CN1099946C

CN1099946C - 塑料挤胀成型加工方法

Info

Publication number: CN1099946C
Application number: CN 00124943
Authority: CN
Inventors: 朱复华; 何亚东; 唐文忠
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2003-01-29
Anticipated expiration: 2020-09-26
Also published as: CN1344610A

Abstract

本发明涉及塑料的成型加工，特别是一种塑料的挤胀成型加工方法。利用热塑性塑料制品在一定温度和外力作用下产生塑性变形的特点，得到所需形状的制品。将热塑性塑料管材或封闭式异型材制品内部行腔充满胀形介质，置于模具内，加压挤胀，最终得到与模具相吻合的塑料制品。本发明的方法成型设备结构简单灵活，成本低；模具结构简洁，造价低；能耗低；适于生产端面尺寸相差较大的制品，对制品的断面尺寸适应性强。

Description

塑料挤胀成型加工方法

本发明涉及塑料的成型加工，特别是一种塑料的挤胀成型加工方法。

挤胀成型是一种特殊的塑性成型方法，它是依靠材料的拉伸，在内压作用下使管(桶)坯沿径向向外扩张的成型工艺。挤胀成型的基本工艺过程为，首先将管(桶)状型坯放入模具并在管(桶)坯内填入胀形介质；然后对管(桶)坯内的胀形介质施加挤压力，使管(桶)坯材料流向其径向的模腔自由空间；管(桶)坯在胀形介质产生的内压作用下不断变形，最终得到与模腔形状相同的制件如：膨胀节、凸筋变径接头、波纹管等直通管件，以及各种形式的三通、四通、五通甚至六通等多通管件。但这种方法自60年代以来始终局限于金属制品上。到目前为止，国内外对塑料进行挤胀成型方法、工艺及装备方面的研究还未见报道。

塑料管具有重量轻、耐腐蚀、耐低温、耐磨、内壁阻力小、不易结垢等优点，广泛用于各种气体和液体的输送，如用作自来水管、排污管、农业排灌用管、化工管道、石油管、天然气管和煤气管等。在这些管路系统中，连接管路的各种塑料管件通常是用注射成型的方法获得的。通过注射成型的多通管件，其密实性好、强度高。但采用注射工艺生产多通管件也存在一些不足：①投资大。由于预塑化、合模锁模、注射、保压、冷却、顶出等是注射装置的必备功能，因此注射机的结构复杂，价格高；②注射模具要考虑浇注系统、型芯布置等因素，模具结构也比较复杂，价格昂贵；③能耗高。在注射成型过程中，物料需要经过熔融和冷却，而且注射压力、保压压力、合模压力和锁模压力都很高，生产过程能耗较大。这些都造成单件注射制件的成本偏高，尤其在生产批量较小的情况下，昂贵的模具费用只能由少量的制件来分担。另外，对于细长、或端面尺寸相差较大或膨胀节等结构的制件，很难甚至无法用注射及其他方法来成型。

塑料本身变形能小、屈服应力低、适当加热(但低于相变温度)时屈服应力和变形能远低于金属，而且，金属在固态下都是晶体，而固态塑料为半晶体甚至无定形体，在外压下更易于产生塑性流动，因此，将挤胀成型技术应用于塑料的成型加工是完全可能的。但由于金属加工与塑料加工所处的领域相差较远，因此一直无人将这种方法引入。

本发明的目的：提供一种塑料的挤胀成型加工方法，使成型设备结构简单灵活，成本低；模具结构简洁，造价低；且被加工物料不产生相变，能耗低；适于生产端面尺寸相差较大的制品，对制品的断面尺寸适应性强。

本发明的要点：

本发明为一种塑料的挤胀成型加工方法，利用热塑性塑料制品在一定温度和外力作用下产生塑性变形的特点，得到所需形状的制品；具体工艺条件和步骤如下：将热塑性塑料管材或封闭式异型材制品内部行腔充满胀形介质，置于模具内，两端或一端加压挤胀，根据制品所用材料不同，挤胀压力范围为：1-160Mpa，通常为1-140Mpa；加压过程保持系统的温度在25-400℃，通常在25-300℃；最终得到与模具相吻合的塑料制品。挤胀时间以塑料制品与模具相吻合为准，通常为2-400秒即可。

胀形介质可以为刚性体、弹性体、液体、石蜡或低熔点合金。其中刚性体为分块式凸模或小钢球，弹性体为天然橡胶或聚氨酯类热塑料性弹性体，液体胀形介质为水或油。

由热塑性塑料制成的管材或封闭式异型材制品都可以采用上述方法进行加工，如：聚烯烃、聚氯乙烯、ABS、PA尼龙、聚甲醛、聚酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、或上述改性材料。

挤胀压力的施加可以通过各种外力或液压系统实现。为使弹性胀形介质变形后能够较易于取出，重复利用；挤胀部位与制品主管部位的过渡采用大圆弧过渡，利于塑料变形。

本发明的塑料挤胀成型方法可用于加工膨胀节、凸筋变径接头和波纹管等直通管件，也能很经济地成型各种形式的三通、四通、五通甚至六通等多通管件。如图1所示。

与注射成型相比，采用挤胀法生产各类塑料管件的优点是：①成型设备结构简单，成本低，模具的结构简洁，造价低；②降低制品内应力；③被加工物料不产生相变，能耗少；④适于生产端面尺寸相差较大的制品，对制品的断面尺寸适应性强；⑤控制系统比较简单，工艺控制十分灵活，通过控制挤压行程，利用同一副模具，可得到不同尺寸的制品；⑥能充分利用挤出型坯的高生产率和低成本；⑦可制造注射及其他方法无法得到或难于得到的较复杂的薄壁零件；⑧在生产批量较小的情况下，能大幅度降低生产成本。

下面结合附图和实施例对本明做进一步的描述。

图1：本发明的挤胀成型工艺适用的塑料制品举例。

图2：塑料波纹管挤胀成型过程示意图。

图3：塑料胀肚管挤胀成型过程示意图。

图4：两端加压的塑料胀肚管挤胀成型过程示意图。

实施例1：利用本发明加工塑料波纹管制品，采用的塑料材料为高密度聚乙烯2480。如图2所示，首先将塑料制品1放入分块凹模5中，然后将胀形介质聚醚型聚氨酯棒2(牌号为TMAR-1)放入到塑料制品1中，柱塞压头3在45吨液压压力机的作用下向下压，使胀形介质2对塑料制品1产生胀形压力，同时也将塑料制品向下压，以补偿管胚变形时的体积变化。管胚的外径50mm，壁厚5mm，挤胀成型过程中挤胀温度55℃，胀形压力为40Mpa，挤胀时间为6秒。

实施例2：利用本发明加工塑料胀肚管。采用的塑料材料聚氯乙烯(PVC)。加工过程如图3所示，所用胀形介质为钢质分块式凸模6和钢质模芯7，钢质模芯在45吨液压压力机的作用下向下运动，使得分块式凸模向外扩张，产生胀形压力，成型胀肚管。PVC管胚的外经89mm壁厚8mm，挤胀成型过程中挤胀温度105℃，胀形压力为20Mpa，挤胀时间300秒。

实施例3：利用本发明加工ABS塑料胀肚管制品。加工过程如图4所示，首先将塑料制品1放入分块凹模5中，合上模具后两侧柱塞压头3分别顶住塑料制品1的两端，然后利用柱塞压头中间的孔将胀形介质2液压油打入到塑料制品1的内腔，形成胀形压力，并使管胚按模具形状成型。管胚为外径60mm壁厚8mm的ABS管材，胀型介质为20号液压油，挤胀成型过程中挤胀温度75℃，胀形介质液压油油温76℃，胀形压力为80Mpa，挤胀时间140秒。

实施例4：利用本发明加工PE(5000s)塑料热收缩管制品，以25mm的PE管为管胚，胀形介质为顺丁橡胶棒CB220，胀形过程同实施例1，胀形模具内部为直圆柱形型腔，挤胀成型过程中挤胀温度55℃，胀形压力为20Mpa，挤胀时间6秒，胀形前后管径之比可以通过胀形介质压入深度调节，范围为1∶1.1-1∶2.5。

实施例5：利用本发明加工ABS塑料扩口管件制品，以89mm的ABS管为管胚，胀形介质为聚醚型聚氨酯棒(牌号为TMAR-1)，胀形过程同实施例1，挤胀成型过程中挤胀温度105℃，胀形压力为140Mpa，挤胀时间420秒，扩口部分外径与主管外径比可通过调整胀形介质压入深度调节，范围从1.1-2.5。

Claims

1.一种塑料的挤胀成型加工方法，利用热塑性塑料制品在一定温度和外力作用下产生塑性变形的特点，得到所需形状的制品；具体工艺条件和步骤如下：将热塑性塑料管材或封闭式异型材制品内部行腔充满胀形介质，置于模具内，在25-400℃下，制品两端或一端加压挤胀，挤胀压力范围为：1-160Mpa，加压过程保持系统的温度在25-400℃，最终得到与模具相吻合的塑料制品；所说的胀形介质为刚性体、弹性体、液体、石蜡或低熔点合金。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：对胀形介质所说的刚性体为分块式凸模或小钢球，所说的弹性体为橡胶或聚氨酯类热塑性弹性体，所说的液体胀形介质为水或油；管材或封闭式异型材制品所用的热塑性塑料为：聚烯烃、聚氯乙烯、ABS、PA尼龙、聚甲醛、聚酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、或上述改性材料。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：系统加热温度范围为25-300℃，挤胀压力范围为1-140Mpa，挤胀时间为2-400秒。