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第三篇 塑料包装容器结构设计与制造

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第三篇 塑料包装容器结构设计与制造

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  1. 第三篇 塑料包装容器结构设计与制造 山东大学包装工程系

  2. 第一章 塑料包装容器概述 塑料的种类:热塑性塑料和热固性塑料 塑料包装容器:刚性和柔性

  3. 一、塑料包装容器的类型 箱 盒 桶 罐 软管 袋 半壳状容器 集装箱 托盘 按结构特征

  4. 一、塑料包装容器的类型

  5. 一、塑料包装容器的类型

  6. 二、塑料容器成型工艺 模压 注射 挤出 中空吹塑 旋转 真空 发泡 按成型方法 注射 挤出 拉伸

  7. 三、塑料容器结构设计考虑因素 • 1、材料 • (1) 包装、储存、运输中的环境条件和作业要求 • (2) 包装内装物对材料的形态要求 • (3) 卫生法规 • (4) 印刷 • 2、成型工艺及模具 • 3、容器使用环境、条件 • 4、经济性

  8. 第二章 模压和注射成型容器 山东大学包装工程系

  9. §2.1 模压成型容器 • 模压成型也称压制成型、压缩成型。 • 工作原理:物料→→模具→加热、加压→成型 • 应用:热固性塑料,少量热塑性塑料 • 特点:可制备大平面制品;设备、模具简单;制品的性能优良;成型周期长

  10. 一、模压成型设备 • 模压成型设备:压力机、模具 • 压力机的规格:SY- X 塑料 液压机 吨位

  11. 一、模压成型设备 • 模压成型设备:压力机、模具

  12. 一、模压成型设备 • 1、模压成型工艺过程 • 准备(预压、预热)→加料→合模→排气→固化→脱模

  13. 二、模压成型工艺 • 2、模压成型工艺条件 • 模温决定流动性、反应速度和制品质量 • 模温↗→熔体黏度↘制品的物理机械性能↗固化速度↗ • 模温过高→不利于充模;制品易变色;制品易变形 • 模温过低→表面无光泽;物理性能降低;生产率低 • 模温的确定: • 厚制品(低温长时间); • 预热坯料(高温); • 流动性好,反应速度快的物料(低温); • 形状复杂,薄壁制品(高温) 模具温度 模压压力 模压时间 工艺条件

  14. 二、模压成型工艺 • 2、模压成型工艺条件 • 定义:制品在受压方向上单位投影面积上所受的力。 • 作用:加速塑料流动;提高产品密实度,防止变形,减少毛边 • 常用压力 模具温度 模压压力 模压时间 工艺条件 • 模压压力的确定原则: • 流动性好(降低压力); • 固化速度快(提高压力); • 压缩率大(提高压力); • 模温高(提高压力) • 形状复杂、深度大、薄壁制品(提高压力) • 预热塑料(相对低的压力)

  15. 二、模压成型工艺 • 2、模压成型工艺条件 • 模压压力对工艺及制品性能的影响 • ↗压力→物料流动性↗ • ↗压力→密实性、机械性能↗ • ↗压力→成型收缩率↘ • ↗压力→模具寿命↘ • ↗压力→克服低分子物的膨胀 模具温度 模压压力 模压时间 工艺条件

  16. 二、模压成型工艺 • 2、模压成型工艺条件 模具温度 模压压力 模压时间 工艺条件 • 定义:物料在模具中从开始升温加压至固化完全,卸压为止的时间 • 确定原则:模温高(短);压力高(短);预热(短);厚制品(长); 交联反应速度慢(长) • 模压时间对性能的影响 • 时间↘,物理性能↘光泽性↘ • 时间↗,生产率↘,收缩率和内应力↗(过热) • 适当延长,可有利于性能的改善

  17. §2.2 注射成型容器 • 注射成型又称注射模塑或注塑。 • 注射成型能制得外形复杂、尺寸精确、带有嵌件的制品,其成型周期短、效率高,且易于实现全自动生产。 • 但注射成型设备投资大,模具结构复杂,制造成本高。因此只有在大批量生产时才具有较好的经济性。 • 注射成型适用于各种热塑性塑料和部分品种的热固性塑料。

  18. 一、注射成型设备 ①注射系统 ②合模系统 ③液压系统和电器控制系统 柱塞式 移动螺杆 注射机 塑模 注射成型设备

  19. 一、注射成型设备 • 1、注射机 • ①注射系统:塑化部件、计量装置、传动装置等 • ②合模系统:固定模板、移动模板、合模机构、顶出机构、调模装置、拉杆和安全保护装置等 • ③液压系统:液压元件和回路及其它附件所组成。 电器控制系统:电器元件和仪表组成。

  20. 一、注射成型设备

  21. 一、注射成型设备

  22. 一、注射成型设备 • 2、塑模 • 注射模主要由浇注系统、成型零件和结构零件三大部分所组成。 • 浇注系统是指塑料从喷嘴进入型腔前的流道部分,通常包括主流道、冷料穴、分流道和浇口等。 • 成型零件是指构成制品形状的各种零件,构成型腔的各部件统称为成型零件。包括动模、定模和型腔、型芯、成型杆以及排气口等。 • 结构零件是指构成模具结构的各种零件。

  23. 图3-12单分型面注射模具 1 定位环 2 主流道衬套 3 定模底板 4 定模版 5 动模板 6 动模垫板 7 模脚 8 顶出杆 9顶出底板 10拉料杆 11 顶杆 12 导柱 13 凸模 14 凹模 15 冷却水通道 16 分流道 17 浇口 18 制品 19 主流道

  24. ①主流道 主流道是模具中连接注射机喷嘴至分流道或型腔的一段通道。主流道顶部呈凹形,以便与喷嘴衔接。主流道进口直径稍大于喷嘴直径,以避免溢料。 图3-12单分型面注射模具 1 定位环 2 主流道衬套 3 定模底板 4 定模版 5 动模板 6 动模垫板 7 模脚 8 顶出杆 9顶出底板 10拉料杆 11 顶杆 12 导柱 13 凸模 14 凹模 15 冷却水通道 16 分流道 17 浇口 18 制品 19 主流道

  25. ②冷料穴 它是设在主流道末端的一个空穴,用以捕集喷嘴端部两次注射之间所产生的冷料,从而防止分流道或浇口的堵塞。如果冷料混入型腔就会影响制品质量。 图3-12单分型面注射模具 1 定位环 2 主流道衬套 3 定模底板 4 定模版 5 动模板 6 动模垫板 7 模脚 8 顶出杆 9顶出底板 10拉料杆 11 顶杆 12 导柱 13 凸模 14 凹模 15 冷却水通道 16 分流道 17 浇口 18 制品 19 主流道

  26. ③分流道 它是连接主流道和各个型腔的通道。分流道在模具上的排列应成对称和等距离分布。分流道通常采用的是梯形或半圆形截面,而且是开设在带有脱模杆的一半模具上。 图3-12单分型面注射模具 1 定位环 2 主流道衬套 3 定模底板 4 定模版 5 动模板 6 动模垫板 7 模脚 8 顶出杆 9顶出底板 10拉料杆 11 顶杆 12 导柱 13 凸模 14 凹模 15 冷却水通道 16 分流道 17 浇口 18 制品 19 主流道

  27. ④浇口 浇口是接通主流道或分流道与型腔的通道。其截面积通常小于主流道或分流道。 浇口的作用是: 控制料流速度; 可防止倒流; 使通过的熔料受到较高的剪切而升温,使表观粘度降低,流动性提高; 便于制品与流道系统分离。 类型:直、边缘、环形、扇形、针点、耳形等 图3-12单分型面注射模具 1 定位环 2 主流道衬套 3 定模底板 4 定模版 5 动模板 6 动模垫板 7 模脚 8 顶出杆 9顶出底板 10拉料杆 11 顶杆 12 导柱 13 凸模 14 凹模 15 冷却水通道 16 分流道 17 浇口 18 制品 19 主流道

  28. ⑤型腔 型腔是模具中塑料制品的成型空间。构成型腔的各部件统称为成型零件。 成型制品外表面的零件称为凹模或阴模;成型制品内表面以及孔、槽等的零件称为凸模或型芯,也称阳模。 图3-12单分型面注射模具 1 定位环 2 主流道衬套 3 定模底板 4 定模版 5 动模板 6 动模垫板 7 模脚 8 顶出杆 9顶出底板 10拉料杆 11 顶杆 12 导柱 13 凸模 14 凹模 15 冷却水通道 16 分流道 17 浇口 18 制品 19 主流道

  29. ⑤型腔 设计成型零件时首先根据塑料的性能、制品的几何形状、尺寸公差和使用要求等来确定型腔的总体结构。 其次是根据确定的结构选择分型面、浇口和排气孔的位置以及脱模方式。 最后则按制品尺寸进行各零件的设计及确定各零件之间的组合方式。 图3-12单分型面注射模具 1 定位环 2 主流道衬套 3 定模底板 4 定模版 5 动模板 6 动模垫板 7 模脚 8 顶出杆 9顶出底板 10拉料杆 11 顶杆 12 导柱 13 凸模 14 凹模 15 冷却水通道 16 分流道 17 浇口 18 制品 19 主流道

  30. 一、注射成型设备 • ⑥排气口 • 排气口是模具中开设的一种槽形出气口。 • ⑦结构零件 • 结构零件是指构成模具结构的各种零件,包括导向、脱模、抽芯以及分型的各种零件。 • ⑧塑模的冷却装置 • 冷却装置是为熔料在模具内冷却定型而设置的。

  31. 一、注射成型设备 • 3、注射机基本参数及其与注射模具的关系 • (1) 最大注射量 • PS标定: • (2) 注射压力:由注射机的类型、喷嘴形式、塑料流动性、模具结构决定 • (3) 锁模力:等于垂直于制品和浇注系统在垂直锁模方向的分型面上的投影面积之和乘以型腔熔体的压力P(P=K·pa) 所选材料密度 PS密度 额定注射量

  32. 一、注射成型设备 • 3、注射机基本参数及其与注射模具的关系 • (4) 安装尺寸 • (5) 开模行程和顶出机构

  33. 二、注射成型工艺

  34. 二、注射成型工艺 (1)塑化塑化即塑料在料筒内经加热达到流动状态,并具有良好可塑性的全过程。 ①充模阶段。充模阶段从柱塞或螺杆前移直至塑料充满模腔为止。 工艺过程 (2)注射注射即柱塞或螺杆前移将塑化好的熔料推压注入闭合模腔的过程。 ②压实(保压)阶段。压实阶段从熔体充满模腔起至柱塞或螺杆撤回为止。 (3)定型 定型过程从塑料熔体进入模腔开始,而后经过模腔注满,熔体在控制条件下冷却定型,直至制品从模腔中脱出。 ③倒流阶段。本阶段从柱塞或螺杆后退开始到浇口处熔料冻结为止。 ④冻结后的冷却阶段。冷却阶段从浇口的塑料完全冻结时起到制品从模腔中脱出为止。 ⑤脱模

  35. 二、注射成型工艺 料筒温度 喷嘴温度 模具温度 • 温度 • 压力 • 时间 注射成型工艺参数 塑化压力(背压) 注射压力 充模 保压 注射时间 闭模冷却 其它 成型周期 冷却

  36. §2.3 注射和模压塑料容器结构设计与工艺性 • 工艺性设计的原则: • 1、考虑成型工艺性 • 2、力求结构简单 • 3、考虑到模具的总体结构 • 4、外观要求高时,可先成型后绘制图样

  37. 一、塑料制品的尺寸精度和表面质量 • 1、塑料制品尺寸的大小 决定于塑料的熔体流动性、塑件的壁厚、成型设备的规格与型号等

  38. 一、塑料制品的尺寸精度和表面质量 • 2、影响尺寸精度的因素 • 成型模具的制造精度、磨损、结构 • 成型材料:收缩率的波动 • 成型工艺条件 • 制品结构 • 存放的条件

  39. 一、塑料制品的尺寸精度和表面质量 • A、成型模具的制造精度、磨损、结构 • ⑴ 制造精度 • 制造公差 成型零件的制造公差 可动成型零件的配合公差 固定成型零件的安装公差 模具制造公差对不同尺寸的制品尺寸精度的影响不同 小尺寸影响大 大尺寸主要受收缩率波动的影响

  40. 一、塑料制品的尺寸精度和表面质量 • A、成型模具的制造精度、磨损、结构 • ⑵ 磨损 • 熔体的流动、脱模→磨损→尺寸精度 a 模具的使用寿命 b 塑件的尺寸——对小件影响大 c 成型材料对成型零件的影响 d 模具材料的耐磨性、热处理状况及表面处理 设计磨损量时考虑的因素

  41. 一、塑料制品的尺寸精度和表面质量 • A、成型模具的制造精度、磨损、结构 a 单型腔模具成型的制品精度高 b 离浇口远、浇口断面尺寸小→收缩率大→精度低 c 分型面的位置→溢料边的位置→垂直于分型面的尺寸精度低 d 型芯、顶杆的固定方式、顶出装置的形式、型腔的拼合的方式及加工方法 ⑶ 模具结构

  42. 一、塑料制品的尺寸精度和表面质量 • A、成型模具的制造精度、磨损、结构 模具直接决定的尺寸 不由模具直接决定的尺寸 一般尺寸 角隅处圆角的曲率半径 中心距尺寸 ⑷ 制品的尺寸精度与模具结构的关系

  43. 一、塑料制品的尺寸精度和表面质量 • B、成型材料——成型收缩率的波动 成型工艺条件 材料特性——收缩率在某一范围 影响成型收缩率的因素 材料收缩率小→尺寸精度高(聚碳酸酯、PS、ABS) 材料收缩率大→尺寸精度低(LDPE)

  44. 一、塑料制品的尺寸精度和表面质量 • B、成型材料——成型收缩率的波动 塑料制品的名义尺寸 收缩率波动引起的制品尺寸变化值 塑料的最大收缩率 塑料的最小收缩率

  45. 一、塑料制品的尺寸精度和表面质量 • C、成型条件 a 热收缩:非晶材料 b 结晶收缩:结晶材料 c 分子取向收缩:料流方向收缩大 模具温度<熔料温度→熔料在型腔中流动的方向上存在速度梯度→剪切→产生取向 成型收缩的形式

  46. 一、塑料制品的尺寸精度和表面质量 • a 熔料温度——影响较小 单方向:t↗ 剪切↘ 分子取向↘ 收缩率↘ 双方向:t↘料流方向(相对于料流垂直方向)的分子取向↗料流方向收缩率↗ • b 模具温度:影响熔料的冷却固化 结晶性塑料:结晶速率←冷却速率←模具T T↗ 冷却速率↘ 结晶时间↗ 结晶度↗ 收缩率↗ 非结晶性塑料:热收缩 T↗ 脱模后热收缩量大↗收缩率↗ T、P、h对塑料成型收缩的影响

  47. 一、塑料制品的尺寸精度和表面质量 • c 注射压力 P↗ 熔融粘度差↘ 剪切作用↘ 分子取向↘收缩率↘ 另外, P↗制品脱模后弹性恢复↗收缩率↘ T、P、h对塑料成型收缩的影响

  48. 一、塑料制品的尺寸精度和表面质量 • d 注射时间:注射螺杆或柱塞将熔料充模型腔并保持一定压力的时间 充模时间 保压时间:↘ 收缩率↗ 凹陷、气泡↗ ↗ 收缩率↘残余应力↗ 脱模困难 • e 冷却时间 非结晶性塑料:影响不大 结晶性塑料:(理)冷却时间↗ 结晶度↗收缩率↗ (实际)冷却时间↗ 收缩率↘ 原因:冷却可以均匀进行,型腔内的熔料可以充分固化,使制品的尺寸更接近于型腔尺寸,因而成型收缩率减小 T、P、h对塑料成型收缩的影响

  49. 一、塑料制品的尺寸精度和表面质量 • D、制品结构形状 a 薄壁制品的收缩率小 b 带有嵌件的收缩率小 c 形状复杂的收缩率小 对收缩率的影响

  50. 一、塑料制品的尺寸精度和表面质量 • E、成型后的存放条件 存放不当→翘曲、变形 a 热固性塑料制品:湿度 b 热塑性塑料制品:温度 c 吸湿性强的塑料(尼龙):温湿度 温度、湿度的影响