑化的料注入高料，固化，起模 严格，用注射料成型，料筒 温模内固化成型 短，压缩比小 浇注在常压或低压下将液态树脂混模具准备，配设备、模具简单，易于封装，封装物，浇注件 成型 合物或预聚体浇注入模内或外料，浇注，固化，对封装的元器件无不良影 壳内，固化成型 起模，修整 响 增强浸有胶粘剂的增强塑料铺设在模具准备，配增强塑料的成型，宜成型增强塑料制件 塑料模内，在较低压力和较低温度下料，铺设，加压，中、大型或特殊用途制件 成型 固化成型 固化，起模，修 整 2.2.3 塑料制件生产工艺实例 1)聚氯乙烯电线、电缆生产工艺流程 电缆料 挤出包覆 冷却 卷绕 成品 线芯 原料准备:电缆料如吸潮，则加入挤出机前应烘干处理，处理温度80?左右。线芯要从绕线筒上展卷，一般安装两台展卷机，轮流向挤出机供线。线材应预热以保证塑料熔体良好粘附和包覆。挤出包覆由挤出机完成。 冷却:挤出包覆制得的电线电缆立即进入很长的冷却水槽，冷却水为常温水。 2)石棉纤维增强酚醛塑料制工业零部件 石棉纤维增强酚醛塑料采用压缩模塑法成型，制品具有卓越的耐热性、隔热性、耐腐蚀性、耐磨性、耐候性，因此在化工防腐(如管道、管件、泵壳等)和汽车制动零件(刹车片、离合器件)两方面应用极普遍。 生产工艺流程分干法和湿法两种，见下图2和图3。 石棉纤维 冷却 制品型坯 烘焙 方法? 树脂粉 混合 制品 修饰 成品 各种助剂 方法? 热压 图2 干法生产石棉酚醛塑料制品工艺流程 石棉纤维 滚压 冷压 制品型坯 方法? 液态树脂 捏合 方法? 各种助剂 热烘 热压 热处理 制品 修饰 成品 图3 湿法生产石棉酚醛塑料制品工艺流程 主要生产设备有捏和机、比辊炼塑机、液压机、烘炉、模具等。 3.3 塑料制品业的环境因素和环境影响 3.3.1 塑料制品生产过程中的主要三废排放源 虽然塑料及其制品种类繁多，塑料制品生产的工艺也多种多样，但其主要污染都以废气排放为主，固废、噪声次之，有些工艺有一些废水排放。 A、废气:无论是热塑性或热固性塑料制品生产工艺，加热过程都是废气的主要产生源，加热时的热解产物，一方面随塑料种类不同而不同，另一方面，加工温度与热解温度之间差距越大，其危害越小(如尼龙产物);反之，危害就越大(如氟塑料)。还有，加工温度和方法，以及加工时间不同，其排放也不同。此外，不同添加剂，如有机溶剂、稳定剂、增塑剂、发泡剂、固化剂的使用，其排放也不同。 在混料、吹塑、修饰等工序有少量粉尘产生。 B、固体废物:主要是热固性塑料制品加工过程产生。 C、噪声:产生于塑料制品的加工机械通风设备等。 D、废水:主要是水冷却工序的用水排放。 3.3.2 主要污染物及其环境影响 A、各类塑料在其制品生产中可能出现的有害污染物 ?聚乙烯制品生产:高压聚乙烯加热到150?时，分解出酸、酯、不饱和烃、过氧化物、甲醛、乙醛、CO2和CO等;其薄膜制品要注意抗氧剂、稳定剂和着色剂引起的毒性危害;其制品有独特的气味，长期应用混有稳定剂的聚乙烯管静脉输液可发生静脉炎。 低压聚乙烯加热到150?，产生酸、酯、不饱和烃、过氧化物、甲醛、乙醛、CO2和CO等挥发性复杂混合物。210?~250?生成的混合气体有甲醛、不饱和烃、有机酸、有机氯化物、CO等。在热切削和封闭聚乙烯管时，产生的热解产物为甲醛和丙烯醛。此类热解产物能引起中毒。 ?聚乙烯:本身并无毒性，但添加了抗氧剂、稳定剂、着色剂等即有毒性。本品加热至150?~220?时的热解产物有酸、酯、不饱和烃、过氧化物、甲醛、乙醛CO2和CO等。 ?聚苯乙烯:其制品生产需添加邻苯二甲酸酯或液态石腊(增塑剂)、硬脂酸锌(润滑剂)、脂族或环状胺类、氨基醇类(稳定剂)和一些表面活性剂及无机或有机着色剂。本品的毒性主要取决于未聚合的单体量。当聚苯乙烯温度达725?时，热解产物中单体苯乙烯量达83.9%;聚苯乙烯泡沫塑料生产时，如应用偶氮二异丁腈作为发泡剂，此剂分解时，会放出有明显毒性的四甲基丁二腈。其泡沫塑料在空气中热解(燃烧)时，主要产生CO、苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、β-甲基苯乙烯和烃类等有害气体。 ?聚氯乙烯:其制品(硬质或软质)生产所使用的增塑剂有苯二甲酸二丁酯、苯二甲酸二辛酯或烷基磺 酯苯酯;辅助增塑剂有癸二酸二辛酯或环氧油酸丁酯。稳定剂有三盐基或二盐基硫酸铅、硬脂酸的钙、钡、锌或镉盐，或者是二月桂二丁基锡;润滑剂有硬脂酸和其盐类，以及着色剂等。此外使用发泡剂有偶氮二异丁腈、偶氮二甲酸酰胺，或碳酸氢铵、碳酸氢钠以及亚硝酸丁酯等生产聚氯乙烯泡沫塑料。聚氯乙烯的毒性主要取决于未聚合的单体量，以及所用的添加剂类别和数量。聚氯乙烯生产过程可有粉尘、氯乙烯产生，在加温情况下产生氯化氢、饱和的和不饱和的烃混合物(苯、甲苯、二甲苯、萘、光气)、CO等。 ?酚醛塑料制品生产，有酚、甲醇、氨、糠醛、甲基苯酚和甲醛废气和粉尘排放。 B、环境影响 ?塑料制品生产的废气多是无组织排放，主要以低烟道及风扇排风形式抽排，大多数情况下是对厂区附近及车间内产生影响。 ?塑料很多是易燃性的，在火灾燃烧时，释放出的有害气体，对人体会产生一定危害，塑料如以粉尘状 积聚于空气，还有可能引起爆炸，造成伤亡和破坏。 ?生产中产生的废水，往往含有机物、油污，如未经处理外排，会污染水源。 ?粉尘:特别是为增强塑料性能而使用玻璃纤维、石棉等产生的塑料粉尘，对人体造成气管炎、支气管 哮喘、肺气肿和肺癌。粉尘排到空气中会降低空气可见度，恶化生活环境。 ?苯、甲苯、二甲苯:高浓度时可引起急性中毒，对神经系统有毒害作用，严重时会昏迷以致失去知觉，停止呼吸。轻度中毒引起头疼、头晕、全身无力、恶心、呕吐。慢性中毒出现头疼、失眠、手指麻木以及血液系统病变和一些其他病变。 ?醛类:毒性主要对皮肤、视网膜、呼吸道及中枢神经系统有损害作用。 ?酚类:属高毒类，对各种细胞有直接损害，对皮肤和粘膜有强烈的腐蚀作用，皮肤接触可引起皮疹。吸入后会引起头疼、头晕、恶心、失眠、食欲不振等，严重者可合并肝肾损害。 ?氯乙烯:长期接触会引起肝、脾肿大、神经系统及消化系统的疾病。氯乙烯还有致癌作用，可诱发肝癌或肝血管内瘤，并有可能引起肢端溶骨症、门脉亢进症和硬皮症。 ?氯化氢:刺激性有毒气体，吸入呼吸道后可引起急性或慢性中毒。中毒症状有粘膜刺激、鼻粘膜溃疡和鼻中隔穿孔、眼结膜炎和角膜炎、咳嗽、牙齿腐蚀、肠胃病等。