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新型高分子功能材料--磁性塑料

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发表于 2000-12-20 09:06:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
  磁性塑料是七十年代发展起来的一种新型高分子功能材料,是现代科学技术领域的重要基础材料之一。磁性塑料按组成可分为结构型和复合型两种,结构型磁性塑料是指聚合物本身具有强磁性的磁体,这类磁性塑料一向处于探索阶段,离实用化还有一定的距离;复合型磁性塑料是指以塑料或橡胶为粘合剂加工而制成的磁体,这类磁性塑料现已实现商品化,目前用于填充的磁粉主要是铁氧体磁粉和稀土永磁粉。
% A* ?) n+ X1 a: v" H    A$ I; s3 X$ Q) e& N
  一、磁性塑料的主要优点. k6 u; i: n* p. F8 P
  磁性塑料的主要优点是:密度小、耐冲击强度大,制品可进行切割、切削、钻孔、焊接、层压和压花等加工,且使用时不会发生碎裂,它可采用一般塑料通用的加工方法(如注射、模压、挤出等)进行加工,易于加工成尺寸精度高、薄壁、复杂形状的制品,可制成型带嵌件制品,对电磁设备实现小型化、轻量化、精密化和性能化的目标起着关键的作用。
+ J, K8 w& R1 I! `  {  二、国外发展概况及发展趋势
$ u- M$ \0 i6 P- w- b* ~  磁性塑料的生产可采用多种复合技术,如挤出成型、注射成型、压延成型和模压成型,因此在高聚合物成型加工技术高度发达的今天,磁性塑料得到了迅速的发展。近几年磁性塑料的产量连续以每年10%~14%的速度递增,发展势头强劲。据统计,西方世界1992年铁氧体磁性塑料的产量达85000吨,粘接NdFeB730吨,粘结稀土钴155吨,前两种材料分别占总产量的40%和30%。同年磁性塑料的产值达8.34亿美元,约占整个永磁市场份额的40%。磁性塑料中产量增长最快的是各向同性NdFeB,从1987年上市以来的6年间大约增长37倍,年均增长68%,到1994年西方世界磁性塑料市场为9.25亿美元,占永磁市场的37%。
" F* n& J+ {0 v. p6 t7 i  此外,值得一提的还有近几年发展起来的稀土类磁性塑料。虽然目前国际上这类磁性塑料产量还比较小(如美国的稀土类磁性塑料约占其磁性塑料总量的10%,日本则仅占1.4%),但发展速度极快。稀土类磁性塑料与传统的烧结型稀土磁体相比,虽然在磁体耐热性方面稍差,但其具有的成型性及力学性能优异、组装和使用方便、废品率低等优点,都是烧结型稀土磁体所无法比拟的。虽然其磁性能不如烧结稀土磁体,但优于铁氧体烧结磁体。
% f5 k6 a, j, @8 U, _0 s  三、国内发展概况! |5 T2 p8 d9 p1 i3 r
  我国的磁性塑料发展较晚,八十年代初从国外引进电冰箱门封条生产线,随后国内进行仿制,年产永磁条约3000吨,除供国内电冰箱使用外,还有部分出口。到"七五"初期,由化工部和电子部联合上磁、天磁、899厂、880厂、906厂及北京市化工研究院等单位成立了磁性塑料攻关小组联合攻关,磁性塑料开始在我国走向实际应用。目前应用较多的是铁氧体磁性塑料和稀土类磁性塑料。/ h7 [6 Z" M9 Z- q1 o$ P; _0 ?7 b  _) W
  1.铁氧体类磁性塑料:
' ?3 r( m: O# l4 Z& ?7 V7 @6 ]8 C9 l  此类磁性塑料为目前使用较多的磁性塑料,其所用铁氧体磁粉一般为钡铁氧体磁粉和锶铁氧体磁粉,使用的树脂主要有尼龙6、尼龙66、CPE、PE、PP、EVA、EPS等。北京市化工研究院进行了以尼龙6/尼龙66与钡铁氧体和锶铁氧体进行共混体系的研究,并通过树脂共混,研制成功彩色显像管会聚组件用磁性塑料。浙江工学院进行了PVC/CPE/钡铁氧体磁粉共混体系的研究,并在此加入第三组份LDPE或ACR,以改善其流动性,北京化工学院也进行了CPE为基材的电注箱门封条和微电机磁钢的研制,并在东风微电机厂得到应用。/ o5 @5 F% D$ z2 y/ a: \! X! t
  磁性塑料与烧结磁铁同样有各向同性和各向异性之分,在相同材料及配比条件下,各向同性磁性塑料的磁性能仅为各向异性磁性塑料的1/2-1/3。制作各向异性磁性塑料的方法主要有磁场取向法和机械取向法。- S9 q8 o: v, |3 u- H
  2.稀土类磁性塑料的制作目前主要采用压缩成型的方法。
3 i0 K/ P% z/ _+ R, `. m& p  其主要工艺过程是:将稀土磁粉进行表面包覆处理后与热固性树脂混合均匀,用750MPa的压力压缩成型,在约150~170℃下固化,通常使用液态双组份环氧树脂或酚醛树脂作粘接剂。( c$ Z) p4 n! k; L+ Z; k
  四、发展前景) q1 P* N" v. ]- Y& F
  磁性塑料做为新型功能材料,以其固有的特性而广泛应用于电子、电气、仪器仪表、通讯、文教、医疗卫生及日常生活中的诸多领域中,其产量和需求量正在不断地增加,生产技术日趋完善,虽然目前磁性塑料的研究及应用在我国尚处在发展的初级阶段,但在某些新的领域,已经得到应用,具有很大的发展潜力。
( R* T1 R, a0 S8 f2 U一)三层复合保温管发展概况及市场需求) ]4 g0 `: r5 ~" u$ Y: Z+ r$ p
三层复合保温管是以聚氯乙烯(pvc)软料与聚氯乙烯(pvc)硬料复合缠绕管为内管,缠绕发泡塑料条为夹层,再以软pvc为外保护层的功能性塑料管材,主要用于制冷设备上,如冷冻机、冰箱、冰柜、空调器上。该保温管质轻、阻燃、保温性能好,安装方便,可连续生产,生产成本比铜管、铝管低许多。
# k/ @& X  B5 X经工艺研究及小试验,确定三层复合保温管的材质为pvc。随着我国引进工程的陆续投产,pvc的产量将大幅度增加,原料来源广且价格便宜,原料立足于国内,便于国产化。
* ?+ v3 N0 m' vpvc是国内外通用塑料中产量最大、应用量亦最大的一类品种,用其生产的保温管的冲击强度、硬度及刚性适宜,耐热、耐寒性好,成型性好且可连续成型,着色性好,可生产各种色彩艳丽的产品,化学稳定性好,对霉菌、细菌有抵抗性;品种多可供选择性强。$ ~8 ^  i" @0 c7 ?0 M
以空调器为例,国内空调器(柜机与挂机)的年产量约600万台,每台空调器需1m左右保温管,则空调器对保温管的需求量即为600万米,需10条保温管生产线。再加上其它制冷设备对保温管的需求,则每年对三层复合保温管的需求量是非常大的。& s! v- y3 N/ ~& E  t9 @, u
该项目技术水干高、市场前景好、产品竞争力强,原材料可以立足于国内,有较好的产业化基础,项目具有较强的示范、辐射效应,其经济效益和社会效益显著。
/ y0 b! \: _) j) r5 K' j6 Y(二)工艺流程
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 楼主| 发表于 2000-12-20 09:10:50 | 显示全部楼层
(三)三层复合保温管成型设备; A2 S  Y1 D+ _
(1)φ45出机二台
2 `$ [8 h+ _) B( _9 u2 O(2)φ30挤出机一台
8 e3 a7 p8 E0 T: k9 D" `, [1 [(3)复合机头二个. A7 I& j4 j$ y# B
(4)牵引机二台$ }4 D. g0 V+ a) S3 |) r: {5 f
(5)送条机一台  U* j4 [0 @) i, u6 u0 x
(6)喷淋冷却装置一套
7 I2 F. z2 v4 r(7)切割机一台
9 i5 ~3 R5 s+ H5 f(8)翻板一台9 g* D( V9 T  {: B& g. U; M! S+ q
一、 世界塑料原料生产发展概况及预测[1] " v5 T- D9 v3 J  `3 j# h. U
  进入90年代,世界经济开始复苏,并呈现加快增长的势头,作为材料工业的世界塑料工业的生产与销售也一直保持稳定的增长趋势。2000年世界塑料产量163000kt,比1999年增长3?6%。1995~2000年年均增长速度6?3%。据预测:2007年全世界塑料需求量将达到210000kt,2026年将达到38000kt。2000~2007和2007~2026年年均增长速度将分别为3?7%和3?9%。其中通用性塑料将分别达到195000kt(占塑料总需求量92?9%)和350000kt(占92?1%);工程塑料分别达到7000kt和1700kt;专用塑料将分别达到350kt和1200kt;复合塑料将分别达到100kt和430kt。2 z, H$ o6 n- S& e/ G
2000年世界主要地区塑料原料的分布欧洲产量占首位,为52000kt,占世界总产量31?9%;其次亚洲50700kt,占31?1%;北美洲由过去一直居首位而退居第三位,产量为50000kt,占30?7%;中南美洲8300kt,占5?1%;澳洲1100kt,占0?7%;非洲900kt,占0?5%。6 N0 r9 B. e) U3 s0 c
  1999年塑料原料产量占前十名的国家或地区是:美国46200kt,比1998年增长6?6%;日本14569kt,增长3?5%;德国13860kt,增长7•8%;韩国9083kt,增长7?4%;中国7600kt,增长8?1%;法国6250kt,增长4?2%;中国台湾省4990kt,增长7•8%;比利时4400kt,减少0?7%;荷兰4100kt,与1998年持平;意大利3975kt增长0?4%。: ]* _8 L! @7 {2 p
  1999年人均塑料消费水平超过100kg的国家和地区有德国159kg、比利时158kg、美国134kg、意大利114kg、加拿大107kg、以色列104kg、西班牙102kg、丹麦100kg。据BASF分析预测,北美人均消费量1999年为88kg,到2010年将增长到145kg,未来10年增长46%;西欧人均消费量1999年为88?5kg,2010年将达到132kg,增长46%;拉西美洲1999年人均消费量18?5kg,2010年31kg,增长68%;日本1999年人均消费量83kg,2010年121kg,增长41%。1999年世界人均消费量18kg,中国约12kg。
0 B+ N  \6 O5 D/ ]  Z8 W: G  2000年世界塑料原料总消费量约170000kg,其中LD/LLDPE占18%,HDPE13%,PP 17%,PVC 16%,PS、EPS 8%,PET 5%,PU 5%,工程塑料7%,热固性树脂1?6%。据预测2000~2010年各项年均增长率为,LD/LLDPE 4.4%,HDPE 5.6%,PP 6.2%,PVC 4.1%, PS、EPS 5?2%,PET 10?3%。
+ H! F! F) t. R4 o1 j! m/ c- W二、 塑料工业近期技术发展1 x' ^1 {/ V4 v6 M& T' f
(一)原材料主要进展和动向3 k# L8 C. [9 N- k3 v  p& V1 d! Z8 [
1?近年来,塑料工业原料结构没有更多的变化,但在质量方面有较大的提高,改性塑料、功能性塑料、高机动性复合材料均以10%以上的高速持续发展,特别是被喻为明日塑料之星的“ABC”(即塑料合金Alloy、塑料共混物Blend和填充增强复合塑料Composite),通过基础研究和应用研究两方面共同努力,生产和加工技术获得进一步提高和完善,产品性能改进和系列化、功能化方面也取得更大的进展,由于投资少,成本较低,不但满足市场发展需要,而且为塑料加工提供更多的原料选择。
/ L9 G$ l6 R- P9 b0 ^. q8 h  据国外预测,进入21世纪后,“ABC”材料将越来越广泛地进入工业和特殊应用领域。塑料合金近年来发展十分迅速,特别是现场(In-silu)聚合合金化技术,可大大提高力学性能和其它性能,如Himont公司近年来开发的Catalloy聚合技术,可以在聚合釜中直接生产出改性PP合金,使其制品的涂漆性、耐刮伤性和耐热性大幅度改进和提高。互穿网络是合金化技术中最先进的技术,通过反应注塑和反应挤出加工,把两种或多种高分子聚合物很好地联结在一起,使其制品的力学性能得到明显改善。层状分散型塑料合金为特殊性能的塑料合金,包括永久抗静电、阻气、阻燃、生化医学等特性,将进一步满足包装、建材、电子电气、医疗卫生等产业和高新技术的需要。1998年全世界工程塑料合金需要量为720kg,其中PC类(PC/ABS、PC/ASA)和PPO类(PPO/PS、PPO/PA)各占总需求量的44?4%。据预测到2005年年均增长率7%,其中PA类增长最高,约9%~10%。
7 k" {8 W+ `( V" A: B  液晶高分子作为塑料增强剂实现原位复合,能够显著提高塑料的模量、强度和耐热性,为改性塑料提高性能带来新的飞跃。特种功能性塑料如导电、超导电塑料、导磁塑料、光敏塑料、导热塑料、记忆性塑料以及功能薄膜如电渗析膜、微孔过滤膜、超过滤模、血液渗析膜、逆渗透膜、气体分离膜等正逐步进入市场,更好地满足特殊要求。电子束辐射技术在聚合物改性中无需催化剂,能耗低,生产效率高,环境污染轻,产品性能优异等,也正获得越来越广泛的应用。" a1 Z; x  p3 T  N; J
2?茂金属催化剂在合成高性能聚烯烃的生产和应用技术方面已日趋成熟,可为包装、汽车、电线电缆及耐用消费品等领域开发出强度大、透明性好、韧性高、耐热性和电性能优良的聚烯烃和聚苯乙烯。据EPN报导,1999年世界茂金属聚烯烃(MPO)消费量1116kt,其中MPE89?2%,MPP 7?4%,MEPDM2?7%,其它0?7%。据预测2004年世界MPO消费量将达到6356kt,今后将在高立体规整性PP、齐格勒烯烃共聚物(COC)、乙烯-苯乙烯共聚物(ESI)、聚环己基乙烯(PCHE)、热塑弹性体等方面进行研究开发,并进一步开拓用途。另采用单晶点催化剂生产超低密茺VLDPE、(0?88~0.890)、VLDPE弹性体等,可大大改善加工性能,替代乙丙橡胶在医用管、阻透和收经容易民装及电线电缆中广泛应用。4 g1 B; n+ W9 g- e9 r& z: _5 n9 c
3?热塑弹性体(TPE)由于综合了橡胶和塑料的特性,特别是新型热塑性弹性体,如动态硫化聚烯烃TPE(TPO)、嵌段共聚PP和聚烯烃类TPE的共混物、聚酰胺类TPE、含氟TPE、带官能基的SEBS类TPE等的迅速发展,产量正进一步增长,用途和需求量也大幅度扩大,其中汽车和工业用品成为最大用户,医疗制品、粘合剂等也具有较大的市场潜力。如北美汽车工业中TPO的用量年增长率为10%,2005年汽车保险框市场TPO将增长到75%。欧洲目前汽车保险框TPO用量占80%。& W% W/ l4 i5 g+ D
4?精密聚合高分子设计研究十分活跃,可以使人们自由地进行高分子的链结构组合,以得到所期望的各式各样的高分子材料。20世纪后期研究开发的乙炔扩散法聚合、阳离子活性聚合、立体特异性阴离子聚合,INFERTER聚合、金属茂催化剂立体特异性活性聚合、乙炔立体活性聚合,烯土类立体活性聚合等,正向实用化迈进并成为今后重要的发展方向,预测到2010年其产品将实现产业化。
& T7 v) D7 `5 b% k5 J5?生物仿真技术在高分子合成中的应用发展迅速,如用光合作用和酶催化技术合成高分子材料既高效又节能。2 k7 F' E2 u' n2 R
6?热氧化降解、可环境降解、生物降解塑料的研究开发成为治理塑料废弃物污染环境的热点课题,受到世界瞩目,目前正在逐步进入实用化阶段。
9 S$ y3 A8 E$ H, U! E. h  V(二)塑料成型加工技术的进展和开发动向
0 _( U+ m. l) O& P1?当前塑料成型加工工艺仍主要以注射成型、挤出成型、中空成型为主,但有了许多新进展。7 `% m- z- w3 D) t7 o3 N. i
1)注射成型的主要技术进展是开发了多种新型注射成型技术,如超高速注射成型、精密注射成型、薄壁注射成型、气体辅助注射成型、水辅助注射成型、三维MID注射成型、层状结构注射成型、结构发泡注射成型、低压注射成型、注射压缩成型、嵌件注射成型、反应注射成型、结构反应注射成型(SRIM)等;特殊注射成型技术,如浇口止封成型、推-拉注射成型、夹芯注射成型、复合注射成型、回路基盘注射成型、光学部件注射成型等;以及特殊材料如高性能工程塑料、复合塑料、高粘度塑料、超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯、低粘度液状树脂(LIM)、热塑料弹性体、金属粉末(MIM)、橡胶、陶瓷等的注射成型技术。此外为改进制品质量还开发了长纤维破断抑制成型、定向控制成型、表面光泽成型、表皮一体成型、表面装饰成型、溶融中子成型等。
2 M4 w/ ]6 |5 d  V" A8 Z2)挤出成型技术的发展从柱塞式间歇挤出到螺杆式连续挤出:从单螺杆到双螺杆、多螺杆;螺杆结构由普通型发展到分离型、屏障型、销钉型、波状、DIS、多角型等;长径比根据要求由原来十几增加到30、48甚至60;挤出理论由固体输送理论,发展到熔融理论、熔体输送理论、粘性剪切理论、混炼理论等;新型挤出技术如高精度挤出、异型挤出、多层共挤出、反应挤出、机电磁一体化和动态塑化挤出等也蓬勃发展。据报导,利用低剪切熔融理论和新的高效喂料技术以及将双螺杆技术的某些理论应用于单螺杆上,是挤出技术未来发展方向。% e- T  t1 U. m$ ~
3)中空成型及其它成型技术的主要进展:双壁中空吹塑技术、三维中空成型、多层中空成型、保留型芯吹塑成型、多层滚塑、固相多层成型、微孔发泡成型、空气发泡成型、多层双向拉伸、口模牵伸技术等。; C; E0 a3 v" v3 o; z; w$ l& l4 V
2?近年来,成型加工技术开发的总趋势是对与已有的原材料—成型加工—评价方法等有关的技术奥秘进行最大限度挖掘,根据外部技术导入,对满足特性要求的适应加工方法及其进展等有关技术进行综合性重新评价,可概括为以下几方面:( @* I- y2 b0 x* m- s  `
1)根据对原有加工技术的基本评价,通过简化工序、省力化、原料配方的最佳选择、复合化及与其它材料一体化加工等措施达到高性能化和降低成本。, s5 v$ A& M5 @* i) O& g. g3 Y
2)开发适合材料物性的成形加工法,采用利用高次构造(高晶化、分子定向等)的成形加工方法,如利用溶融压缩性的加工法、利用PVT特性的加工法;SCORIM/SCOREX/SCORBEND法的应用,浇口凝封注射成型等。6 ^. R9 i6 o/ A, u$ `7 b  L$ m+ }' @
3)相接技术的研究,是将不同成形加工技术进行组合的加工方法,如注射压缩法、挤出—压延法、挤出压缩法、注拉吹成型法、挤拉吹成型法等。
1 ~& p% _  }& }3 Q4)研究开发和进一步完善新成型技术,如气体辅助成型技术、高空洞成型(H2M)技术、利用超声波•高周波加工技术、注射•压缩•热成型技术、高焊接强度加工技术、高中空注射成型技术、夹芯注射成型技术、融熔快速成型(FDM)技术、超大型注射成型技术、薄型注射成型技术等。! e6 M. J% z, F: Y+ g- `
5)制品表面改性方法,如与热固性树脂一体化加工、模具温度可调成型法、复合、涂层、等离子喷涂等。
6 u2 d* z8 ^, G; l" t6)以回收利用再生料为对象的制品设计和加工法。
4 z# q1 K9 [# r  G7)通过技术突破和合作开发,提高生产效率。实例详见表1。
# j2 y' g5 `% S# {! Q(三)塑料机械和模具的主要进展和开发动向9 s/ b* A: M2 V, @$ q
1?塑料机械主要发展趋势是朝着组合结构、专用化、系列化、标准化、复合化、微型化、大型化、个性化、智能化方向发展。用户可以根据自己的实际要求,进行“组合和匹配”。另外围绕节能、省料的技术方针及满足专用材料和特殊用途的需要,开发了许多新型设备和特殊专用设备,如低压注射成型机、气体辅助成型机、夹芯注塑机,薄壁注塑机、结构反应注塑机、超高速注射机、注射压缩成型机、直接传动高速挤出机、多层挤出机、反应挤出机、动态交联反应挤出机、高速及高效混炼双螺杆挤出机、可抽出螺杆挤出机、橡胶用挤出机、电磁动态化挤出机、双向拉伸挤出机、双壁中空吹塑机、数控多坐标中空成型机、三维中空成型机等。6 Z3 k5 K) T+ W" t& k! f
  近年来,原料成型技术与成型机械的配合更为紧密。原料及成型技术的不断提高以及高性能化要求成型加工机械及周边机械与之配套,而加工机械的进步又促进成型加工技术的进步。其开发动向:
) ~( x# S; {/ F1)以最适应的成型加工条件为目标的各种控制技术及其高度化—专家系统,开环和闭环控制日益普及,并设计各种高性能螺杆,开发薄膜、片材、中空制品等多层复合成型设备。$ E1 P- u" s, H" s  g& a
2)开发精微控制、低噪音及性能优良的全电动性注塑机,电动和油压并用的电动注塑机。开发生产多品种、少批量、高附加值注塑机和成型技术,如4套模具自动换位注射成型装置,多种成型制品在注射完毕后,在模具内组装完毕的制品的组合模具。
" W0 a1 P1 g& M! I: c3)可减低残留应力的加工机械,如各种低压成型或适应压力成型的加工机械,模内压力控制法、注塑压缩成型机等的开发日受重视(见表2)。
: _; f$ j$ H+ w7 _! a3 C( {4)多材、多色成型机,如多层专用加工机、夹芯注塑机、SP成型机、回收利用专用机、hoop成型机、软硬材料一体成型机等。$ N; B4 Q3 w: w6 u. ^: \3 Q- B
5)提高制品性能为目的的加工机械,如排气式注塑机、真空注塑机、超薄制品专用注塑机、超高速注塑机,以及结晶性成型材料中空吹塑成型机,可提高制品外观、强度、耐候性、保鲜性、阻渗性等。8 v. J, Z; F9 A4 C
6)开发适于线上焊接、表面改性的加工机械,如最优虹吸(siphon)注塑机(BSM)、模内温度可控注塑机。
! H' p& N& T6 X7 X% w! j( I7)开发高效节能型的塑料除湿设备,以防止材料在100℃以上进行干燥除湿时变色及性能下降等技术问题。; W2 R% v: w0 ?, M. }
8)微型机随着电子、信息、电器、医疗、生产等行业的迅速发展,需求日益增多。国际上已成功开发出质量为万分之一克的注塑机,管材直径为1mm的挤出机和容积为3ml的中空吹塑机。据了解,一些发达国家正在研究能替代人体血管的直径小于0?5mm的塑料挤管机;日本正在开发质量为十万分之一克的注塑机。# J: Q2 W9 A5 G0 U7 y& J8 x, g% o
9)大型化塑机也是当前发展方向之一。目前国外已开发小轿车车身板用的8000KN注塑机;?2000mm的塑料管材和宽度10M的挤出机以及容积为5000L大型设备的中空成型机也开始投放市场。  F0 P9 C6 y# k* z2 ~/ ~  @
10)个性化也是当前塑机发展的另一个关注热点,如动模板可移动又可转动的注塑机,大型面积小合模力或大合模力小注射量的注塑机,混料与注射联用成型设备,配备有特殊外围配套装置的挤出生产线,木塑共混成型加工设备以及以高度混炼、分散为目标及省能、省空间、低温加工用的各种机械均得到较快的发展。
' r( I5 l# D* J* g7 q! |, u2?在成型加工过程中,模具和模头占重要的位置。近年来计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助分析(CAE)和计算机模拟分析软件等在模具和模头的设计制造过程中进一步普及和发展。从而提高模具精度,大大缩短制作周期。此外在模具及模头的材质方面,有效采用新开发的特殊钢、充气金属、非铁系金属等也将取得更大进展。6 n* R& g  H- ~5 ]" Y( ?6 @
3?关于计量、控制、评价方法,CAE分析软件的精密化,广泛应用的适用化技术也获得很大进步,并通过仿真模拟,可以正确的设计制品。物性计量技术和计量仪器进一步确立。塑料机械工业产品的自动化控制技术目前已发展到相当水平,设备单元的自动控制、参数的闭环控制、过程联运、在线反馈控制等电子计算机技术在塑料加工上得到广泛应用,目前正向智能控制功能的塑机发展,使无人操作、无人车间、无人工厂得以实现。近年来令人注目的评价法是根据可视化鲜明现象,物料在机筒内的举动,由固体到熔融态、混炼和分散举动全过程都可直接观察,由此可大大促进工艺改革和技术进步。可视化在注射、挤出、中空成型中都已实用,今后可视化解析技术用于成型加工特性的评价方法会有更大进展。关于材料的物性评价方面,与生产线直接连接的方式、实时控制方式的实用化也将进一步发展。
 楼主| 发表于 2000-12-20 09:11:18 | 显示全部楼层
三、 塑料材料应用的主要进展和开发动向# i* T( \1 d- O2 i7 v' H# E
  众所周知,塑料材料具有许多特点:质轻、强度大、耐腐蚀、易加工等等,特别是20年代末迅速发展的高性能、多功能塑料,“ABC”材料等的广泛应用,可以节约能量,节省原料,增加功能,延长寿命,从而可降低成本和适应环保及经济持续发展的要求,已成为包装、建材、农业、汽车、航空航天、电子电气、医疗卫生等部门进行技术变革,促进技术进步和开发高科技产品必不可少的新材料。7 y" s- h) a! F! d
1?包装工业! w5 A$ b+ j+ |5 m1 @7 ]
  21世纪,为确保经济的可持续发展,塑料包装材料与保护环境的协调发展更显重要。为适应新时代的要求,塑料包装材料在以节省资源、节约能源、保护环境等总的技术发展方针的指引下,高机能性、多功能性、环保适性塑料包装材料成为许多国家的开发热点,如保质、保风味,延长货架寿命的含高阻透层的多层复合材料;防霉、防虫灭菌的粮食,糖果糕点多功能性保鲜材料;适应不同气调环境的微孔果蔬保鲜材料;适应较长时间冷茂贮运水产品的保鲜材料;适应特殊用途的选择透过性及防锈、防电磁的特殊功能性包装材料以及将使传统包装材料产生巨大变革的纳米复合包装材料等蓬勃发展。为适应人们生活节奏加快,方便人们生活,提高人们生活质量的蒸煮袋和微波炉容器所需的耐热材料也迅速发展;为减少包装废弃物适应保护球地环境需要,可多次循环再用或易回收再生利用或易被环境消纳,降解或可堆肥化的降解塑料,可食用材料等成为重点开发的产品,并逐步进入市场,特别在一次性包装材料、航海包装用品、医用包装用品以及特定应用领域具有较大的市场潜力。- `1 m" Z+ M5 P. b% k5 G! l+ B7 j. }
  近十年来,我国塑料包装行业处在高成长时间,2000年塑料包装总产量达3000kt,“九五”期间年均增长速度达14?6%,据有关部门统计,90年代以来发展迅速的产品有:BOPP:生产线78条,总生产能力约450kt/a,产量300kt;BOPET:生产线15要,总能力100kt/a,产量50kt;BOPA生产线1条,总能力3kt/a,产量3kt;BOPS生产线7条,总能力约200kt;复合薄膜生产线300多条,产量170kt;PET瓶生产线80多条,总能力150kt/a,产量4?5亿个。据有关部门调查,我国塑料包装材料的市场潜力是很大的,仅从2000年几类产品的需求量来看,如化肥产量18000kt,需包装材料900kt,水泥2亿吨,需包装材料1000kt,饮料10000kt,需包装材料500kt,粮食4?9亿吨,需包装材料600kt,水果4000kt,蔬菜1亿吨,共约需包装材料500kt,流体食品包装膜、食糖食盐包装膜等需500kt。据此预测,到2005年我国塑料包装材料(制品)总需求量将达5500kt。) L9 Z7 |( s4 P8 K
2?建材工业% H7 a( h! q1 p' I5 f
  化学建材是当代继钢材、木材、水泥之后新兴的第四代新型建筑材料。塑料在建材中获得广泛应用的主要因素之一是除塑料自身所具有的优良性能外,主要与世界能源日益紧张有很大关系。从材料生产能耗比较,如以PVC为1,则钢材为4?5,铝材为8?8,从应用节能效果比较,塑料管比金属管可减少生产能耗30-50%塑料窗比铝窗可节省采暖能耗约30%。因此塑料建材的迅速发展和广泛应用,不仅能大量代钢,代木,而且是一种节能效益十分显著的产品。
$ x1 r# ]5 J% U4 l9 |  A2 ~; O  国外塑料建材发展十分迅速、美国1999年塑料管材需求量占管材总需求量的38?3%,1989~199年年均增长率6?4%,远超过其它传统管材。据预测2004年塑料管材需求量在管材总需求量中约占40%,1999~2004年年均增长率仍以较高速度增长,约3?5%,2000年欧洲管材市场消耗的塑料总量为3500kt,预计2005年将达到4100kt,年均增长率3?1%,其中西欧2?4%,东欧5?4%;PP和交联PE(PEX)增长最快,PP为9%,PEX5?5%(室内取暖),主要用途:排污30%、灌溉16%、建筑15%。增长最快的应用领域为气体运输、电缆导管和建筑管线。西欧塑料门窗90年代占据了较高的市场份额,特别是德国塑料门窗在建筑用门窗总市场约占70%。其它塑料建材品种,如高分子防渗材料,新型塑料泡沫塑料夹心板体保温材料、室外披叠板,装饰材料等也不断推出新的品种,发达国家中塑料建材在塑料总消费量中仍然占20-25%。据有关部门调查统计,我国当前引时的塑料异型材挤出生产线500多条,国产2000多条,实际加工能力1300kt/a以,产量超过300kt,塑钢门窗占我国建筑门窗市场的15%;据预测,到2005年要达到20%以上;采暖地区市场占有率50%以上,其它建筑节能要求地区不低于35%;2015年市场平均占有率达40%,最高达60%以上。但也必须充分注意近几年进入市场的玻璃钢门窗和彩色铝合金门窗,也正在成为门窗行业的新亮点,并将在今后门窗市场,与塑钢门窗呈“三足鼎立”之势。" y8 G+ Q% B. ?5 g, `5 Q
塑料管材是产量大,用途广的塑料制品。近几年来,由于政府部门的大力推动,塑料管材增幅很大,2000年预计消费量达500kt左右,除工业生产和农业灌溉用以外,建筑用塑料管消费量约为300-400kt,其中用量较大的是建筑排水管、城乡供水管、电工套管。据《国家化学建材产业“十五”规划和2010年发展规划纲要》,2005年全国新建城市供水管道(?400mm以下)50%、村镇60%采用塑料管;2010年目标,分别上升到70%和80%。另据天然气发展规划,2005年148个城市将使用天然气,年使用气量达202亿立方米,2010年将增至270个城市和414亿立方米用气量。输送到用户的中压燃气管管网采用HDPE管,具有连接可靠、不泄漏、具柔性和不易损坏等优点。又据预测,到2005年我国各种塑料管的需求量约为800-1000kt,除了建筑排水管、城乡给水管将逐步扩大推广,燃气管和埋池排水管将会有较大增长,PE天然气输送管网,特殊(无交联)PE热水管,光缆护套用硅芯管,网塑复合管及管件等是值得关注开发的产品。' y$ B" e) B  Y* x# P7 n) }4 n
3?农业
( B. O7 u' K7 Y4 \4 c$ f6 |  当前在全球范围内,各国均同样面临人口不断增加,可耕地日益减少,土地质量下降,水资源日趋贫乏的问题,在这严峻的形势下,如何提高农业单产,提高质量,节约水耗,确保农产品丰产丰收等,是世界各国必须严肃对待的一个大问题。为此多年来国内外对塑料作为农业增产,节水资材予以报大重视。功能性农地膜、棚膜,环境适性农地膜,新型塑料日光温室材料,禽畜舍覆盖材料,浅海深海水产品养殖及捕捞器材,高机能,多功能果蔬保鲜材料,高效塑料节水器材,新型微灌器材,大型功能性复合防渗材料等正积极开发和广泛应用。
& o5 A6 X7 ]9 E  A( v. }  据有关部门不完全统计,当前我国农地膜生产能力2000kt/a以上,实际产量超过1000kt/a,其中地膜450多kt,地膜覆盖面积1亿多亩,棚膜2000万亩左右。据预测,我国可覆盖面积地膜为5?5亿亩,棚膜为5000万亩。因此地膜和棚膜发展潜力很大。据农业部预测,到2005年,全国地膜覆盖面积将达1?7亿亩,园艺设施栽培面积将达到2300万亩,再加上氨化膜、青贮膜、饲草用缠绕保鲜膜、塑料育苗容器、遮阳网、防虫网、水产养殖器材、捕捞网具,农产品贮运保鲜材料,农药器械等,约需农用塑料3000kt/a。又据水利部门初步规划,“十五”期间节水灌溉工程面积新增1?4亿亩,加上目前现有2?4亿亩,累计达到4亿亩,其中喷溉7900万亩、滴灌1000万亩,管道输水1400万亩,渠道防渗5000万亩,需要各种塑料节水器材和各类管材与管件、灌水器、喷头、防渗用薄膜、土工编织布等1700kt/a。
! p8 p9 u! F1 I' [4?汽车工业, H" ?8 g5 n1 v; [
  20世纪90年代以来,计多国家汽车工业重要变革之一是提高时速,降低能耗,其主要对策是更多的采用塑料件以减轻车体重量。国际上已将车用塑料特别是工程塑料用量的多少作为衡量一个国家汽车工业发展水平高低的重要标志之一。据报导,现在每辆汽车用100kg塑料,可替代200~300kg其它材料,相应地在150000km的平均寿命里程中可减少燃料消耗75L。此举尤其对美国汽车公司平均燃料经济性(CAEE)的推出更显重要。据估计到2003年,每辆汽车平均重量要减少8%才能达到每行驶100km耗油6?7L的CAEE标准。目前国外工业发这国家每辆汽车平均塑料用量已达120多kg,占汽车总质量的12%~20%。PP塑料合金和热塑弹性体的保险框占保险框总重量的70%以上。另又据报导,英国福特汽车公司制造的52马力、汽缸容量1L的塑料发动机,与金属发动机比较,质轻、耗油量减少5%,噪音减少3?1分贝,废气排除量减少20%。据预测,2013年各类汽车中将有一半是用可回收塑料复合材料制造的。5 _6 l, v9 Q' X. T0 ?- Z
  90年代以来,塑料在我国汽车制造业的应用已日益广泛,用量逐年增加。据预测,我国2000年汽车产量达197万辆,汽车生产用塑料达138kt,其中经济型汽车塑料用量50~60kg,中高级汽车60~80kg,甚至是100kg,中型载重汽车50kg。平均每辆汽车用塑料70kg,占汽车自重的5~10%。据有关部门规划,2005年我国汽车产量为320万辆,汽车生产用塑料195kt,维修用量302kt,合计达497kt。当前我国部分汽车内装饰件、外装饰件已初步实现塑料化,并逐步向功能件与结构件方向发展。
* \7 A8 x9 Y0 b$ D5?航空航天工业  u. \/ r$ ]/ E: m" b$ Q
  当前航空航天工业技术进步着眼点之一也是减轻机体重量,以加快飞行速度,节约能耗。如美国洛克西德航空公司复合材料中心,采用新型热塑性树脂为基材的增强复合材料,制造的战斗机前体结构,结构体重量可减轻40%,紧固件减轻73%。以F-5战斗机为例,机重若减少15%,飞机滑跑距离缩短30%,航程增加20%,有效载荷将增加30%。美国计划2000年战斗机用高级塑料复合材料占结构总重量的50%。欧洲21世纪的航空航天发展规划(如德国的SANGER、法国的HERMES、英国的HTOL)都非常重视使用先进的高性能新型合成材料和高级增强塑料复合材料,在宇宙空间站、人造卫星和航天飞船上用于制造蜂窝式结构的外壳、机体外板及其它结构件。
$ X8 y# h+ I6 K# y$ I+ n! w6?电子电气工业
9 d4 s' V! I! Q$ K  @  环绕节能省料的技术发展方针,当前和今后,电子电气产品结构正向短、小、轻、薄方向发展,对高电磁性能塑料合金、超导电塑料、电磁波屏蔽材料、光机能性材料、高性能复合材料等,在量和质方面都提出了更高要求,另外高性能电线、电缆,通信用塑料、光学纤维、新型传感器用塑料以及信息技术处理中用的各种记录、存贮材料,CAD用静电记录模,缩微用胶片等在信息化社会中需求量日益增大,这些又将大大促进塑料材料的发展。特别值得关注的是当前在微芯片的开发上,塑料芯片正在逐步取代硅芯片,将成为芯片行业中极有发展潜力的新一代芯片。据预测,到2004年全球塑料芯片行业的平均销售额将达到100亿美元,与硅芯片比较,其价格仅相当于硅芯片10%以下,预计将首先在条形码扫描仪等中使用。
8 d( u; A5 `% P, M7?医疗卫生0 v$ h1 @2 \  n
  进入21世纪,随着生物医学工程和现代医学技术的发展,医用塑料也随之迅速发展。据报导,美国人均年消耗医用塑料的费用约为300美元,发达国家医用塑料的消费量以年均5?8%的速度增长。, g4 a$ W0 E0 \2 R
  当前医用塑料的产品结构已从简单的一次性医疗用品、包装材料进而发展到开发适应生物相容性、血液相容性以及其它医疗要求的高技术含量的医用高分子材料,用于制造、增强或取代生物组织、人体器官、外科手术体外循环用品以及外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患及药剂型的医用塑料制品如人工肾(血液净化器)、人工肺(氧合器)、心脏瓣膜、人造食道、人造关节、人造皮肤、手术修补器、整形材料、手术用缝线、各种插管、注射器、输液(血)器(袋)、齿和材料以及在药物系统中起缓释、长效安全的缓释胶囊(球)等,医用塑料属高科技、高附加值且与人民的保健息息相关的具特殊性能的医用材料,其科研、生产和消费水平充分反映一个国家的经济、科技和人民健康水平,而且对挽救垂危生命,造福人类具有重要意义和较大的市场潜力。因此其发展日益受到世界瞩目。我国医用塑料起步较晚,但近年来发展很快,年均增长速度15-20%。据有关部门统计,2000年我国医用塑料制品的产值约为40亿元,占全国医疗器械总产值(300亿元)的13?3%,据预测,到2005年将增长到40%,具有较大的市场潜力。" [+ R8 }  p8 z. L" s0 c
A、培养目标 0 d/ T7 N( C" K' g
本专业是材料科学、机械学、控制学、计算机应用技术交叉渗透的综合性工程技术专业。主要培养具备材料成型及控制工程方面基础知识与应用能力,能在该领域内从事设计制造、应用研究、生产管理等方面工作的应用型工程技术人才。
) x" w% x: _$ g* {/ U8 ZB、培养要求
0 T- L6 K/ K2 |8 m- ?在校期间,学生将系统地学习材料成型及控制工程专业的基础理论,掌握各类成型工艺的基本原理与技术和金属及非金属成型模具的设计与制造方法,具备机电控制技术、现代设计、制造与检测技术的基本知识,受到工程师的基本训练。本专业分为两个专业方向,即综合成型专业方向和模具专业方向。两个方向的学生要求具备相同的基础知识和专业基础知识,所不同的是专业课程的设置上,综合成型专业方向要求学生掌握较宽口径的成型技术专业知识,包括塑性成形、液态成型、焊接成型等技术内容。模具专业方向要求学生具备系统的各类成型工艺及模具设计与制造的专业的知识。 * B, U* V. p; Y0 B; ~6 A! K% [& D1 Q
C、培养对象
5 R: o, u: G2 I1 H8 q7 a0 l本科,修业年限:四年。 7 w0 a& F: M, W2 e. E% u
D、师资情况 - X7 P2 ]/ I: \6 |: e
本专业现有教师20人,其中教授3人,副教授10人,教师中具有硕士及以上学位的8人。大部分教师具有较强的工程实践能力,具备“双师”资格。有3名省部级学术带头人,3名省、校级骨干教师。
3 V0 U* b+ ^7 K0 R2 B, E, u2 ^E、主干学科
% P4 q- ?3 @+ k+ i6 @材料科学与工程、机械工程 2 Y# f9 K+ `( z3 w& C
F、主要课程
3 `) |: J5 I6 Q; d除数学、物理、化学、英语、计算机语言、政治理论、人文社科等公共基础课以外,还要重点学习工程制图、工程力学、机械设计基础、机械制造基础、电工电子技术、材料科学基础、微机原理及应用、CAD/CAM技术、数控技术、数控技术、现代控制技术。
5 _2 X' C) W% t; [) a) _4 T  以下为专业方向主要课程:
  ]) V( n- F/ ^+ t  N  p2 x6 |# V综合成型专业方向:塑性成形工艺与模具设计、塑料成型工艺与模具设计、焊接工程、液态成型工艺及装备、成型技术主流软件应用。
$ @6 k% g7 L/ X6 `7 Y模具专业方向:冲压工艺与模具设计、塑料成型工艺与模具设计、模具制造工艺、现代模具设计与制造方法。
0 F+ T0 B, v$ X! N/ n4 b8 b7 q- OG、主要实践性教学环节
: J8 H, p$ c, a8 h8 m/ b' y" D金工实习、电工电子实习、单片机及应用设计、计算机应用实践、机械制图测绘、多门课程设计、生产实习、数控实习和毕业设计(论文)等,总时间为41周。 2 L1 `0 I+ O, `8 J0 z% R4 w- Y
H、主要专业实验 & s: a* y& C: C
塑性成型工艺过程综合实验、铸造工艺过程综合实验、焊接工艺过程综合实验、材料性能及检验、CAD/CAM上机实验。% p) _' ^# N& P* q; X: L6 H2 [
1、塑性成形模拟及模具技术  在东风汽车公司建立了汽车车身与覆盖件模具CAD/CAPP/CAM集成系统,在冲压工艺设计和模具结构设计方面达到了国际先进水平。该系统在东风汽车公司应用后,使汽车车身的开发和整车全套模具的设计制造周期比原来缩短了1年以上。提出并采用基于约束关联的并行设计方法,研究开发了多工位级进模CAD/CAM系统,软件技术达到国际先进水平,并与美国UG公司、新加坡GINTIC研究所开展了国际合作。采用宏微观结合的方法研究金属材料的塑性本构关系,研究开发了板材成形、环件轧制等塑性加工过程模拟软件。理论成果和软件技术达到国际先进水平。承担和完成了10项自然科学基金项目、2项国家863项目等重要课题。( ?& ]/ M7 T  c' _; k% i; ?  t
2、塑料成型模拟及模具技术  研究开发了塑料成型过程模拟及注塑模CAD/CAM系统,该系统建立了注塑产品及模具设计过程的统一模型,以面向装配的设计模式,支持塑件与模具的协同设计。其特色为支持塑件产品开发的全过程,应用知识工程,达到三维结构设计、三维成型模拟和三维模具运动仿真的集成。该系统达到国际先进水平,并在模具行业得到广泛应用。承担和完成了国家重点攻关和国家自然科学基金等重要课题。, T4 a( X* y7 A. s6 q" t
3、铸造凝固过程模拟  在深入研究铸造充型、凝固、耦合及应力应变全过程物理规律的基础上,开发了“华铸CAD”系统。该系统适用于多种合金材质,多种铸造方法的分析,可以预测各种缺陷,各种技术指标被认为国内领先,并被西门子公司指定为国内出口到该公司铸件的首选模拟软件。该系统已在我国钢铁、机械、汽车、国防等几十家企业推广应用,取得十分显著的经济效益。承担和完成了国家863项目2项以及国防重大项目、国家经贸委重点技术创新项目等重要课题。0 o8 F2 a$ Q' I/ {: `( \- I
4、新型模具材料及表面处理  开发的多系列冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢己在国内批量生产,创造了重大的经济效益。研究的等离子体表面改性和化学镀,能提高模具硬度、耐磨性、高温抗氧化性和热疲劳性能,从而使模具寿命成倍提高。
# i! d  D: K+ |# r% g* a本方向88年以来研究成果获得国际奖2项、国家奖3项、省部级奖6项。& [/ e  ?" c9 [; O1 \1 n
可能取得的突破  , w8 e$ \2 Y" Y) n' M6 Y* X
以模具CAD/CAE/CAM技术为基础,实现面向新产品开发的模具快速设计与制造,产生重大经济效益,在材料本构关系理论、计算机模拟理论和物理模拟方法等方面取得若干国际先进水平的研究成果。" A( v/ k, {0 J2 L
注射成型技术进展7 x( I( ]; o, s

; F6 m- C/ z! b& d: d: o, |8 Y  世界塑料原料1991年突破一亿吨,1999年突破1.5亿吨,达到156717000吨。在原料大幅度增长的同时,塑料成型加工技术也取得长足进步,下面就主要的注射成型作一简介。 + |/ b9 b, I8 w
一、注射成型
, c  k/ [# m: q: A; ~7 R0 |4 |9 ^! }注射成型是低成本、大批量生产塑料制品的极好的加工方法,同时,也是开发高技术商品不可或缺的加工技术。以前,注射成型加工技术常常由塑料机械厂商和树脂厂商提出,而现在必须由成型厂商、最终的组装厂商、模具厂商、周边机器厂商等所有相关厂商合作,从各自的角度提出各种新技术,推动注塑技术的进步。
6 w8 Q% x' E& j' u# a3 D8 @在新产品开发和降低成本的激烈竞争中,为提高产品的附加价值,各生产厂商必须积极开发公司自己的最佳成型方法来成型本公司的产品,力争用个性化的技术生产个性化的产品。这些正是注射成型技术和注射成型机进步的动力。1 {1 M$ T( M$ {; w. b2 A  f
近年,开发的注射成型技术包括超高速注射技术、薄壁成型技术、气体辅助注射成型技术、多材料复合注射成型技术、嵌件注射成型技术、模内装饰技术等;注射成型机进展包括电动式注射成型机、螺杆预柱塞式注射成型机、微型注射成型机、注射压缩成型机、各种专用注射成型机、无拉杆注射成型机等。与注射成型技术相关的还有模具技术、辅助机械和周边机器技术、控制技术等也有相应的进展。模具技术典型的有热流道模具技术,辅助机械技术典型的有机械手,控制技术典型的有闭环控制技术。各种成型技术和机械互相渗透,互相促进。
 楼主| 发表于 2000-12-20 09:11:35 | 显示全部楼层
二、注射成型模具
8 N( d. u& e6 `" K9 k热流道模具
/ _! a7 j1 d( f热流道模具也称无流道模具,是指不产生浇注系统凝料(料把)的流道系统的模具。因可以省去浇口凝料切除工序,可提高生产率,也省去了料把的回收,可节省工时和能源,因而受到用户的欢迎。
2 G8 A3 W, l# `在一些加工厂,为增加生产能力常常靠通过增加设备数量来达到,而很少考虑去提高现有设备的有效时间,而热流道模具的应用正可以通过增加有效时间提高生产效率。! g1 l4 B; l) \# }5 E
对于像CD—R、DVD、瓶盖和一次性调羹这样大量和简单的产品的生产,非常适合采用热流道模具。热流道能节约成本,肯德基炸鸡公司使用32腔调羹的热流道模具就是一个很好的例子。由于无需清理飞边,加快了成型周期,因采用热流道而增加的成本一个月就可收回。
+ [3 n0 x: h: v1 {设计合理的热流道模具特别适合热敏性树脂,如阻燃工程塑料,并且由于无料把,解决了料把树脂不能回收利用的问题。
4 i: D& q) o# H$ q2 \8 C& J发挥热流道模具效果的关键是设计好热流道:: Q) B( v. V; \5 e+ V5 h1 T! T
a、喷嘴应该消除静态树脂熔体,因为静态树脂熔体会发生热降解而影响熔体质量。* ]. U7 p/ t: t+ B6 F. B& x- N7 C
b、喷嘴的设计要使塑料每次都能被完全推出,换色只要3次注射即可完成。
! i9 z7 I4 w+ ?) ~2 S) Nc、喷嘴全使用长铍-铜合金芯和标准230-V加热器,对玻璃纤维增强的材料,喷嘴内部使用导热硬质合金。
  a* _& o9 `5 r" s; {* h; @浇口通常采用通过顶部定位/锁紧螺母固定,可以更换,只要掉换浇口衬套,即可改变浇口,从而不必掉换整个喷嘴。
. h) `- _% w$ f- N热流道注射成型模具近5年的价格几乎已经下降了一半。目前在全世界的热流道注射成型模具的实际使用量约占全部注射成型模具消费量的20%~30%;在美国约占40%;在德国约占30%,但是,在亚洲的用量只有10%左右,而在中国的用量更是不足5%。
+ k, s8 G. Z; |' ~- @; w) a三、注射成型技术$ U9 ^6 {: }5 a1 D4 q4 L
1、超高速注射成型
& W1 K, z5 H$ r8 _超高速注射成型是指树脂充模时螺杆前进速度为500~1000mm/s的注射成型技术。用于超高速充模注射成型的注射成型机称为超高速充模注射成型机,主要用于薄壁塑料制品(如IC卡等)的成型。机理是机构要保证将熔融树脂在瞬间充模注射成型技术的开发也是以塑料机械生产厂商首先开发并推动市场的。
; d! m( t! l5 ~超高速充模注射成型技术的优点如下:! ?0 c% q+ ^/ X! l0 B6 c4 u2 R
a、由于成型材料在极高剪切速率下流动,所以材料因为受到高剪切发热而使粘度降低,另一方面,材料与模具中流道的低温壁面接触固化时通常会形成一个皮层,在超高速充模注射成型的情况下,这一皮层的厚度通常也较薄,使充模过程中的整个材料温度能在较长时间内保持在较高温度,这也使材料的粘度保持在较低的水平,从而容易实现超薄壁成型。4 L3 C7 x0 Q$ F' k$ M% W
b、因为是低粘度下的流动,成型制品各部分的承受的承受压力较为均匀,温度梯度较小,所以制品的翘曲、扭曲等变形较小。
1 N$ S$ e6 \$ C4 ]# K. G' C- Q# kc、制品表面的流纹(流痕)和熔合线比普通成型不明显。
6 z8 d3 [6 k  ^: f+ {; l超高速充模注射成型技术最大的目标,是超薄壁成型,而薄壁制品究竟能薄到什么程度,这是一个关键问题。注射成型机的注射速度,首先要把握的第一个关键是使用材料的成型性,也就是流动性和固化速度。另外,模具设计也是一个重要的关键,特别是如何确保排气的实现有时是决定性的因素。壁厚0.5~0.6mm的一次性使用的杯子,通过使用流动性较好的材料,如PP、PE、PS等,在几十年前就已经能进行生产了,不必特别采用超高速充模注射成型机也能进行高速成型。近年采用超高速充模注射成型技术的意义在于,将其用于流动性较差的工程塑料,制造电子机器等高功能性零部件。
1 u: p/ U6 g* y0 ^( g另外,笔记本电脑和移动电话的外壳(壁厚0.6~1.0mm)等以薄壁化和轻量化为目的的制品,这类制品在考虑成型性、薄壁性的同时,要考虑翘曲、扭曲等变形问题。这常常要依赖CAE进行分析。! A. `9 K6 U6 F/ \
再有,超薄壁高功能性制品DVD(壁厚0.6mm)、IC卡(壁厚0.8mm)等,通常不采用上述超高速充模注射成型机,而可以采用注射压缩成型方法。
0 \( i7 W! O6 y轻薄短小化是塑料制品的发展方向,对应于薄壁化、轻量化的成型方法的开发将变得越来越重要。% U* |) k; t; o7 F' \
2、薄壁注射成型
5 M% H, a7 B- d$ V9 F0 t( p就像移动电话或笔记本型个人计算机所代表的那样,在提高性能和小型化方面同时进行商品开发,而注射成型制品的小型化和薄壁给与很大贡献。/ r- A" @0 \6 Q; U7 l# h
薄壁成型的定义还没有统一,但是,现在要求定义为0.5mm以下的平板形状,或在连接等局部地方要求在0.1mm以下的制品成型称为薄壁成型。4 A% }/ a6 y+ s
薄壁成型方法,可大致划分为3种类。
+ }0 A: S$ x# W8 L* u) d0 b(1)高压高速充模成型% y4 o$ L# Z2 c. ~. [
使用最大注射速度为600~1000mms、注射应答时间为10~50ms规格的注射成型机,在极短的时间,且直至最后用高压克服充模阻力,充满型腔的成型方法。, c2 P- [9 h9 ^2 |2 Q2 k" |
为此,在1996年的IPF上,各公司互相展示其最大的注射速度值的注射成型机。
# m2 I1 [) r& S/ j成型机的特点可举例如下:
/ f6 c) W0 X) n/ aa、为提高注射立即应答性能,须进行油压、电器控制技术的开发和降低注射单元的质量。  y  b" y/ ]* N: a; ?2 z. p
b、为了抑制充模结束时点控制的差异,制动特性和控制处理速度要求高速化。3 J2 a/ x6 T* v8 n0 D& H! z
c、耐高的注射压力,要求刚性高的模具。
1 m6 Y  H+ h  n- Q, Pd、耐高的注射压力,要求刚性高、精度高的模具。
# S- C8 W0 t0 q$ K6 i9 Y  }7 J' T: Ye、为实现稳定成型条件下的均匀塑化,要使用高混炼型的螺杆。8 |# F6 e) @# A7 C+ \6 ]
(2)高速低压成型
% T6 ]$ M, y4 e/ e9 |: I/ [充模开始时用高速注射,目的在于增加流动长度,同时,结合充模结束前充模阻力的增加,自然地降低了注射速度,防止了充模结束时的过充模和因控制切换造成的误差。这是这种成型方法的优点。- l- s4 v5 ~- N% k
这种成型方法的油压控制特征是非常好地将“流量-压力”特性用于成型,是将原来的充模过程中的速度优先控制的主要考虑方法,改为“压力充模优先”的原则的成型方法。这是一种全新的方法。
9 a+ L0 s/ \( P成型机的特点可举例如下:$ s5 w8 h: R' i4 y& J0 s' P- |
a、注射速度和注射压力在从大范围的组合中选择,使注射油缸的油压室可以切换,这样,即使在低压设定时,也能获得高速注射性能。
* u! E  T6 l5 }+ l  ~7 E# @+ ub、为了实现高速性能,使用蓄料缸。
7 x8 j8 o* D$ i/ y3 E1 ?6 tc、注射油缸油压室的切换,分成5~7段,可以从中进行选择。" `% j: J/ m- j& q3 i* q  z- _
其中,就本方法的典型的成型效果介绍如下:  u- f8 i. k: k: T% _
a、消除了飞边、缺料。特别是对像连接器那样的前端有薄壁部分的成型制品非常有效。4 m2 F/ L, E- j. `
b、可消除翘曲、扭曲等缺陷。
" B" i( x% W5 ]; x' Uc、因为不发生注射终结时的峰压,不会发生模具的销钉的倾斜或破损。& f0 U- x& {; ^, y9 Y" a
d、由于是低压成型,所以,可以使用锁模力较小的注射成型机。
: z* w3 i. Y3 K2 J) D% P因此,为达到更高注射速度和更快注射应答性能,可通过油压控制阀的前后压差热仪切换,来控制成型。
' n# m9 {" [/ O+ {3、复合注塑成型
: m5 g* ~0 b/ z+ `如前所述,为了降低成本,提高性能和功能,通过复合成型进行商品开发的工作相当活跃。在企业间激烈竞争中,作为开发各种各性化的商品的手段,采用了各种各样的复合成型。! z/ L: K' y5 F0 |4 [
(1)多品种异质材料成型
: J8 t% P# ?' x. ?- Q; T2 T双色成型是早就被利用的一种成型方法,近年,由于部分成型一体化的进展,硬质材料和软质材料的组合,以及在感官上的高级化目的,多品种异质成型正在增加。
6 ]) X- @$ L2 Y. v% L7 K(2)立式注射成型机的复合成型' o% y7 J; t6 d& g/ M$ j
立式注射成型机的嵌件成型虽然不是新的成型方法,但是,由于降低成本的要求和自动化技术的提高,需求正在扩大。
( X2 H7 B# ?& F8 q0 }& ](3)复合材料的直接注射成型法; k6 v" N5 w# ]% k! u& i  G7 C
复合材料的直接注射成型法是岩本产业开发的成型方法,适用于制造复合塑料制品,,是将树脂与增强材料或填充材料的干混料直接成型的方法。原来,分开为树脂制造-配混-成型加工的工艺过程中,将后两个工序一体化。
7 X1 H& R+ v/ f1 i2 |4、三维MID注射成型技术
4 o' B# f. N7 C& B4 b( ]1 U0 f三维注射成型电路板成型技术的基本原理是通过使用导电树脂和非导电树脂两种材料将电路制成成型制品。6 N0 W! i5 c! R! \5 t- e5 S7 p* o
这种技术尚在开发之中,如果成功,将是一种小型、薄型、轻型、低消耗、低成本的制品生产技术,大量生产将是一项划时代的技术。% d3 x9 e" e7 |" `* m
5、模头滑动注射成型技术
8 t7 t! a$ H7 P, n- b这是一种三维中空成型制品一次成型的独特的成型方法,典型的制品是汽车发动机的进气祈管和中空制品。这种技术的开发成功将使这类制品的生产成本大幅度降低并可以用于不同材料的成型。2 _& ^' P4 h& p; L, @0 C% g
塑料注塑技术曾经是汽车工业、电器电子零部件的基础技术,并推动这些行业的飞速发展,21世纪,塑料注塑技术将成为推动新世纪的火车头的信息通讯工业的重要支持。另外,注塑技术也将为医疗医药、食品、建筑、农业等行业发挥作用。在需求行业的推动下,注射技术及注射成型机也将获得进一步的发展。
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