注塑工艺设计橡胶混炼及硫化工艺设计高分子专业.docx
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注塑工艺设计橡胶混炼及硫化工艺设计高分子专业
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:
1101学号:
2
学生姓名：
雷巍
导师姓名：
黄先威刘拥君刘艳丽
完成日期：
2014年5月16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：
1101
姓名：
雷巍同组人员姓名：
袁景、江彬、贺炅、向碧霞、汤彬
一．课程设计题目：
注塑工艺设计，挤出工艺设计
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与扁平状测试样品，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与混炼加工，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与总结；
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
1前言-------------------------------------------------------------------------------1
2成型工艺内容-------------------------------------------------------------------2
2.1成型机械结构及操作简介----------------------------------------------2
2.1.1注射机------------------------------------------------------------------2
2.1.1.1注射机的类型--------------------------------------------------2
2.1.1.2注射机的结构与功能-----------------------------------------2
2.1.1.3注射机工作原理及操作过程---------------------------6
2.1.2开炼机
2.1.2.1开炼机的型号-------------------------------------------------7
2.1.2.2开炼机的结构------------------------------------------------7
2.1.2.3开炼机的用途及工作原理----------------------------------7
2.1.3无转子硫化仪--------------------------------------------------9
2.1.3.1硫化仪的类型--------------------------------------------------9
2.1.3.2硫化仪的结构--------------------------------------------------9
2.1.3.3硫化仪的工作原理---------------------------------------------10
3.工艺过程与结果分析--------------------------------------------------10
3.1PE、PP注射成型工艺-------------------------------------------------10
3.1.1PE注射成型参数设定--------------------------------------------10
3.1.2结果分析--------------------------------------------------11
3.2天然橡胶、丁苯橡胶的混炼与硫化
3.2.1混炼工艺--------------------------------------------------12
3.2.2硫化工艺--------------------------------------------------12
3.3.3丁苯橡胶混炼配方及结果------------------------------------13
3.3.4天然橡胶混炼配方及结果------------------------------------14
4总结与分析--------------------------------------------------15
5参考文献--------------------------------------------------16
.
正文页
前言
1.1前言
工艺设计是综合性与实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使我们体察实际问题的复杂性。
通过工艺设计，能使我们综合运用本课程与前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的加工设计任务，从而得到加工工艺设计的初步训练。
通过课程设计，要求我们了解工艺设计的基本内容，掌握加工设计的程序与方法，培养我们分析与解决工程实际问题的能力。
同时，通过工艺设计，还可以使我们树立正确的设计思想，培养实事求是的，严肃认真，高度责任感的工作作风。
本次加工工艺设计的主要内容是以聚乙烯、聚丙烯、橡胶等为主要原料，前两者采用注塑机注塑成型制备测试样品，通过改变注塑的参数来优化注塑工艺条件。
以得到更加理想的成型制品。
后者采用开炼机的混炼与无转子硫化仪的硫化来优化橡胶的性能。
实验过程中我们要学会在操作中怎样优化产品的成型工艺条件，并在设计过程中掌握设备问题的解决能力，选定最理想的方案与合理的设计工艺条件。
注射成型又称注射模型或注塑，是塑料加工中重要的成型方法之一，其技术已发展得相当成熟，且应用非常普遍，注塑制品已占塑料制品总量的30%以上，在国民经济的许多领域有着广泛的应用。
目前，许多产品的注射成型技术已发展成为包括生产工艺与生产线设备在内的专门化成套技术。
制品能够达到高质量，生产中可获得良好的经济效益。
虽然注塑成型新的加工方法与理论快速发展的时期己经过去，现在处于一个较过去水平高得多而在发展上趋于平缓的时期，但在对这些技术的运用中仍可以不断创新，开发新产品，制造新材料，形成新技术。
目前，注塑成型仍有较大的发展前景。
橡胶的塑炼主要是为了降低生胶的弹性，增加可塑性获得适当的流动性，使橡胶与配合剂在混炼过程中易于混合分散均匀。
混炼就是将各种配合剂借助炼胶机机械力的作用均匀分散于橡胶中的工艺，以形成一个以橡胶为介质或者以橡胶与某些能与它相容的配合组分的混合物为截至，以与橡胶不相容的配合剂为分散相的多相胶体分散体系的过程。
橡胶受热变软，遇冷变硬，发脆，不易成型，容易磨损，易溶于汽油等有机溶剂，分子内具有双键，易起加成反应，容易老化。
为改善性能，工艺上要对生胶进行加工过程，在一定条件下，生胶与硫化剂发生化学反应，使其由线性结构的大分子交联成为立体网状结构的大分子从而使胶料具备高强度、高弹性、高耐磨等优良性能，这个过程成为橡胶硫化。
橡胶的混炼及硫化工艺在生产上，拥有举足轻重的地位。
对其进行的研究在近年来更加突出。
2成型工艺内容
2.1成型机械结构及操作简介
本次加工工艺设计主要讲述的是塑料成型机械的基本成型原理、结构组成、主要技术参数、主要零部件及有关的系统与辅助装置、设备的安全操作与维护保养以及主要故障的排除等内容，同时阐述这些内容之间的相互关系及影响。
而在工艺设计中讲述的主要是注塑机与挤出机的结构与操作。
2.1.1注射机
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与模具来实现的。
2.1.1.1注射机的类型
注塑机的类型有:
立式、卧式、角式等，但是无论那种注塑机，其基本功能有两个：
1）加热塑料，使其达到熔化状态；
2）对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。
按螺杆类型划分有柱塞式注射机、螺杆式注射机与排气式注射机等。
2.1.1.2注射机的结构与功能
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
卧式注射机外观图
（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，在一定的压力与速度下，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与动力传递装置组成。
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、合模油缸与安全保护机构组成。
（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与液压辅助元件所组成，其中油泵与电机是注塑机的动力来源。
各种阀控制油液压力与流量，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）与各种程序动作。
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，以便减少能耗与提高零件寿命，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，以及工艺与设备故障进行监测，发现异常情况进行指示或报警。
2.1.1.3注射机工作原理及操作过程
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与定模板上，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、电器控制系统操作与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，注射压力与背压压力的调节等。
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，并通过螺杆的旋转与机筒外壁加热使塑料成为熔融状态，然后机器进行合模与注射座前移，接着向注射缸通人压力油，使螺杆向前推进，从而以很高的压力与较快的速度将熔料注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间与压力保持（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、注射与成型。
塑化是实现与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与速度。
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，注射装置与合模装置是注塑机的关键部件。
2.1.2开炼机
开炼机是开放式塑炼机的简称，在塑料制品厂，人们习惯称它为两辊机，它可以将生胶先塑炼再混炼。
2.1.2.1开炼机的类型
TR-502BD开炼机
2.1.2.2开炼机的结构
开炼机主要是由辊筒、轴承、机架、压盖、传动装置、调距装置、润滑系统、辊温调节装置与紧急制动装置
2.1.2.3开炼机的用途及工作原理
功能：
1塑炼：
把弹性生胶转变成可塑状态的工艺过程。
2混炼：
将各种配合剂混入生胶中制成质量均匀的混炼胶的工艺过程
3压片：
根据工艺要求在开炼机上把胶料压成一定宽度与厚度的工艺过程
主要用途：
1．生胶的塑炼、破碎、洗涤、压片
2．胶料的混炼、压片以及胶料中杂质的清除
3．混炼胶的热炼、供胶
4．再生胶的粉碎、混炼、压片
5．
工作原理：
开炼机混炼的工作原理是利用两个平行排列的中空辊筒，以不同的线速度相对回转，加胶包辊后，在辊距上方留有一定量的堆积胶，堆积胶拥挤，绉塞产生许多缝隙，配合剂颗粒进入到缝隙中，被橡胶包住，形成配合剂团块，随胶料一起通过开炼机辊距时，由于开炼机辊筒线速度不同产生速度梯度，形成剪切力，橡胶分子链在剪切力的作用下被拉伸，产生弹性变形，同时配合剂团块也会受到剪切力作用而破碎成小团块，胶料通过辊距后，由于流道变宽，被拉伸的橡胶分子链恢复卷曲状态，将破碎的配合剂团块包住，使配合剂团块稳定在破碎的状态，配合剂团块变小。
胶料再次通过辊距时，配合剂团块进一步减小，胶料多次通过辊距后，配合剂在胶料中逐渐分散开来。
采取左右割刀，薄通，打三角包等翻胶操作，配合剂在胶料中进一步分布均匀，从而制得配合剂分散均匀并达一定分散度的混炼胶。
2.1.3无转子硫化仪
2.1.3.1无转子硫化仪的类型：
无转子硫化仪分为两种类型，第一种类型采用非接触密封（即间隙密封），第二种类型采用接触密封（即橡胶密封圈密封），一般采用前一种。
两种类型的无转子硫化仪在采用模体摆动与测量转矩方面是相同的，只是模腔密封形式不同
2.1.3.2硫化仪的结构
1.机械部分：
由外壳、上下模、振动器、测力传感器与变速器组成
2.空压机控制系统：
由开合模的气缸、电磁阀与空压机三部分组成
3.电控系统：
由测控温系统与门控制装置组成
4.测试与控制系统：
主要由微处理器、计算机控制系统、数据获取器、交流器、数据处理器、电机控制、开合模控制、报告打印机组成。
2.1.3.3硫化仪的工作原理
模具型腔由上、下模组成将未硫化的试验胶料放入保持规定压力与温度的近似于密封的试验模腔内，其中一个模腔以一定频率（1.7Hz）与振幅（±0.5°）进行振荡，模腔的振荡使试样产生剪切应变，这时试样对该模腔产生一个反作用力（即转矩），这个力的大小取决于当时胶料的刚变（剪切模量），在硫化过程中，胶料试样的形变逐渐增大，由测力机构测定出来并通过打印机实时绘图，可见到一条转矩与时间的对应关系曲线，这就是人们俗称的"硫化曲线"。
其形状与试验温度与胶料特性有关。
3.工艺过程与结果分析
3.1PE、PP注射成型工艺
3.1.1PE注射成型参数设定
①
射嘴
一段
二段
三段
四段
五段
温度
24
0
压力（bar）
125
125
流量%
85
75
②
在上面的基础上只改变流量
一
二
流量%
90
80
③
温度与与流量与上面一样只改变压力
一段
二段
压力（bar）
130
130
④
在上面的基础上只改变流量
一段
二段
流量%
95
85
⑤
在上面基础上改变压力与锁模力
一段
二段
压力（bar）
135
135
慢
快
低
高
锁摸力
20
50
40
110
⑥
再改变锁摸力
慢
快
低
高
锁摸力
20
50
40
105
⑦
在改变锁摸力
慢
快
低
高
锁摸力
20
50
40
100
⑧
在上面基础上再改变注射压力
一段
二段
注射压力（bar）
130
130
3.1.2结果分析
样品①有点毛疵尺寸变小，样品②还是有毛疵，有一边尺寸变小，样品③尺寸稍微有所变大，样品④毛疵又有所增多但尺寸有所变大，⑤没有毛疵尺寸虽有增大，但还是偏少，⑥又有毛疵出现但比较少⑦毛疵继续增加⑧基本如此，尺寸稍差，有一点点毛疵。
结论：
第八个样品的参数是最合适的
3.2PP的参数设定
射嘴
一段
二段
三段
四段
五段
实际温度
231
232
231
215
31
31
设定温度
235
235
230
215
0
0
上限
+30
+30
+30
+30
+50
+50
下限
-30
-30
-30
-30
-50
-50
3.2天然橡胶、丁苯橡胶的混炼与硫化
3.2.1混炼工艺
（1）、根据实验配方，准确称量生胶与除液体软化剂以外的各种配合剂的量，观察生胶
与各种配合剂的颜色与形态；
（2）、检查开炼机辊筒及接料盘上有无杂物，如有先清除杂物；3、开动机器，检查设备运转是否正常；
（4）、将辊距调至规定大小（根据炼胶量确定），调整并固定挡胶板的位置；
（5）、将塑炼好的生胶沿辊筒的一侧放入开炼机辊缝中，采用捣胶、打卷、打三角包等方法使胶均匀连续的包于前辊，在辊距上方留适量的堆积胶，经过2—3分钟的滚压、翻炼，形成光滑无隙的包辊胶；
（6）、按下列加料顺序依次沿辊筒轴线方向均匀加入各种配合剂，每次加料后，待其全部吃进去后，左右3/4割刀各两次，两次割刀间隔20秒钟；
加料顺序：
小料（固体软化剂、活化剂、促进剂、防老剂、防焦剂等）→大料（炭黑、填充剂等）→液体软化剂→硫黄与超速级促进剂
（7）、割断并取下胶料，将辊距调整到0.5mm，加入胶料薄通，并打三角包，薄通5遍；（8）、按试样要求，将胶料压成所需厚度，下片称量质量并放置于平整、干燥的存胶板上（记好压延方向、配方编号）待用。
（9）、关机，清洗机台
3.2.2硫化工艺
无转子硫化仪:
是橡胶加工行业控制橡胶质量，快速检验及橡胶基础研究应用最广泛的仪器，为橡胶最优化配方组合提供了精确的数据，可精确测出焦烧时间、正硫化仪时间、硫化指数及最大、最小转矩等参数。
工作原理:
将橡胶试样放入几乎完全密闭的模腔内,并保持在试验温度下,模腔有上下两部分,其中下部分以微小的线性往复移动（摆动振荡）,振荡使试样产生剪切应变,测定试样对模腔的反作用转矩（力）,此转矩（力）的大小取决于胶料的剪切模量。
硫化试验开始后试样的剪切模量增大,计算机机实时显示并记录转矩（力）,当转矩（力）上升到稳定值或最大值乃至返回状态时,便得到一条转矩（力）与时间的关系曲线,即硫化曲线的形状与试验的温度与胶料的特性有关。
3.3.3丁苯橡胶混炼配方及结果
（1）配方
SBR
100
防老剂
1
石蜡
3
碳黑
30
硫磺
2
（1）硫化结果
3.3.4天然橡胶混炼配方及结果
（1）配方
NR
100
防老剂
1
石蜡
1
碳黑
30
硫磺
2.5
（2）硫化结果
图一，图二，分别为丁苯橡胶与天然橡胶的硫化结果，从图中可以看出，两种橡胶的硫化结果与相似，但也有一定的差异，丁苯橡胶的最低转矩小于天然橡胶的最低转矩，说明丁苯向胶的流动性比天然橡胶要好，从图中还可以看出，两种橡胶的T90都很大，说明两种橡胶的硫化速度都很慢，这样会导致产品的硬度低，产效也低，可能的原因应该也是多方面的，比如橡胶的混炼过程，温度没有控制好，也有可能是混炼中添加剂的加入顺序出现了错误，导致混炼后的橡胶没达到性能要求。
4.总结与分析
这次工艺设计是采用了挤出与注射的操作流程，通过以注塑机、开炼机与硫化仪做为加工设备。
而进行这些流程操作与机械操作是为了让我们熟悉化工工艺流程与提高实际操作能力。
同时了解工厂的生产流程。
此次的实验的最重要之处在于它让同学们自己动手去查阅了资料，思考以及后来同学们一起合作完成的实验，实验中，老师作为指导，同学们亲自上阵动手操作，比我们在工厂实习所得到的体验是完全不一样的，虽然我们的产品品质算不上很好，但是通过直接的对着中大型的仪器的使用，使我们有更深刻的了解。
对于还在学校的我们来说，获得一次像企业一样的实习尤为重要，虽然这次不是在企业里面，但是所用的仪器是一样的。
所以我们通过这次的实验也了解到了在企业里面想要获得一种产品的制造参数也是要通过不断的实验来得到的，为此，我们为得到更完美的产品，就经过了多次次的实验，不断的改进设置参数以获得更好的产品，结果是令人满意的。
5.参考文献
[1].李德群，张宜生等，现代塑料注射成型的原理、方法与应用.上海：
上海交通大学出版社，2005
[2].王永平等，注塑模具设计经验点评.北京：
机械工业出版社，2004
[3].贾莉莉，挤压工艺及模具.北京：
机械工业出版社，2004
[4].张荣清，模具制造工艺.北京：
高等教育出版社，2006
[5].周达飞，唐颂超，高分子材料成型加工.上海：
中国轻工业出版社，2005.
化学化工学院课程设计评分表（Ⅰ）
专业班级高分子1101姓名雷巍学号___2_______________
评价单元
评价要素
评价内涵
满分
评分
知识水平
30%
文献查阅与
知识运用能力
能独立查阅文献资料，并能合理地运用到课程设计之中；能将所学课程（专业）知识准确地运用到课程设计之中，并归纳总结本课程设计所涉及的有关课程知识
20
课程设计方案设计能力
课程设计整体思路清晰，课程设计方案合理可行
10
说明书质量
50%
文题相符
与课程设计任务书题目相符，内容与文题相符
5
写
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