6．1．1 塑料的成形性能
(1)流动性
塑料在一定的温度与压力下填充模腔的能力称为流动性。它与铸造合金流动性的概念相似。
热塑性塑料流动性的大小，通常可以从树脂分子量及其分布，熔体流动指数(Mn)，表观粘度以及阿基米德螺旋线长度等一系列参数进行预测。分子量小、分子量分布宽，熔体流动指数高，表观粘度小，阿基米德螺旋线长度长，表明其流动性好；反之，其流动性差。热固性塑料的流动性，通常以拉西格流动性(以毫米计)来表示。
影响流动性的因素主要有温度、压力、模具及塑料品种。
(2)收缩性
塑料制品自模腔中取出冷却至室温后，其尺寸发生缩小的这种性能称之为收缩性。塑料制品尺寸收缩不仅是树脂本身热胀冷缩的结果，而且还与各种成形因素有关。所以准确地说，成形后塑料制品的收缩应称之为成形收缩。
1)成形收缩形式
①线尺寸收缩 ②方向性收缩 ③后收缩 ④后处理收缩
2)影响收缩的因素
①塑料品种的影响 ②塑料制品特性的影响 ③模具的影响 ④成形条件的影响
3)收缩率的计算
塑料制品成形收缩值可用收缩率Scp表示
LM——模腔在室温下单向尺寸；
Ls——塑料制品在室温下单向尺寸。
(3)结晶性
在塑料成形过程中，根据塑料冷却时是否具有结晶特性。可将塑料分为结晶形塑料和非结晶形塑料两种。结晶形塑料具有结晶现象的性质叫结晶性。
(4)吸湿性与粘水性
塑料中因有各种添加剂，使其水份各有不同的亲疏程度。所以，塑料吸湿性大致可分为两类：一类是具有吸湿或粘附水分倾向的塑料；另一类是既不吸湿也不易粘附水分的塑料。
(5)热敏性和水敏性
热敏性塑料是指对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截面过小，剪切作用大时，料温增高易发生变色、降聚、分解的倾向，具有这种特性的塑料称之为热敏性塑料。
(6)塑料状态与温度的关系
结晶形塑料和无定形塑料三态与温度之间的关系。温度小于Tg时塑料是玻璃态，温度在Tg—Tf之间是高弹态，温度在Tf—Td之间是粘流态(即塑性良好的状态)。
6．1．2注射成形过程
注射成形又称注射模塑或注塑成形，是热塑性塑料制品的一种主要成形方法。随着注射成形技术的发展，注射成形已成功地应用于某些热固性塑料制品，甚至橡胶制品的工业生产中。注射成形具有生产周期短，能一次成形外形复杂，尺寸精确和带有金属嵌件的塑料制品，生产效率高，易于实现自动化操作，加工适应性强等优点，但成形设备昂贵。
(1)注射成形原理及过程
注射成形是根据金属的压铸技术发展起来的，其成形原理示意动画，将粒状原料在注射机的料筒内加热熔融塑化，在柱塞或螺杆加压下，压缩熔融物料并向前移动，然后通过料筒前端的喷嘴以很高的速度注入温度较低的闭合模具内，冷却定形后，开模就得制品。
注射成形过程包括成形前的准备，注射成形过程以及塑料制品的后处理三个阶段。
1)料筒温度 料筒温度的选择应保证塑料塑化良好，能顺利实现注射，又不引起塑料分解。料筒温度主要根据塑料的熔点或软化点来确定，各种塑料具有不同的流动温度。
2)喷嘴温度 喷嘴温度一般比料筒最高温度略低一些，以避免产生流涎现象，但也不能太低，以防堵塞喷孑L，或在模腔中流人冷凝料。
3)模具温度 模具温度决定于塑料的种类、塑料制品尺寸与结构、性能要求以及其他技术条件等。注射成形模具一般呈两种状态，一种是加热状态；一种是冷却状态。
4)注射压力 注射压力是指柱塞或螺杆顶部对塑料所施加的压力。其作用是克服塑料流动充模过程中的流动阻力，使熔体具有一定的充模速率；对熔体进行压实。
5)成形时间 成形时间是指完成一次注射成形全过程所需的时间。
(2)注射成形模具设计动画欣赏
注射成形模具主要用于热塑性塑料制品，也可用于成形某些热固性塑料，它是塑料制品成形的一种重要的工艺装备。现着重介绍热塑性塑料注射模。
1)注射成形模具结构 由于注射成形模具的结构取决于塑料制品的结构特点和注射机的类形、规格，因而其结构是多种多样的。根据模具中各个组件的作用不同，一副注射模一般由下列几部分组成。
①成形零部件 ②浇注系统 ③导向机构 ④脱模机构 ⑤分形抽芯机构 ⑥调温系统 ⑦排气系统
2)注射模浇注系统 浇注系统是指模具中连接喷嘴和形腔的进料通道。其作用是将塑料熔体顺利地充满形腔，且把压力充分传递到形腔的各个部位，以获得外形清晰内在品质优良的塑料制品。
浇注系统通常分为普通浇注系统和无流道浇注系统两大类，普通浇注系统是应用最为广泛的一种，无流道浇注系统的应用日趋扩大。普通浇注系统一般由四部分组成即主流道、分流道、浇口及冷料井如图6—7所示。
①主流道 主流道是指喷嘴口起至分流道入口处的一段通道。
②冷料井 冷料井位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端。其作用是捕集料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入形腔而影响塑料制品品质；开模时又能将主流道中的冷凝料拉出。冷料井直径宜稍大于主流道直径，长度约为主流道大端直径。

③分流道 分流道是主流道与浇口之间的通道。其作用是使熔融塑料过渡和转向。
④浇口设计 浇口是连接分流道与形腔之间的一段细短流道(除直接浇口外)，是浇注系统的关键部分。其作用是调节控制料流速度、补料时间及防止倒流。浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑料制品成形品质影响很大。塑料制品的一些品质缺陷如缩孔、拼缝线、质脆、分解和翘曲等往往是由于浇口设计不当而产生的。因此，正确设计浇口尺寸是提高塑料制品品质的重要环节。
3）成形零部件设计 成形零部件结构设计主要应在保证塑料制品品质的前提下，从便于加工、装配、使用、维修等方面考虑。
a．凹模 凹模用以形成塑料制品的外表面，按其结构不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式和拼合式等形式。
b．凸模(形芯)和成形杆的结构 凸模又称形芯或阳模，由于多装在注射机的动模板上，习惯上又称为动模，是用于成形塑料制品内表面的零部件。
4)分形面的选择 注射成形模的分形面是其闭合时凹模与凸模相配合的接触面。分形面的正确选择对于制品的品质、技术特性和模具制造都有很大影响，它决定了模具的结构形式，是模具设计工作中的重要环节。选择分形面总的原则上保证塑料制品品质，且便于制品脱模和简化模具结构。在选择分形面时，应考虑以下原则：
①分形面选择应便于塑料制品脱模和简化模具结构
②分形面选择应有利于提高制品的外观品质
③分形面选择应有利于提高制品的精度
④分形面的选择应有利于排气
⑤分形面的选择应有利于防止溢料
以上简要介绍了分形面的选择原则，对于具体的塑料制品来讲，各种因素往往彼此矛盾，难以全面符合。因此选择分形面应综合考虑各种因素，权衡利弊，以取得最优效果。
5)抽芯及顶出机构
①抽芯机构 当注射成形具有与开模方向不同的内外侧孔或侧凹的塑料制品时，模具必须具有侧向分形与抽芯机构。在脱模时，需先将侧形芯抽出方可取出塑料制品。
侧向分形抽芯机构类形很多，通常按动力来源分为手动、液压(气压)和机动三类。
②顶出机构 注射成形后的制品从模具中取出的机构称为顶出机构亦称脱模机构。顶出制品后，顶出机构又要复位。常用的顶出机构有：
简单顶出机构或一次顶出机构 二次脱模机构 双脱模机构 顺序脱模机构
螺纹塑料制品脱模装置 塑料制品上的内螺纹用螺纹形芯成形，外螺纹用螺纹形环成形。由于螺纹的特殊形状，所以带螺纹塑料制品脱模需设置一些特殊机构，其模具结构也较复杂。
6．1．3 挤出成形过程
挤出成形也称挤出模塑或挤塑成形。在热塑性塑料加工领域中，它是一种应用广泛、占据很大比重的加工方法。动画欣赏
(1)挤出成形原理及过程
挤出成形是一种液态轧制过程。单螺杆挤出机如图6—X所示。
其主要由一个加热的料筒和一根在料筒中旋转的螺杆组成。料筒右端装有加料口，上有料斗，粉状或粒状的塑料通过料斗进入料筒。料筒的左端装有口模，在螺杆头部与口模之间装有过滤网，过滤板等部件，使塑料沿着螺杆方向形成压力差。进入料筒的塑料，经外部加热和料筒内螺杆机械作用而成粘流态，并借助螺杆的旋转推力使熔料通过机头里的口模，挤成与口模形状相仿的连续体，此后经过定形、冷却、牵引、卷绕和切割等辅助装置，获得需要的制品。
通常挤出成形过程包括塑化、挤出成形和冷却定形三个阶段。
1)塑化 2)挤出成形 3)冷却定形
挤出成形的主要技术参数是温度、压力和挤出速率等
(2)挤出成形模具
挤出成形是将塑料在旋转的螺杆与料筒之间进行输送、压缩、熔融塑化，定量地通过处于挤出机的头部的口模和定形装置，生产出连续形材的加工过程。在挤出机头部配以各种不同类形的机头及其相应的定形装置与辅机，即可生产出各种形材和制品。
6．1．4模压成形过程
(1)模压成形原理及过程
模压成形又称压缩成形、压塑成形、压制成形等。主要用于热固性塑料的成形，它的基本成形原理是将粉状、粒状或纤维状的固态塑料，置于成形温度下的模具形腔中，然后闭模加压，使其成形、固化的过程。在这一过程中，置于模腔中的热固性塑料，在高温和压力作用下，先由固态变为熔融状，并在此状态下充满整个模腔，熔融态逐渐变为固态，最后开模取得所需塑料制品。
通常，模压成形前的准备工作主要是指预压、预热和干燥等预处理工序。模压成形主要包括加料、合模、排气、交联固化、制品脱模、清理模具等。这里着重讨论模压成形过程。
模压成形过程参数主要包括成形温度、成形压力和成形时间。
1)成形温度 对热固性塑料来讲，加热的目的是使塑料在模具形腔中受热软化，便于充满形腔，同时在特定的温度下，使塑料发生化学交联，最终为不溶解、不熔融的塑料制品。成形温度是影响成形时间、成形压力、制品品质的重要因素。
2)成形压力 成形压力的作用是使熔融塑料充满形腔，并使其压实、压紧；同时排除在压制过程中由于化学反应而产生的水蒸汽和挥发物质，从而避免制品起鼓、变形、甚至开裂，以保证模压成形塑料制品的密度合适、尺寸精度高并具有清晰的表面轮廓。
3)成形时间 成形时间是指加料、合模、排气、加压、固化、脱模、模具清理等工序所需的时间。
(2)模压成形模具
1)模压成形模具的典形结构
模压成形模具的典形结构如图6-29所示。模具的上模和下模分别装在压力机的上、下压板上。与注射模不同的是凹模的上半部分为加料室，用以容纳原料。热固性塑料压缩模成形需要较高的温度，模具必须安装加热装置。加热板5和10的圆孔中安装电热棒，分别对凸模和凹模进行电加热。
2)模压成形模具的分类
模压成形模具的分类方法较多，按照模具的凸、凹部分的结构特征可分为溢料式、不溢式、半溢式和演变式四种。
3)模压成形模结构设计
①塑料制品加压方向的确定 塑料制品在模内的加压方向，指压力机滑块或凸模向模腔施加压力的方向。加压方向决定了分形面的位置，顶出形式和位置，对模具结构、塑料制品品质、脱模难易程度都有影响，加压方向的确定原则是：
有利于压力传递 便于加料
便于嵌件安放和固定 保证凸模强度
简化模具结构 保证重要尺寸的精度
②分形面位置的选择
模压成形模具分形面位置的选择原则是：
为使塑料制品便于顶出，简化顶出机构，分形面的位置应使塑料制品在开模后尽可能留在下模。
塑料制品上对同轴度要求高的两部位，在设置分形面时，宜将两部位关键尺寸放在模具分形面的同一侧。
尽量减少飞边对塑料制品外观的损害，同时应便于清除残余的飞边。因此飞边不宜越过光滑的平面或圆弧面。便于模具及零件的制造。
③凸凹模的结构设计
溢料式凸凹模结构 溢料式凸凹模结构尺寸如图6—33所示
不溢式凸凹模的结构’典形的不溢式压模的凸凹模配合及结构尺寸如图6-34所示。
半溢式凸凹模结构 半溢式压模与溢式压模相同的是都有一个水平的环形挤压面，称挤压环。与不溢式压模相似的是凸模与加料腔也常设有配合环和引导环。
④模压成形模结构零部件设计 模压成形模结构零部件是指除成形零部件以外的所有各种零部件，其中重要的有导向机构、脱模机构、侧向分形面与抽芯机构、排气机构、加热系统等。其结构与注射模有许多相似之处，具体设计方法可参见塑料模具设计手册。
6．1．5 塑料制品的其他成形过程
(1)吹塑成形
吹塑成形是把熔融状态的塑料形环置于模具形腔内，借助于压缩空气吹胀冷却而得到一定形状的中空塑料制品的成形加工方法。根据吹塑制品的种类不同，吹塑成形可分为中空塑料制品吹塑和薄膜吹塑等。
1)中空塑料制品吹塑 中空塑料制品吹塑是将处于熔融状态的空心塑料形坯置于闭合的吹塑模具形腔内，然后向其内部通以压缩空气，以迫使其表面积胀大，并贴紧模腔内壁，最后冷却定形得到具有一定形状和尺寸的中空吹塑制品。
吹塑成形过程包括塑料形坯的制造和吹塑成形。根据形坯制造方法不同，吹塑成形又分为注射吹塑成形和挤出吹塑成形。
注射拉伸吹塑过程可分为注射形坯、加热、拉伸、吹塑和取出制品四个步骤。
2)薄膜吹塑成形 塑料薄膜可以用压延、吹塑及狭缝机头直接挤出等方法生产。其中吹塑法生产薄膜最经济，它要求的设备和成形过程简单，操作方便，而且同一台设备可在适当范围内调整薄膜的宽度和厚度，生产出不同规格的品种。吹塑薄膜还具有物理机械性能好，强度较高的优点，吹塑法可以加工软质和硬质聚氯乙烯、高密度和低密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等多种塑料薄膜。
(2)泡涞塑料成形
泡沫塑料是以合成树脂为基体制成的内部有无数微小气孔的一大类特殊塑料。泡沫塑料可用作漂浮材料、绝热隔音材料、减震和包装材料等。
泡沫塑料的发泡方法通常有以下三种：
1)物理发泡法 2)化学发泡法
3)机械发泡法
按泡沫塑料软硬程度不同，可分为软质泡沫塑料、半硬质泡沫塑料和硬质泡沫塑料。按照泡孔壁之间连通与不连通，又可分为开孔泡沫塑料和闭孔泡沫塑料。此外将密度小于0．4s／cm3的泡沫塑料称为低发泡塑料；大于0．4s／ cm3的称为高发泡塑料。
泡沫塑料成形方法很多，有注射成形、挤出成形、压制成形及其他成形方法，这里仅介绍低发泡注射成形和与模压成形有关的可发性聚苯乙烯泡沫塑料制品的成形过程。
1)低发泡注射成形 在某些塑料材料中加入定量发泡剂，通过注射成形获取内部低发泡、表面不发泡塑料制品的过程称为低发泡注射成形。通常可分为单组分法和双组分法。单组分法又分为高压注射成形和低压注射成形两种。
2)可发性聚苯乙烯泡沫塑料制品的成形 可发性聚苯乙烯泡沫塑料制品是用含有发泡剂的悬浮聚苯乙烯珠粒，经一步法或二步法发泡制成要求形状的塑料制品。由于两步法发泡倍率大，制品品质好，因此广为采用，其成形过程是：
①预发泡 ②熟化 ③成形
(3)压延
压延成形是将加热塑化的热塑性塑料通过一组以上两个相向旋转的辊筒间隙，而使其成为规定尺寸的连续片材的成形方法。
压延成形的生产特点是加工能力大、生产速度快、产品品质好、生产连续、产品厚薄均匀、厚度相对公差可控制在10％以内、而且表面平整。此外，压延生产的自动化程度高。其主要缺点是设备庞大，投资较高，维修复杂，制品宽度受压延机辊筒的限制等，因而在生产连续片材方面不如挤出成形的技术发展快。
(4)塑料的连接
塑料与塑料、塑料与金属或其他非金属材料的连接，除用一般的机械连接方法外，还有热熔粘接，溶剂粘接和胶粘剂粘接等。
1)热熔粘接
2)溶剂粘接
3)胶接
胶结剂分合成胶粘剂和天然胶粘剂。合成胶粘剂一般由几种材料组成，除合成树脂或弹性体为基体材料外，还有一些添加剂，如增塑剂、固化剂、填料及溶剂等。
6．1．6 塑料制品结构的技术特征
(1)塑料制品几何形状的设计
塑料制品几何形状的设计包括脱模斜度、壁厚、加强筋、圆角、孔和支承面的设计。
1)脱模斜度 为了便于使塑料制品从模具内取出形芯，防止塑料制品表面在脱模时划伤、擦毛等，塑料制品内外表面沿脱模方向都应有倾斜角度，即脱模斜度，如图6-38所示。
塑料制品的脱模斜度的大小，与塑料的性质、收缩率的大小、塑料制品的壁厚和几何形状有关，也和制品高度、形芯长度有关。
2)壁厚 合理确定塑料制品壁厚十分重要。塑料制品壁厚受使用要求、塑料性能、塑料制品几何尺寸与形状以及过程参数等众多因素的制约。塑料制品的壁厚应力求均匀、厚薄适当。如果壁太薄熔料充满形腔的流动性阻力大，会出现缺料现象；而壁太厚塑料制品内部易产生气泡，外部易产生凹陷等缺陷。
3)加强筋 加强筋的主要作用是在不增加壁厚的情况下，加强塑料制品的强度和刚度，避免塑料制品变形翘曲。而且可以使塑料成形时容易充满形腔。
4)支承面 以塑料制品整个底面作支承面，一般说来是不易做到的，因为模塑成形后要使该面各点均在同一水平面颇为困难。因此，通常采用凸缘或凸台作为支承面。
5)圆角 在塑料制品的拐角处设置圆角，可增加制品的力学性
能，改善成形时材料的流动性，也有利于制品的脱模。
6)孔 塑料制品上的孔有通孔、盲孔和复杂形状的孔。应尽可能开设在不减弱塑料制品强度的部位，在相邻孔之间以及孔到边缘之间，均应留出适当的距离，且尽可能使壁厚大一些，以保证有足够的强度。
7)侧孔和侧凹 塑料制品上出现侧孔及侧凹时，为便于脱模，必须设置滑块或侧抽芯机构，从而使模具结构复杂，成本增加。
(2)金属嵌件的设计
金属嵌件是模塑在塑料制品中的金属零件。金属嵌件的作用是提高塑料制品的强度和使用寿命，满足塑料制品某些特殊要求，如导电、导磁、耐磨和装配联接等。
对带有嵌件的塑料制品，一般都是先设计嵌件，然后再设计塑料制品。在设计嵌件时，应注意以下几点：
1)设计嵌件时由于金属与塑料冷却时的收缩值相差较大，致使嵌件周围的塑料存在很大的内应力，如果设计不当，则会造成塑料制品的开裂。
2)嵌件尽可能采用圆形对称形状，以利均匀收缩。其边棱应倒成圆弧或倒角，以减少应力集中。
3)为了防止嵌件受力时转动或拔出，嵌件部分表面应制成交叉滚花、沟槽、开孔、弯曲或采用合适的标准件等结构，保证嵌件与塑料之间具有牢固的联接。
4)嵌件在模具内应定位准确，以保证尺寸精度。
5)当嵌件过长或呈细长杆状时，应在模具内设支柱以免嵌件弯曲，但会在塑料制品上留下孔，如图6-45所示。
6)当嵌件为通孔、高度与塑料制品相同，但嵌件高度有公差要求时，塑料制品设计高度应大于嵌件高度0．5mm以上，以防止嵌件被压缩变形。