第三节 塑料主要成型工艺与应用

塑料成型加工是一门工程技术，它涉及将树脂及其添加剂转变为塑料制品的各种工艺，以及树脂的流变行为和物理与化学性能所发生的各种变化。塑料的成型和加工方法很多，现仅简单介绍如下。

一、模压成型

模压又称压缩模塑，是模塑料在闭合模腔内借助加压（一般尚需加热）的成型方法。

通常，模压适用于热固性工程塑料，如酚醛塑料、氨基工程塑料、不饱和聚酯等。

模压由预压、预热和模压三个过程组成。

（1）预压 为改善制品质量和提高模塑效率等，将粉料或纤维状模塑料预先压成一定形状的操作。

（2）预热 为改善模塑料的加工性能和缩短成型周期等，把模塑料在成型前先行加热的操作。

（3）模压 在模具内加入所需量的塑料，闭模、排气，在模塑温度和压力下保持一段时间，然后脱模、清模的操作。

模压用的主要设备是压力机和塑模。压力机用得最多的是自给式液压机，吨位从几十吨至几百吨不等。压力机有下压式压机和上压式压机。用于模压的模具称为压制模具。压制模具分为三类：溢料式模具、半溢料式模具、不溢式模具。

模压的主要优点是可模压较大平面的制品和能大量生产，缺点是生产周期长、效率低。

二、层压成型

可使用或不用粘合剂，通过加热、加压把相同或不相同材料的两层或多层结合为整体的方法称为层压成型。

层压成型常用层压机操作，这种压机的动压板和定压板之间装有多层可浮动热压板。

层压成型常用的增强材料有棉布、玻璃布、纸张、石棉布等，树脂有酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂以及某些热塑性树脂。

三、冷压模塑

冷压模塑又叫冷压烧结成型，和普通压制模塑的不同点是在常温下使物料加压模塑。脱模后的模塑品可再行加热或借助化学作用使其固化。

该法多用于聚四氟乙烯的成型，也用于某些耐高温塑料（如聚酰亚胺等）。一般工艺过程为制坯—烧结—冷却三个步骤。

四、传递模塑

传递模塑又称挤塑，是热固性塑料的一种成型方法。传递模塑时先将模塑料在加热室加热软化，然后压入已被加热的模腔内固化成型。

传递模塑按设备不同有三种形式：活板式、罐式、柱塞式。

传递模塑对塑料的要求是：在未达到固化温度前，塑料应具有较大的流动性，达到固化温度后，又需具有较快的固化速率。能符合这种要求的有酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和环氧树脂等。

传递模塑具有以下优点：①制品废边少，可减少后加工量；②能模塑带有精细或易碎嵌件和穿孔的制品，并且能保持嵌件和孔眼位置的正确；③制品性能均匀，尺寸准确，质量高；④模具的磨损较小。缺点是：①摸具的制造成本较压制模高；②塑料损耗大；③纤维增强塑料因纤维定向而产生各向异性；④围绕在嵌件四周的塑料，有时会因熔接不牢而使制品的强度降低。

五、低压成型

使用成型压力等于或低于1.4MPa的模压或层压方法称为低压成型。

低压成型常用于制造增强塑料制品。增强材料如玻璃纤维、纺织物、石棉、纸、碳纤维等。常用的树脂绝大多数是热固性的，如酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂等树脂。

低压成型包括袋压成型和喷射成型。

（1）袋压成型 借助弹性袋（或其他弹性隔膜）接受流体压力而使介于刚性模和弹性袋之间的增强塑料均匀受压而成为制件的一种方法。按造成流体压力的方法不同，一般可分为加压袋成型、真空袋压成型和热压釜成型等。

（2）喷射成型 成型增强塑料制品时，用喷枪将短切纤维和树脂等同时喷在模具上积层并固化为制品的方法。

六、挤出成型

挤出成型也称挤压模塑或挤塑，它是在挤出机中通过加热、加压而使物料以流动状态连续通过口模成型的方法。

挤出成型主要用于热塑性塑料的成型，也可用于某些热固性塑料。挤出的制品都是连续的型材，如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆包覆层等。此外，还可用于塑料的混合、塑化造粒、着色、掺和等。

挤出成型机由挤出装置、传动机构和加热、冷却系统等主要部分组成。挤出机有螺杆式（单螺杆和多螺杆）和柱塞式两种类型。前者的挤出工艺是连续式，后者是间歇式。

单螺杆挤出机的基本结构主要包括：传动装置、加料装置、机筒、螺杆、机头和口模五个部分。

挤出机的辅助设备有物料的前处理设备（如物料输送与干燥）、挤出物处理设备（定型、冷却、牵引、切料或辊卷）和生产条件控制设备三大类。

七、挤拉成型

挤拉成型是热固性纤维增强塑料的成型方法之一，用于生产断面形状固定不变，长度不受限制的型材。成型工艺是将浸渍树脂胶液的连续纤维经加热模拉出，然后再通过加热室使树脂进一步固化而制备出具有单向高强度连续增强的塑料型材。

通常用于挤拉成型的树脂有不饱和聚酯树脂、环氧树脂和有机硅树脂三种，其中不饱和聚酯树脂用得最多。

挤拉成型机通常由纤维排布装置、树脂槽、预成型装置、口模及加热装置、牵引装置和切割设备等组成。

八、注射成型

注射成型（注塑）是使热塑性或热固性模塑料先在加热料筒中均匀塑化，而后由柱塞或移动螺杆推挤到闭合模具的模腔中成型的一种方法。

注射成型几乎适用于所有的热塑性塑料。近年来，注射成型也成功地用于成型某些热固性塑料。注射成型具有成型周期短（几秒到几分钟），成型制品质量可由几克到几十千克，能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的模塑品的特点。因此，该方法适应性强，生产效率高。

注射成型用的注射机分为两大类：柱塞式注射机和螺杆式注射机，由注射系统、锁模系统和塑模三大部分组成。其成型方法如下。

（1）排气式注射成型 排气式注射成型应用的排气式注射机，在机筒中部设有排气口，它也与真空系统相连接。当塑料塑化时，真空泵可将塑料中含有的水分、单体、挥发性物质及空气经排气口抽走，原料不必预干燥，从而提高生产效率，提高产品质量。排气式注射成型特别适用于聚碳酸酯、尼龙、有机玻璃、纤维素等易吸湿的材料成型。

（2）流动注射成型 流动注射成型可用普通移动螺杆式注射机，即塑料经不断塑化并挤入有一定温度的模具型腔内，塑料充满型腔后，螺杆停止转动，借螺杆的推力使模内物料在压力下保持适当时间，然后冷却定型。流动注射成型克服了生产大型制品的设备限制问题，制件质量可超过注射机的最大注射量。其特点是塑化的物件不是储存在机筒内，而是不断挤入模具中，因此它是挤出和注射相结合的一种方法。

（3）共注射成型 共注射成型是采用具有两个或两个以上注射单元的注射机，将不同品种或不同色泽的塑料，同时或先后注入模具内的方法。用这种方法能生产多种色彩和（或）多种塑料的复合制品，有代表性的共注射成型是双色注射和多色注射。

（4）无流道注射成型 模具中不设置分流道，而由注射机的延伸式喷嘴直接将熔融料分注到各个模腔中的成型方法。在注射过程中，流道内的塑料保持熔融流动状态，在脱模时不与制品一同脱出，因此制件没有流道残留物。这种成型方法不仅节省原料、降低成本，而且减少工序，可以达到全自动生产。

（5）反应注射成型 反应注射成型的原理是将反应原材料经计量装置计量后泵入混合头，在混合头中碰撞混合，然后高速注射到密闭的模具中，快速固化，脱模，取出制品。它适于加工聚氨酯、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂、醇酸树脂等一些热固性塑料和弹性体。

（6）热固性塑料的注射成型 粒状或团状热固性塑料，在严格控制温度的机筒内，通过螺杆的作用，塑化成黏塑状态，在较高的注射压力下，物料进入一定温度范围的模具内交联固化。热固性工程塑料注射成型除有物理状态变化外，还有化学变化。因此与热塑性工程塑料注射成型相比，在成型设备及加工工艺上存在着很大的差别。热固性与热塑性工程塑料注射成型条件的比较见表1-16。

表1-16 热固性与热塑性工程塑料注射成型条件的比较

九、吹塑成型

吹塑成型借气体压力使闭合在模具中的热型坯吹胀成为中空制品，或管型坯无模吹胀成管膜的一种方法。该方法主要用于各种包装容器和管式膜的制造。凡是熔体流动速率为0.04～1.12g/（10min）的都是比较优良的中空吹塑材料，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、热塑性聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、乙酸纤维素和聚缩醛树脂等，其中以聚乙烯应用得最多。

（1）注射吹塑 用注射成型法先将塑料制成有底型坯，接着再将型坯移到吹塑模中吹制成中空制品。

（2）挤出吹塑 用挤出法先将塑料制成有底型坯，接着再将型坯移到吹塑模中吹制成中空制品。

由此可见，注射吹塑和挤出吹塑两者不同之处是制造型坯的方法不同，而吹塑过程基本上是相同的。

吹塑设备除注射机和挤出机外，主要是吹塑用的模具。吹塑模具通常由两瓣合成，其中设有冷却剂通道，分型面上的小孔可插入充压气吹管。

（3）拉伸吹塑 拉伸吹塑是双定向拉伸的一种吹塑，其方法是先将型坯进行纵向拉伸，然后用压缩空气进行吹胀达到横向拉伸。拉伸吹塑可使制品的透明性、冲击强度、表面硬度和刚性有很大的提高，适用于聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的吹塑成型。

拉伸吹塑包括：注射型坯定向拉伸吹塑，挤出型坯定向拉伸吹塑，多层定向拉伸吹塑，压缩成型定向拉伸吹塑等。

（4）吹塑薄膜法 吹塑薄膜法是成型热塑性薄膜的一种方法，它先用挤出法将塑料挤成管，而后借助向管内吹入的空气使其连续膨胀到一定尺寸的管式膜，冷却后折叠卷绕成双层平膜。

塑料薄膜可用许多方法制造，如吹塑、挤出、流延、压延、浇注等，但以吹塑法应用最广泛。

该方法适宜于聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等薄膜的制造。

十、浇注成型

浇注成型是在不加压或稍加压的情况下，将液态单体、树脂或其混合物注入模内并使其成为固态制品的方法。

浇注成型分为静态浇注、嵌注、离心浇注、搪塑、旋转注塑、滚塑和流延注塑等。

（1）静态浇注 静态浇注是浇注成型中较为简便和使用较为广泛的一种方法。这种方法常用液状单体、部分聚合或缩聚的浆状物、聚合物与单体的溶液，配入助剂（如引发剂、固化剂、促进剂等），或热塑性树脂熔体注入模腔而成型。

（2）嵌注 嵌注又称封入成型，它是将各种样品、零件等包封到塑料中间的一种成型技术。即将被嵌物件置于模具中，注入单体、预聚物或聚合物等液体，然后使其聚合或固化（或硬化），脱模，这种技术已广泛用于电子工业。

适用于这种成型工艺的塑料品种有脲甲醛、不饱和聚酯、有机玻璃和环氧树脂等。

（3）离心浇注 离心浇注是利用离心力成型管状或空心筒状制品的方法。通过挤出机或专用漏斗将定量的液态树脂或树脂分散体注入旋转并加热的容器（即模具）中，使其绕单轴高速旋转（每分钟几十转到两千转），此时放入的物料即被离心力作用分布在模具的近壁部位。在旋转的同时，放入的物料发生固化，随后视需要经过冷却或后处理即能取得制品。在成型增强塑料制品时还可同时加入增强性的填料。

离心浇注通常用的都是熔体黏度较小、热稳定性较好的热塑性塑料，如聚酰胺、聚乙烯等。

（4）搪塑 搪塑是模塑中空制品的一种方法。搪塑时将塑料糊倒入开口的中空模内，直至达到规定的容量。模具在装料前或装料后应进行加热，以便使物料在模具内壁变成凝胶。当凝胶达到预定厚度时，倒出过量的液体物料，并再行加热使之熔融，冷却后即可自模具内剥出制品。

搪塑用的塑料主要是聚氯乙烯。

（5）旋转注塑 该法是将液态物料装入密闭的模具中而使它以较低速度（每分钟几转到几十转）绕单轴或多轴旋转，这样物料即能借重力而分布在模具的内壁上，再通过加热或冷却达到固化或硬化后，即可从模具中取出制品。绕单轴旋转的用于生产圆筒形制品，绕双轴或靠振动运动的则用于生产密闭制品。

（6）滚塑（旋转成型） 类似于旋转注塑的一种成型方法，不同的是其所用的物料不是液体，而是烧结性干粉料。滚塑过程是把粉料装入模具中而使它绕两个互相垂直的轴旋转，受热并均匀地在模具内壁上熔结为一体，而后再经冷却就能从模具中取得空心制品。

滚塑使用的塑料有聚乙烯、改性聚苯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯和纤维素塑料等。

（7）流延注塑 流延注塑制取薄膜的一种方法。制造时，先将液态树脂或树脂分散体流布在运行的载体（一般为金属带）上，随后用适当方法将其固化，最后即可从载体上剥取薄膜。

用于生产流延薄膜的塑料有：三醋酸纤维素、聚乙烯醇、氯乙烯和乙酸乙烯的共聚物等，此外某些工程塑料如聚碳酸酯等也可用来生产流延薄膜。

十一、手糊成型

手糊成型又称手工裱糊成型、接触成型，是制造增强塑料制品的方法之一。该法是在涂好脱模剂的模具上，用手工一边铺设增强材料一边涂刷树脂直到所需厚度为止，然后通过固化和脱模而取得制品。

手糊成型中采用的合成树脂主要是环氧树脂和不饱和聚酯树脂。增强材料有玻璃布、无捻粗纱方格布、玻璃毡等。

十二、纤维缠绕成型

在控制张力和预定线型的条件下，以浸有树脂胶液的连续丝缠绕到芯模或模具上来成型增强塑料制品。这种方法只适于制造圆柱形和球形等回转体。

常用的树脂有酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等。玻璃纤维是缠绕成型常用的增强材料，它分有捻纤维和无捻纤维两种。

十三、压延成型

将热塑性塑料通过一系列加热的压辊，使其在挤压和展延作用下连续成为薄膜或片材的一种成型方法称为压延成型。

压延产品有薄膜、片材、人造革和其他涂层制品等。压延成型所采用的原材料主要是聚氯乙烯、纤维素、改性聚苯乙烯等。

压延设备包括压延机和其他辅机。压延机通常以辊筒数目及其排列方式分类。根据辊筒数目不同，压延机有双辊、三辊、四辊、五辊、甚至六辊，以三辊或四辊压延机用得最多。

十四、涂布成型

为了达到防腐、绝缘、装饰等目的，以液体或粉末形式在织物、纸张、金属箔或板等物体表面涂盖塑料薄层（例如0.3mm以下）的方法称为涂布成型。

涂布成型最常用的塑料一般是热塑性塑料，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚三氟氯乙烯等。

涂布工艺有热熔敷、流化喷涂、火焰喷涂、静电喷涂和等离子喷涂。

（1）热熔敷 用压缩空气将塑料粉末经过喷枪喷射到预热过的工件表面，塑料熔化、冷却形成覆盖层。

（2）流化喷涂 将预热的工件浸入悬浮有树脂粉末的容器中，树脂粉末熔化而黏附在工件表面上。

（3）火焰喷涂 将流态化树脂通过喷枪口的锥形火焰区使之熔化而实现喷涂的一种方法。

（4）静电喷涂 利用高压静电造成静电场，即工件接地成正极，塑料粉末喷出时带有负电荷，这样塑料粉末就会被吸附到工件表面。

（5）等离子喷涂 用等离子喷枪，使流经等离子发生区的惰性气体（如氩气、氮气、氦气的混合气体）成为5500～6300℃的高速高能等离子流，卷起粉状树脂并以高速喷射至工件表面熔结成涂层。

十五、树脂传递模塑

树脂传递模塑（RTM）是以预成型物（织物或多向编织物）为增强材料，成型时先将预成型物放置于低成本模具（复合材料模具、木制模具或石膏模具）中，利用泵将液体树脂（如环氧、乙烯酯树脂等专用料）以较低的压力（0.69MPa）注入模腔，在室温下固化成型高性能增强塑料制品的一种先进成型工艺。

该工艺压力小，温度低，模具成本低，工艺控制方便，是制备大型或特大型增强塑料制品的先进工艺，也是目前将不同材质集合在一起形成高性能制品的先进集成工艺技术。

十六、发泡成型

发泡是使塑料产生微孔结构的过程。几乎所有的热固性和热塑性塑料都能制成泡沫塑料，常用的树脂有：聚苯乙烯树脂、聚氨酯树脂、聚氯乙烯树脂、聚乙烯树脂、脲甲醛树脂、酚醛树脂等。

按照泡孔结构可将泡沫塑料分为两类：若绝大多数气孔是互相连通的，则称为开孔泡沫塑料；如果绝大多数气孔是互相分隔的，则称为闭孔泡沫塑料。开孔或闭孔的泡沫结构是由制造方法所决定的。

（1）化学发泡 由特意加入的化学发泡剂受热分解或原料组分间发生化学反应而产生的气体，使塑料熔体充满泡孔。

化学发泡剂在加热时释放出的气体有二氧化碳、氮气、氨气等。

化学发泡常用于聚氨酯泡沫塑料的生产。

（2）物理发泡 物理发泡是在塑料中溶入气体或液体，而后使其膨胀或汽化发泡的方法。物理发泡适应的塑料品种较多。

（3）机械发泡 借机械搅拌方法使气体混入液体混合料中，然后经定形过程形成泡孔的发泡方法。此法常用于脲甲醛树脂，其他如聚乙烯醇缩甲醛、聚乙酸乙烯、聚氯乙烯溶胶等也适用。

十七、二次成型

二次成型是塑料成型加工的方法之一，它是指以塑料型材或型坯为原料，通过加热和外力作用成为使其所需形状的制品的一种方法。

（1）热成型 热成型是将热塑性塑料片材加热至软化，在气体压力、液体压力或机械压力下，采用适当的模具或夹具而使其成为所需形状的制品的一种成型方法。

塑料热成型的方法很多，一般可分为以下几种。

1）模压成型。采用单模（凸模或凹模）或对模，利用外加机械压力或自重，将片材制成各种所需形状制品的成型方法，它不同于一次加工的模压成型。此法适用于所有热塑性塑料。

2）差压成型。采用单模（凸模或凹模）或对模，也可以不用模具，在气体差压的作用下，使加热至软的塑料片材紧贴模面，冷却后制成各种所需形状制品的成型方法。差压成型又可分为真空成型和气压成型。

热成型特别适用于制造壁薄、表面积大的制品。常用的塑料品种有：各种类型的聚苯乙烯、有机玻璃、聚氯乙烯、ABS、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯等。

热成型设备包括夹持系统、加热系统、真空和压缩空气系统及成型模具等。

（2）双轴拉伸 为使热塑性薄膜或板材等的分子重新定向，特在玻璃化温度以上所作的双向拉伸过程称为双轴拉伸。

定向拉伸要在聚合物的玻璃化温度和熔点之间进行，经过定向拉伸并迅速冷却到室温后的薄膜或单丝，在拉伸方向上的力学性能有很大提高。

适合于定向拉伸的聚合物有：聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及某些苯乙烯共聚物。

（3）固相成型 固相成型是热塑性塑料型材或坯料在压力下用模具使其成型为制品的方法——成型过程在塑料的熔融（或软化）温度以下（至少低于熔点1～20℃），均属固相成型。其中对非结晶类的塑料在玻璃化温度以上、熔点以下的高弹区域加工的常称为热成型，而在玻璃化温度以下加工的则称为冷成型或室温成型，也常称为塑料的冷加工方法或常温塑性加工。

该法有如下优点，生产周期短；可提高制品的韧性和强度；设备简单，可生产大型及超大型制品；可降低成本。缺点是：难以生产形状复杂、精密的制品；生产工艺难以控制，制品易变形、开裂。

固相成型包括：片材辊轧、深度拉伸或片材冲压、液压成型、挤出、冷冲压、辊筒成型等。

十八、应用

（1）包装材料 包装材料为塑料的最大用途，占总量的20%以上，主要产品如下。

1）膜类制品。如轻重包装膜、阻隔膜、热收缩膜、自黏膜、防锈膜、撕裂膜及气垫膜等。

2）瓶类制品。如食品包装瓶（油、啤酒、汽水、白酒、醋、酱油及牛奶等的包装瓶）、化妆品瓶、药品瓶及化学试剂瓶等。

3）盒类制品。如食品盒（饭盒、糕点盒、礼品盒及冰淇淋盒等）以及五金、工艺品、文教用品等包装盒。

4）杯类制品。如一次性饮料杯、牛奶杯及酸奶杯等。

5）箱类制品。如啤酒箱、汽水箱、食品箱、工装周转箱、炮弹箱、水果箱、蔬菜箱及瓦楞箱等。

6）袋类制品。如手提袋及编织袋等。

（2）日用品

1）杂品类制品。如盆、桶、盒、篓、盘、椅子、凳子、皮箱、暖瓶、丝及网等制品。

2）文体用品。如笔、尺、夹、刀、乒乓球、羽毛球及球拍等。

3）服装类制品。如鞋底、人造革类、合成革类、纽扣、发夹、拉链、帽类、雨衣、皮带及项链等。

4）厨房用品。如盆、碗、盘、桶、叉、勺、菜板、打火机及打火器等。

（3）农用材料 如地膜、棚膜、育秧盘、灌溉管、滴灌管、喷雾器及渔网等。

（4）建筑材料

1）管材。如上水管、下水管、输气管、穿线管及供暖管等。

2）型材。如门、窗、家具、楼梯扶手、装饰线及暖气罩等。

3）板材。如装饰板、天花板、地板、外墙装饰铝塑复合板、阳光板、隔墙板及屋顶隔热板等。

4）其他。如地毯、地板革、壁纸、人造大理石、人造玛瑙、整体浴室及防水材料等。

（5）绝缘材料 如高、中、低压绝缘电缆及护套电缆，电容器介质膜，接线盒，开关，继电器等。

（6）机械制品 如各类壳体与泵类材料以及拉杆、绳索、链条、链轮、齿轮、凸轮、轴承、导轨、密封件及垫片等。

(7)汽车配件 如仪表盘、保险杠、轮壳罩、方向盘、座椅、油箱、输油管、散热器格栅、烟灰缸、顶栅、扶手、镜架、灯罩及摩擦片等。

(8)医学材料 人体器官材料，如人造骨、气管、血管、皮肤、牙、肾及心脏瓣膜等；医疗器械类，如一次性注射器、手术器械、输血管、内窥镜管及导尿管等。

(9)光学材料 主要有光学透镜材料、光纤材料及光盘材料等。