了解塑料的加工和制造

塑料的加工和制造涉及各个阶段。如今，塑料已成为我们日常生活中不可避免的事情，这导致对塑料的需求急剧增加。塑料行业更愿意回收塑料材料并将其转化为不同的东西。例如，将塑料颗粒转化为薄膜或将薄膜转化为食品容器。可回收塑料一直是保持塑料生产完整和廉价的最简单方法。这些塑料被称为热塑性塑料，但热固性塑料不能再加热或重塑。

了解热塑性塑料和热固性塑料！

今天，您将了解塑料的各种制造过程以及在加工过程中执行的各种方法。您还将了解塑料的回收和资源回收。塑料加工适用于热塑性塑料和热固性塑料。

复合

复合是大多数塑料制造过程的第一步，是根据特定配方将各种原材料按比例混合在一起。塑料树脂通常以圆柱颗粒（直径和长度为几毫米）或薄片和粉末形式提供给制造商。其他一些形式包括粘性液体、溶液和悬浮液。

液体可以在搅拌罐中与其他成分混合，但某些特定操作需要特殊机械。干混是将干成分混合以供进一步使用的过程，如颜料、稳定剂或增强剂的混合物。

聚氯乙烯 (PVC) 是一种多孔粉末，可以在称为带状混合器的搅拌槽或滚动容器中与液体增塑剂混合。这个过程也是一个混合过程，因为液体会渗透树脂的孔隙，最终混合物中含有高达 50% 的增塑剂。它仍然是一种看似干燥的自由流动粉末。

成型

成型是赋予塑料各种形状的过程，这些形状通常涉及熔化、成型和固化的步骤。一个很好的例子是可以加热到高于熔化温度 Tm 的聚乙烯粒料，在压力下放置在模具中并冷却到低于熔化温度 Tm 以使最终产品尺寸稳定。尽管热塑性塑料通常通过冷却到 Tg 或 Tm 以下而固化。而热固性材料通过加热固化以完成形成网络所必需的化学反应。

挤压

挤出是熔融聚合物被迫通过具有特定横截面的孔（模具）的过程，形成具有与孔相似的恒定横截面的连续形状。热塑性塑料通过冷却挤出和固化比热固性塑料通过加热挤出物挤出和交联更为常见。

可以通过挤压生产的产品包括薄膜、片材、管材、管材、绝缘材料、家居壁板等，它们的外形由模具几何形状决定，而凝固则通过冷却。

热塑性聚合物螺杆挤出机示意图

下图显示了热塑性聚合物螺杆挤出机的剖面。它显示了热塑性聚合物的螺杆挤出机的纵向截面。塑料粒料从料斗送入挤出机的机筒，在此粒料通过转动螺杆产生的机械能逐渐熔化。加热器沿筒布置。熔融聚合物被迫通过模具，然后形成最终产品的形状。

吹塑机示意图

与螺杆挤出机不同，大多数塑料食品袋和其他类似物品都是通过吹塑挤出制成的。这是管材的连续挤压。在这个过程中，管子在被冷却之前被膨胀，使其在一个巨大的气泡周围流动。通过折叠气泡另一侧的薄膜来防止空气从气泡中逸出。

在一些应用中，层压结构可以通过通过同一模具或使用多个模具同时挤出多于一种材料来制造。在这个过程中，多层薄膜是有用的，因为外层可以提供强度和防潮性。内层可以控制透氧性，这是食品包装中的一个重要因素。

吹塑工艺可以形成层状薄膜，或者来自三个机器的挤出物可以在模块中被压在一起以形成三层平板，随后通过与冷却辊接触来冷却。见下图：

在上述热塑性聚合物的吹塑挤出图中，熔融挤出物被迫通过管材心轴。它被一股气流膨胀成气球状，被滚筒向上拉，然后被捏成折叠的薄片，这样就可以切割成多个产品。

在挤出过程中流过模具通常会导致聚合物分子的某种取向。取向可以通过拉伸来增加——也就是说，在聚合物流动方向或在部分凝固之前或之后沿其他方向拉伸挤出物。

在吹塑挤出工艺中，聚合物分子围绕袋子的圆周并沿袋子的长度定向。这导致双轴取向结构通常具有优于未取向材料的机械性能。

压缩成型

在压缩成型中，也称为颗粒的成型粉末被加热并同时被压缩成特定的形状。它可以在热塑性塑料和热固性塑料上进行。在热固性材料的情况下，熔化必须尽可能快，因为网络立即开始形成。同样重要的是，在凝固进行到流动停止点之前，熔体完全充满模具。

无需冷却模具即可取出高度交联的成型部件。将下一次装料添加到模具中，可以轻松地将所需数量的冷成型粉末压缩成预成型的“饼干”。这种饼干也可以在放入模腔之前通过微波能量预热到接近反应温度。

看起来像微波炉的加热器可以以 1 兆赫的频率施加高达 10 千伏的电压。具有高温和高压的商用成型机用于缩短每次成型的周期时间。然后通过顶针的作用将模制品推出型腔，当模具打开时，顶针会自动运行。在大多数情况下，在树脂液化之前将其推入模具可能会对其他部件造成过大的压力。

在以一种压缩成型形式引入树脂之前，必须铺设一层增强材料。温度和压力不仅使物质形成所需的形状，而且还将增强材料和树脂结合成紧密结合的形式。当使用平板作为模具时，可以将不同材料的片材模压在一起，形成层压片材。

胶合板是热固性层压板的一个很好的例子。在这种类型中，木材层既相互粘合，又被一种热固性材料（如脲醛）浸渍。这就形成了一个供暖网络。

注塑成型

因为使用压缩成型来成型热塑性塑料通常速度慢且效率低。即使热塑性部件在从模具中取出之前会冷却，这也使得它需要冷却的金属块来构成模具。然后为每个部分重新加热金属。

因此，注塑成型是克服这种低效率的过程。它看起来像传递模塑，因为树脂的液化和流动的调节是在保持热的设备的一部分中进行的。成型和冷却在保持冷却的部分进行。

在往复式螺杆注塑机中，材料在重力作用下从料斗流到旋转螺杆上。该螺杆提供机械能，以及将树脂转化为熔融状态的辅助加热器。在此期间，螺杆向料斗端缩回。螺杆向前移动，当有足够量的树脂熔化时，它就像一个柱塞。这迫使聚合物通过浇口熔化到冷模具中。塑料将在模具中固化，然后松开并打开模具。制品将通过自动顶针从模具中推出。然后模具将关闭并夹紧，螺杆再次转动并缩回，以便进行相同的过程。

上面的解释是注塑成型在塑料制造中的工作操作。见下图！

上图描述了热塑性聚合物注塑成型的工作过程。

反应注射成型

反应注射成型是一种成型或成网热固性聚氨酯。它通常在保险杠和内板等汽车零件上进行。成型工艺简称RIM。聚氨酯的两种液体前体是多官能异氰酸酯和预聚物。一种低分子量聚醚或聚酯，带有多个反应性和端基，如羟基、胺或酰胺。

诸如锡皂之类的催化剂的存在导致两种反应物迅速形成由氨基甲酸酯基团连接的网络。这种反应发生得如此之快，以至于两种前体必须在一个特殊的混合头中混合，并尽快被引入模具中。

然而，产品一旦进入模具，就需要很小的压力来填充和贴合模具——主要是在注射过程中产生少量气体的情况下。聚合物体积增大，流动阻力减小。

由于成型压力低，可以使用相对轻巧且便宜的模具。即使要生产保险杠总成或冰箱门等大型零件。

吹塑

吹塑成型用于需要一小部分开发的热塑性容器。在该技术中，热塑性空心管，即型坯，通过注塑或挤压成型。在加热形式下，管子的一端被密封，然后像气球一样被吹起来。然后将在具有冷表面的对开模具中进行膨胀；当热塑性塑料遇到表面时，它会冷却并变得尺寸稳定。

型坯本身可以编程，因为它沿其长度形成不同的壁厚，以便可以在模具中膨胀。这将允许在角落和其他关键位置控制最终的壁厚。在直径和长度都被称为拉伸吹塑成型的过程中，聚合物是双轴取向的，从而提高了强度。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的结晶度提高。

塑料容器吹塑

上图解释了塑料容器的吹塑成型。从顶部逆时针方向，熔融聚合物被挤出成空心管状型坯。分体模具围绕型坯闭合，通过空气流向模具侧面膨胀。一旦塑料凝固，模具就会打开并释放成型的瓶子。仔细看图了解一下吧。

传统上，吹塑用于生产用于国内消费品的聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、PVC和PET瓶。该成型方法也用于生产汽车油箱。在需要高密度聚乙烯罐的情况下，吹塑制品可进一步用三氧化硫处理，以提高抗汽油膨胀或渗透的能力。

铸造和浸渍

由于所有成型过程都不需要高压。要成型的材料可能具有稳定的液体，如果恰好是这样，只需将液体倒入（浇注）到模具中就足够了。这是因为模具不需要很大，即使是热塑性塑料的循环加热和冷却也可以完美完成。

浇铸热塑性塑料的一个很好的例子是在增塑剂（如邻苯二甲酸二辛酯 (DOP) 中）悬浮细碎的低孔隙率 PVC 颗粒。悬浮液将形成可稳定数月的自由流动液体（增塑溶胶）。但如果将悬浮液（即 60 份 PVC 和 40 份增塑剂）加热到约 180 ⁰ C (356 ⁰ F) 五分钟。这将导致PVC和增塑剂形成均匀的凝胶，当冷却回室温时不会分离成其组分。

也可以浇铸热固性材料，例如，可以将聚合物和多官能单体与引发剂的混合物倒入加热的模具中。然后可以在聚合完成后取出制品。此外，采用二烯丙二醇碳酸酯单体和自由基引发剂，可形成透明镜片。

尝试使用中空部件制造物品时，滚塑成型是完美的选择。当分体模具部分填充有增塑溶胶或精细分散的聚合物粉末时，就可以实现这一目标。加热时模具的旋转将液体转化或将粉末熔化成模具内表面上的连续薄膜。当模具冷却并打开时，可以取出中空部分。球、洋娃娃等玩具都是可以用这种成型工艺生产的。

热成型和冷成型

热塑性塑料片材可以加热到其 Tg 或 Tm 以上，这样它就可以形成一个自由的、柔韧的膜，只要其分子量足够高以支持拉伸。在这种加热状态下，将使用真空将板材拉到与模具的冷表面接触，然后将其冷却到 Tg 或 Tm 以下。然后它在模具的形状中变得尺寸稳定。这种成型工艺常用于生产聚苯乙烯或PET形式的冷饮杯。

热塑性塑料可以在不加热的情况下形成新的形状。这可以通过施加足够的压力来实现；因此，它被称为冷成型。该技术用于以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物片材生产人造黄油杯和其他冷藏食品容器。

发泡

塑料加工和制造中的发泡也称为膨胀塑料。它具有使其适用于某些应用的固有特性。例如，泡沫的热导率低于固体聚合物的热导率。此外，对于任何给定重量的材料，泡沫聚合物比固体聚合物更坚硬。最后，泡沫在吸收大量能量的同时会因压缩应力而坍塌，这就是为什么它在保护性包装中具有优势的原因。通过选择聚合物以及通过泡沫形成或制造的方式，这些特性被广泛地要求以适应各种应用。家庭绝缘（聚苯乙烯、聚氨酯、苯酚、甲醛）是泡沫塑料的最大市场。此外，包装包括各种一次性食品和饮料容器。下图为聚苯乙烯包装。

聚苯乙烯

聚苯乙烯包装。

发泡热塑性塑料

可以在室温和适度压力下将异戊烷浸入聚苯乙烯粒料中。当这些颗粒被加热时，它们可以在异戊烷蒸发的同时融合在一起。这将使聚苯乙烯发泡并同时冷却组件。

在形成杯子或某种形式的刚性包装时，颗粒通常在放入模具之前进行一定程度的预发泡。异戊烷浸渍的颗粒也可以在压力下加热并挤出，从而获得连续的泡沫聚苯乙烯片材。然后可以在它仍然温暖的时候将其成型为包装、盘子或鸡蛋盒。

我们还可以通过将氮气或其他一些气体注入聚苯乙烯或聚丙烯等熔融热塑性塑料中来生产结构泡沫。然后这将在挤压机中在压力下进行。以这种方式生产的泡沫比上述泡沫更致密，但它们具有出色的强度和刚度，这使其适用于家具和其他建筑用途。

制造各种热塑性塑料泡沫的另一种方法是使用一种在加热时会分解并产生气体的材料。为了制造更有效的发泡剂，材料应在塑料的成型温度左右分解。它还应该在较窄的温​​度范围内分解，产生大量气体，最后可以安全使用。常用的商业试剂是偶氮二甲酰胺。它通常与一些其他成分混合，以改变分解温度，并有助于试剂在树脂中的分散。

一摩尔（116 克）的偶氮二甲酰胺在 200 ⁰ 时产生约 39,000 立方厘米的氮气和其他气体 C. 所以，当 1 克加入 100 克聚乙烯时，会产生体积超过 800 立方厘米的泡沫。聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺和增塑PVC是可以用发泡剂发泡的聚合物。

发泡热固性塑料

正如上面在反应注塑成型中所解释的，异氰酸酯与含羟基的预聚物快速反应生成聚氨酯。这些材料还可以通过掺入挥发性液体而起泡。它能够在热反应下蒸发并使反应混合物高度发泡。选择的组分决定了网络的刚性，尤其是预聚物。

羟基封端的聚醚用于制备用于家具垫的软质泡沫。另一方面，端羟基聚酯通常用于制造硬质泡沫，例如用于器具定制包装的硬质泡沫。因为聚氨酯对金属表面具有出色的附着力。它用于一些新颖的应用，例如填充和制造某些刚性飞机部件，例如方向舵和升降机。

另一种可以发泡的刚性热固性树脂是基于酚醛树脂的。网络形成的最后阶段是通过添加酸催化剂来实现的，因为存在挥发性液体。

观看下面的视频，了解有关塑料加工的更多信息：

整理

加入

与金属一样，塑料通常通过焊接进行时间连接。表面通过使它们彼此接触并通过传导或介电加热来加热而接合。一个很好的例子是 PVC 和聚乙烯罐和管道系统。由吹塑聚烯烃（如聚乙烯和聚丙烯）管制成的袋子的热封通常需要与热封条接触。

PVC具有足够高的介电损耗，暴露在高频、高压电场下会在整个材料中产生热量。

加工

刚性零件的热塑性塑料和热固性塑料可以通过钻孔、锯切、打磨、车床车削等常规工艺进行加工。通常，玻璃增强热固性塑料被加工成齿轮、滑轮和其他形状，尤其是当零件数量增加时在模具金属上效果不佳。热塑性塑料和热固性塑料片材可以冲压（模切）成各种形式。一个很好的例子是通过真空成型制成的杯子，即使用锋利的模具从母片上切割下来。聚苯乙烯等热塑性塑料，边角料边角料可重新研磨再成型。

涂层

在塑料制品的制造过程中，通常会在整个塑料制品中以颜料或染料的形式添加颜色。在许多应用中，表面涂层可用作保护或装饰目的。通过反应注塑成型生产的汽车保险杠可以涂漆以与车身的其他部分结合在一起。该涂层只能应用于所用溶剂不会导致底层基材溶胀的塑料上。这就是为什么即使需要进行表面处理以提供与这些材料的良好粘合性的乳胶分散涂料也很有帮助的原因。

纤维增强

聚合物-基体复合材料应用于许多存在多个相的塑料基材料。它通常用于描述其中连续相（基质）是聚合物而另一相（增强物）具有至少一个长尺寸的系统。复合材料的主要类别包括由离散层（夹层板）组成的复合材料，以及由纤维垫、编织布或玻璃或其他材料的长、连续长丝增强的复合材料。

三明治层压板

胶合板采用天然木纤维和塑料制成的夹层结构。这些层很容易区分，并且都保持在一起并用热固性树脂（例如脲醛树脂）浸渍。装饰层压板可以由六层纤维牛皮纸（类似于用作杂货袋的纸）和带有印刷设计的表面纸组成。胶合板和纸层压板的交联反应是在大型层压机中压制和加热的材料片材进行的。

玻璃纤维

尽管碳、硼、金属、芳纶聚合物等其他纤维材料可以用作纤维增强材料，但玻璃纤维是最常见的类型。它以随机取向的微纤维垫、机织布、连续或不连续长丝的形式提供。

塑料的回收与资源回收

回收和回收塑料材料是一个不容忽视的重要阶段。这就是为什么采用有利的处理和回收方法的原因。就像纸、玻璃和铝容器等其他材料一样，已经在一定程度上回收了几年。塑料回收也变得很普遍，因为它可以重复使用并具有其他一些积极的好处。

虽然，塑料的回收利用存在各种技术和经济问题，一般分为两类；

1. 识别、隔离（或分类）并收集到中心站。
2. 恢复价值的经济学。

识别、隔离、聚集

塑料是当今包装大多数商品的常见形式。最近，大多数回收工作都集中在容器上。几乎所有由主要商品塑料制成的瓶子、食品托盘、杯子和盘子都带有一个用三角形括起来的识别号和一个缩写。

在大多数地方，鼓励消费者将空饮料容器退回购买地。他们需要在购买时为每个单位支付押金。该方法有助于解决与经济回收相关的两个主要问题。该方法之所以有效，是因为消费者正在寻求归还押金，押金进行分类，商店将塑料收集到中心位置。这种沉积定律大大减少了路边垃圾中的塑料。此外，该系统有助于提高塑料瓶的回收率，尤其是由聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 和高密度聚乙烯 (HDPE) 制成的塑料瓶。这样一来，超过 10% 的塑料产品在首次使用后被回收利用。

另一方面，大多数塑料用于长期应用，如电器、建筑和家居用品。这使得回收变得非常困难。

价值的经济复苏

尽管存在一些限制，但热塑性材料比热固性材料更容易回收。首先，可回收塑料可能被非塑料或构成原始产品的不同聚合物污染。此外，在单一聚合物类型中，分子量存在差异。例如，聚苯乙烯供应商可能会生产用于片状食品托盘的高分子量材料，因为它的成型过程有利于高熔体粘度和弹性。

供应商可提供用于一次性餐具注塑成型的低分子量聚苯乙烯。这是因为注塑成型在低粘度和极低弹性的熔体中效果最佳。如果上述产品的聚合物在回收操作中混合，混合的材料将不会非常适合任何原始应用。

回收塑料的另一个常见问题是不同颜色的颜料或染料混合在一起。另一个是质量控制问题，因为几乎所有塑料都会因使用或初始制造的结果而发生轻微或很大的变化。例如，由于交联或断链（将聚合物链连接在一起的化学键断裂），一些塑料的分子量会发生变化。其他的可能会发生氧化，这是另一种可以改变塑料性能的常见反应。

结论

在这篇关于塑料加工和制造的深入文章中，我们看到了涉及的各种方法。我们在其中解释了复合、成型、挤出和成型。我们启发了各种类型的塑料成型及其操作，我们解释了注射成型、反应注射成型、吹塑成型和浇注和浸渍。我们还了解了塑料制造中的发泡一词，最后，我们学习了适用于塑料制造的精加工操作。

我希望你喜欢阅读，如果喜欢，请评论你最喜欢这篇文章的方面。您可以自由提问，不要忘记与其他技术学生分享，这可能会有所帮助。谢谢！