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塑料擠脹成型技術研究進展

時間:2005-07-04

關鍵詞:塑料成型技術研究進展來源：www.newmaker.com

         塑料擠脹成型方法是一種新的塑料成型加工技術，與注塑或旋轉(zhuǎn)模塑的成型方法相比，擠脹成型具有自身特殊的優(yōu)點和適用范圍。本文介紹了北京化工大學塑料擠脹成型技術的主要研究成果。

          目前，全世界80%以上重量的塑料制品是通過擠出和注塑成型得到的。

         雖然目前的塑料成型方法幾乎可以加工各種形狀的塑料制品，但是對於一些具有特殊形狀的制品，采用現(xiàn)有的方法可能并不是最具經(jīng)濟效益的，如管件中的三通、四通等，通過注塑方法可以成型，但注塑成型投資大，模具結構復雜，價格昂貴且能耗高；尤其在生產(chǎn)批量較小的情況下，昂貴的模具費用將由小量的制件來分擔等等，所以注塑方法在生產(chǎn)此類零件時有一定困難，更何況目前對於細長、端面尺寸相差較大或膨脹節(jié)等口小腹大類制件，并無法用注塑及常規(guī)的塑料成型方法來加工。塑料擠脹成型（Plastic Bulge Forming，PBF）就是在這種趨勢下應運而生的。

        擠脹成型的概念

        擠脹成型是一種塑性成型方法，是指將預成型的管坯在組合外力（內(nèi)壓和軸向壓縮）的作用下，沿徑向向外擴張，通過塑性變形來形成與模具型腔相一致的制品。

         擠脹成型的基本工藝過程如右圖所示。將管坯放入模具并在管坯內(nèi)填入脹形介質(zhì)（a）；對管坯及其內(nèi)部的脹形介質(zhì)施加擠壓力F，使管坯材料在一定的應力狀態(tài)下變形（b）；管坯在脹形介質(zhì)產(chǎn)生的內(nèi)壓作用下得到與模腔形狀相同的制件（c），卸載後脹形介質(zhì)回復，取出成型制件（d）。

       擠脹成型技術的工業(yè)應用

       目前美國、日本、德國、瑞典和加拿大等國在擠脹成型技術方面的研究都已經(jīng)非常深入，并不斷地擴大擠脹成型制品的應用領域。

         擠脹成型不僅能夠加工常規(guī)的三通、四通等制品，還能加工各種復雜的異型制品，其特點就是中間腹部的一些方向上尺寸大於兩端入口尺寸，這正是擠脹成型方法的優(yōu)勢所在。此外，汽車工業(yè)對於擠脹成型技術的發(fā)展具有舉足輕重的作用，擠脹成型技術也推動了汽車生產(chǎn)技術的進步。世界很多名牌汽車如奔馳、寶馬、奧迪、Volvo和Toyota等都不同程度地采用了擠脹成型技術。

         不過，這些擠脹成型技術主要應用於金屬材料的擠脹成型，在塑料方面的應用還沒有看到過相關的報道。

         擠脹成型的可行性與優(yōu)點

        通過注塑或旋轉(zhuǎn)模塑成型的各種塑料制品已經(jīng)獲得大量應用，但采用這些工藝生產(chǎn)異型管件或一些特殊類型的制品也存在不足：1. 設備投資大。對注塑來說，預塑化、合模鎖模、注塑、保壓、冷卻、頂出等是注塑裝置的必備功能，因此注塑機的結構復雜，價格高；再者，注塑模要考慮澆注系統(tǒng)、型芯布置等因素，模具結構也比較復雜，價格昂貴。對旋轉(zhuǎn)模塑來說，只能成型具有簡單截面形狀的制品；物料在成型過程中未實現(xiàn)充分塑化，制品沖擊強度較低；成型時間長，加工不同制品時的工藝轉(zhuǎn)換較困難等。2. 能耗高。在成型過程中，物料需要經(jīng)過熔融和冷卻，生產(chǎn)過程能耗較大。這些都造成單件制品的成本偏高，尤其在生產(chǎn)批量較小的情況下，昂貴的模具費用只能由少量的制件來分擔。這些缺點使開發(fā)一種新的塑料異型制件成型方法顯得更為迫切。

         由於塑料擠出成型工藝簡單、高效，令連續(xù)擠出制品具有質(zhì)優(yōu)價廉的特點，保證了塑料擠脹成型具有廣泛且經(jīng)濟的坯料來源。另外一些特殊的工程塑料如聚四氟乙烯（PTFE）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）等具有非常高的粘度，其管道制品可采用螺桿擠出或柱塞推壓的方法成型，但這些材料無法采用注塑成型加工，其管件均采用壓制燒結方法成型，效率低下，產(chǎn)品質(zhì)量無法保證，而塑料擠脹成型可以為這些管道加工管件制品，滿足實際的使用要求。

         通過與常規(guī)的塑料成型加工方法的比較，可以看出擠脹成型在塑料加工成型方面具有以下優(yōu)點：

1.成型設備結構相對簡單，投資低；
2.模具結構簡潔，造價低；
3.被加工材料不產(chǎn)生相變，而且成型過程通常在較低溫度進行，能耗少；
4.適於生產(chǎn)斷面尺寸相差較大的制品，對制品的斷面尺寸適應性強；
5.控制系統(tǒng)比較簡單，工藝控制靈活，通過控制擠壓行程，利用同一副模具，有可能得到不同尺寸的制品；
6.能充分利用擠出制型坯的高生產(chǎn)率和低成本；
7.可制造其他成型方法無法得到或難於得到的較復雜的薄壁零件；
8.在生產(chǎn)批量較小的情況下，能大幅度降低生產(chǎn)成本等等。

       技術研究進展

北京化工大學研制的塑料擠脹成型實驗機

        北京化工大學於1998年開始進行塑料擠脹成型方法的研究，有關這種新方法的研究進展如下：

        1.設計了第一臺塑料擠脹成型實驗機及配套的專用模具系統(tǒng)，用於成型不同的擠脹制品。目前塑料擠脹成型方法已獲得國家發(fā)明專利授權，具有自主的知識產(chǎn)權。

        2.對塑料擠脹成型過程進行了理論研究，分別采用理論和數(shù)值模擬及優(yōu)化的方法研究了不同類型制品的擠脹成型過程，為塑料擠脹成型工藝、設備及模具的設計奠定了基礎。

         3.在理論研究的基礎上，利用自行研制的塑料擠脹成型實驗機及模具系統(tǒng)，對不同塑料材料及塑料制品形式進行了擠脹成型實驗，實驗擠脹成型的制品包括三通件、凸肚管、波紋管、蝶形管等，所采用的材料類型有硬聚氯乙烯（UPVC）、聚丙烯（PP）、三型聚丙烯（PP-R）。

         通過實驗研究，總結了不同類型制品擠脹成型發(fā)生失效的主要形式及原因，并通過分析測試數(shù)據(jù)得到了合理的加工模型，為制定合理的加工工藝提供了充分的依據(jù)。

          結論

        擠脹成型是一種新的聚合物固態(tài)成型加工方法。通過與常規(guī)塑料成型加工方法的比較，可以發(fā)現(xiàn)將擠脹成型用於塑料加工領域是完全可行的，尤其是用於加工一些特定類型的制品時，比常規(guī)的塑料成型方法有更大的優(yōu)勢。對這種新技術的深入研究，可推動其走向應用，并成為一種有潛力的聚合物新成型方法。

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