高分子材料加工工艺学

第一篇：高分子材料加工工艺学

高分子材料与加工

1 高分子材料与加工 / 温变英主编.(高分子材料与工程专业系列教材)

普通高等教育“十二五”规划教材

英文题名取自封面

有书目(第252-253页)

高分子材料与工程专业师生、其他材料专业，如复合材料、材料物理与化学、无机非金属材料等专业师生及相关读者。

ISBN 978-7-5019-7963-9: CNY38.00

本教材将《高分子材料》、《塑料助剂》、《高分子材料加工原理》等知识进行整合，去其冗长，选取其必要的概念、原理和知识点进行重新编辑，使相关知识条理化、系统化，全面介绍了聚合物树脂从材料到生产的全部过程，力求为教师和学生的使用提供方便。本书主要内容涵盖了绪论、高分子材料概论、物料的混合与配制等。

2 高分子材料=Polymeric materials / 王澜,王佩璋,陆晓中编著.(高分子材料与工程专业系列教材)

普通高等教育“十一五”国家级规划教材

并列英文题名取自封面

有书目 (第424-425页)

ISBN 978-7-5019-6654-7: CNY52.00

本书论述了各类高分子材料的性能、加工方法和应用,包括:通用塑料,通用工程塑料,特种工程塑料,热固性塑料,橡胶等。并且结合这些高分子材料,分别介绍了各种助剂的功能和在高分子材料中的应用。

高分子材料与工程专业系列教材 (检索结果以出版年月为序)

1. 高分子材料与加工/温变英主编,2011,TB324-43/16

2. 高分子材料=Polymeric materials/王澜,王佩璋,陆晓中编著,2009,TB324-43/12

3. 聚合物复合材料/黄丽主编,2001,TB33-43/6

3 聚合物复合材料 / 黄丽主编.(高分子材料与工程专业系列教材)

高等学校专业教材

ISBN 978-7-5019-2629-9: CNY35.00

本书内容包括:基体材料、复合材料的增强材料、纤维复合材料及其制造方法、复合材料力学性能等。

第二篇：高分子材料加工工程专业

专业简介

学科：工学

门类：材料类

专业名称：高分子材料加工工程专业

高分子材料加工工程专业是1953年由中国科学院院士徐僖教授主持创建的，是原轻工部教学指导委员会主任单位和教材编写委员会主任委员单位，在全国居领先地位，是国内名牌专业。

专业信息

培养目标：本专业以培养面向世界、面向未来，具有国际竞争能力、创新能力、创业能力、管理能力的高分子材料加工工程专门人才为目标。

主要课程：高分子材料加工机械、机械设计、高分子材料与应用、塑机控制技术、塑料制品设计、塑机与模具制造、模具工程设计、塑料成型工艺学、金属材料及热处理、化工原理、高分子物理及化学、模具CAD/CAE、材料力学等。本专业通过工程制图、机械零件设计、塑料模具设计、塑料加工工程实验和模具CAD/CAE运用等实践环节训练，使学生除了掌握必要的专业基础知识和技能外，还具有熟练的工程技术应用技能。毕业生能从事塑料制品的成型原理、成型工艺、配方设计、产品与模具设计、成型机械设计、新型高分子结构材料及功能材料的理论研究、技术开发应用、生产管理以及教学工作。 修业年限：4年。

授予学位：工学学士学位。

专业就业状况

轻工、化工、建材、电子电器、通讯、机械、交通、医疗和航天航空等大中型企业、科研院所和大专院校，以及石化、合成树脂企业。

院校分布部分

四川大学。

第三篇：高分子材料加工成型原理作业

《高分子材料加工成型原理》主要习题

第二章 聚合物成型加工的理论基础

1、名词解释：牛顿流体、非牛顿流体、假塑性流体、胀塑性流体、拉伸粘度、剪切粘度、滑移、端末效应、鲨鱼皮症。

牛顿流体：流体的剪切应力和剪切速率之间呈现线性关系的流体，服从牛顿黏性定律的流体称为非牛顿流体。

非牛顿流体：流体的剪切应力和剪切速率之间呈现非线性关系的流体，凡不服从牛顿黏性定律的流体称为非牛顿流体。

假塑性流体：是指无屈服应力,并具有黏度随剪切速率或剪切应力的增大而降低的流动特性的流体，常称为“剪切变稀的流体”。

胀塑性流体：是指无屈服应力,并具有黏度随剪切速率或剪切应力的增大而升高的流动特性的流体，常称为“剪切增稠的流体”。P13 拉伸粘度：用拉伸应力计算的粘度，称为拉伸粘度，表示流体对拉伸流动的阻力。

剪切粘度：在剪切流动时，流动产生的速度梯度的方向与流动方向垂直，此时流体的粘度称为剪切粘度。

滑移：是指塑料熔体在高剪切应力下流动时，贴近管壁处的一层流体会发生间断的流动。P31 端末效应：适当增加长径比聚合物熔体在进入喷丝孔喇叭口时，由于空间变小，熔体流速增大所损失的能量以弹性能贮存于体系之中，这种特征称为“入口效应”也称"端末效应"。

鲨鱼皮症：鲨鱼皮症是发生在挤出物表面上的一种缺陷，挤出物表面像鲨鱼皮那样,非常毛糙。如果用显微镜观察,制品表面是细纹状。它是不正常流动引起的不良现象,只有当挤出速度很大时才能看到。

6、大多数聚合物熔体表现出什么流体的流动行为?为什么?P16 大多数聚合物熔体表现出假塑性流体的流动行为。 假塑性流体是非牛顿型流体中最常见的一种，聚合物熔体的一个显著特征是具有非牛顿行为，其黏度随剪切速率的增加而下降。此外，高聚物的细长分子链，在流动方向的取向粘度下降。

7、剪切流动和拉伸流动有什么区别?

拉伸流动与剪切流动是根据流体内质点速度分布与流动方向的关系区分，拉伸流动是一个平面两个质点的距离拉长，剪切流动是一个平面在另一个平面的滑动。

8、影响粘度的因素有那些?是如何影响的?

剪切速率的影响：粘度随剪切速率的增加而下降; 温度的影响：随温度升高，粘度降低; 压力的影响：压力增加，粘度增加;

分子参数和结构的影响：相对分子质量大，粘度高;相对分子质量分布宽，粘度低;支化程度高，粘度高;

添加剂的影响：加入增塑剂会降低成型过程中熔体的粘度;加入润滑剂，熔体的粘度降低;加入填料，粘度升高。

12、何谓熔体破裂?产生熔体破裂的原因是什么?如何避免?

高聚物熔体在挤出过程中，当挤压速率超过某一临界值时挤出物表面出现众多的不规则的结节、扭曲或竹节纹，甚至支离和断裂成碎片或柱段，这种现象称为熔体破裂。

原因：一种认为是由于熔体流动时，在口模壁上出现了滑移现象和熔体中弹性恢复所引起;另一种是认为在口模内由于熔体各处受应力作用的历史不尽相同，因而在离开口模后所出现的弹性恢复就不可能一致，如果弹性恢复力不为熔体强度所容忍，就会引起熔体破裂。

避免熔体破裂需注意：控制剪切应力与熔体温度;设计口模模唇时，提供一个合适的入口角，使用流线型的结构是防止聚合物熔体滞留并防止挤出物不稳定的有效方法。

第三章 成型用的物料及其配制

4、简述增塑剂的增塑机理，如何选用增塑剂?

增塑剂在加入聚合物大分子后，增塑剂的分子因溶剂化及偶极力等作用而“插入”聚合物分子之间并于聚合物分子的活性中心发生时解时结的联结点，由于有了增塑剂-聚合物的联结点，聚合物之间原有的联结点就会减少，从而使其分子间的力减弱，并导致聚合物一系列性能的改变。选用增塑剂要选择与树脂的相容性好、增速效率高、增塑效果持久、低温柔韧性好、电绝缘性好、耐老化性好、阻燃性好、毒性低等。

5、何谓稳定剂?简述热稳定剂的稳定机理。

凡在成型加工和使用期间为有助于材料性能保持原始值或接近原始值而在塑料配方中加入的物质称为稳定剂。热稳定剂的作用机理归纳如下：(1)捕捉降解时放出的HCL。(2)置换不稳定的氯原子(3)钝化具有催化作用的金属氯化物(4)防止自动氧化(5)与共轭双键结构起加成作用(6)能与自由基起反应。

8、何谓润滑剂?为什么润滑剂有内、外之分?

为改进塑料熔体的流动性能，减少或避免对设备的摩擦和粘附以及改进制品表面光亮度等，而加入的一类助剂称为润滑剂。

润滑剂中有一类与高聚物有一定的相容性，加入后可减少高聚物分子的内聚力，降低其熔融粘度，从而减弱高聚物分子间的内摩擦，此类润滑剂为内润滑剂。还有一类与高聚物仅有很小的相容性，它在加工机械的金属表面和高聚物表面的界面上形成一润滑层，以降低高聚物与加工设备之间的摩擦，此类润滑剂为外润滑剂。不同的相容性让润滑剂有了内外之分。

第五章 挤出成型

2、普通螺杆在结构上为何分段，分为几段?各段的作用如何?

螺杆的主要功能包括输送固体物料，压紧和熔化固体物料，均化、计量和产生足够的压力以挤出熔融物料，所以根据物料在螺杆上运转的情况可将螺杆分为加料、压缩和计量三段。

加料段是自物料入口向前延伸约4~8D的一段，主要功能是卷取加料斗内物料并传送给压缩段，同时加热物料;压缩段(又称过渡段)是螺杆中部的一段，在这段中物料除受热和前移外，主要是由粒状固体逐渐被压实并软化为连续的熔体，同时还将夹带的空气排出;计量段是螺杆的最后一段，其长度约为6~10D，主要的功能是使熔体进一步塑化均匀，克服口模的阻力使物料定量、定压的由机头和口模流道中挤出，所以这一段也称为均化段。

3、根据固体输送率的基本公式，分析当螺杆的几何参数确定之后，提高固体输送率的途径及工业实施方法。

提高固体输送率可从挤出机结构和挤出机挤出工艺两个方面采取措施。从挤出机结构角度来考虑，可增加螺槽深度;其次，可降低塑料与螺杆的摩擦系数，这就需要提高螺杆的表面光洁度;再者，可增大塑料与料筒的摩擦系数，料筒内表面要尽量光洁。

从挤出工艺角度来考虑，关键是控制送料段料筒和螺杆的温度。

9、何谓螺杆压缩比?为什么要有压缩比?在螺杆结构上如何实现?

通常将加料段一个螺槽的溶剂与计量段一个螺槽容积之比称为螺杆的压缩比。

压缩比对塑料挤出成型工艺控制有重要影响。挤出不同的塑料，根据塑料的物理性能选择螺杆的压缩比。

实现压缩比的途径：变动螺纹的高度或导程;螺杆根径由小变大或外径由大变小;螺纹的头数由单头变成二头或三头。

13、 用方框图表示出挤出成型工艺，并注明各工艺环节所用的设备。

各工艺环节所用的设备：

原料的预处理和混合：烘箱或烘房; 挤出成型：挤出机、挤出机机头口模;

定性装置：真空定径(真空定径套、冷却水槽、真空泵等)和内压定径; 冷却装置：浸浴式冷却水箱或喷淋式冷却水箱; 牵引装置：滚轮式牵引机或履带式牵引机;

切割装置：圆盘锯切割机或自动星型锯切割机。

第六章 注射模塑

1、名词解释：塑化、塑化压力、注射压力

塑化是注射成型的准备过程，是指物料在料筒内受热达到流动状态并具有良好的可塑性的全过程。

塑化压力：采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力称为塑化压力，亦称背压。

注射压力：是指柱塞或螺杆顶部对塑料所施加的压力，由油路压力换算而来。

2、注射成型方法适合于何种制品的生产?为什么?请用框图形式表示一个完整的注 射成型工艺过程。

适合于热塑性塑料及多种热固性塑料制品的生产。

注射成型的成型周期短、生产效率高，能一次成型外形复杂、尺寸精准、带有嵌件的制品;生产热固性塑料时，不仅使其制品质量稳定、尺寸精准和性能提高，而且使成型周期大大缩短，劳动条件也得到改善。

6、与挤出机的螺杆相比，注射机的螺杆在结构上、运动上及功能上有何特点?

(1)注射螺杆在旋转时有轴向位移，因此螺杆的有效长度是变化的; (2)注射螺杆的长径比较小，一般为10-15之间; (3)注射螺杆的压缩比较小，一般为2-2.5之间;

(4)注射螺杆因有轴向位移，因此加料段应该长，约为螺杆长度的一半，而压缩段和计量段则各为螺杆长度的四分之一;注射螺杆的螺槽较深以提高生产率;

(5)注射螺杆在转动时只需要它能对物料进行塑化，不需要它提供稳定的压力，塑化中物料承受的压力是调整背压来实现的;

(6)为使注射时不致出现熔料积存或沿螺槽回流的现象，应考虑螺杆头部的结构。

13、为什么要保压?保压对制品性能有何影响?

熔体注入模腔后，由于模具的低温冷却作用，使模腔中的熔体产生收缩。为了保证注射制品的致密性、尺寸精度和强度，必须使注射系统对模具施加一定的压力(螺杆对熔体保持一定的压力)，对模腔塑件进行补缩，直到浇注系统的塑料冻结为止。

对制品的密度、克服制品表面缺陷、制品的致密性、尺寸精度和强度都有一定的影响。

第七章 压延成型

2 简述压延机的基本结构和工作原理。

各类压延机除辊筒数目及排列方式不同外，其基本结构大致相同，主要由机座、机架、辊筒、辊距调节装置、润滑系统、传动装置、紧急停车装置等部分组成。

压延成型主要依靠辊筒异向旋转，将熔融塑化的物料带入辊筒间隙，由于辊筒间速比的存在，辊隙间有速度梯度，使料层间产生相对运动。使熔料在辊筒间隙中受到辊筒挤压延展、拉伸而成为具有一定规格尺寸连续片(膜)状制品。

第四篇：塑料齿轮加工工艺及材料简介

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塑料齿轮正朝着更大的尺寸、更复杂的几何形状、更高强度的方向发展，同时高性能树脂和长玻纤填充的复合材料起到了重要的推动作用。

塑料齿轮在过去的50年里经历了从新型材料到重要的工业材料的一个变化历程。今天它们已经深入到许多不同的应用领域中，如汽车、手表、缝纫机、结构控制设施和导弹等，起到传递扭矩和运动形式的作用。除了现有的应用领域以外，新的、更难加工的齿轮应用领域将不断的出现，这种趋势还在深入发展中。

汽车工业已经成为塑料齿轮发展最快的一大领域，这一成功的变化是令人鼓舞的。汽车制造厂商正努力寻找各种汽车驱动的辅助系统，他们需要的是马达和齿轮等而不是功率、液压或者电缆。这种变化使得塑料齿轮深入应用到很多应用领域，从升降门、座位、跟踪前灯到刹车传动器、电动节气门段、涡轮调解装置等。

塑料动力齿轮的应用进一步拓宽。在一些大尺寸要求的应用领域，塑料齿轮经常用来替代金属齿轮，如使用塑料的洗衣机传动装置等，这改变着齿轮在尺寸上的应用限度。塑料齿轮也应用到其它很多领域，如通风和空调系统(HVAC) 的减振驱动器、流动设施中的阀门传动、公共休息室中的自动冲扫器、小型航空器上用的控制表层稳定的动力螺旋器、军用领域中的螺砣仪以及操纵装置。 大尺寸、高强度的塑料齿轮

由于塑料齿轮成型上的优势以及可以成型更大、高精度和高强度的特征，这是塑料齿轮得以发展的一个重要原因。早期的塑料齿轮发展趋势一般是跨度小于1英寸，传输能力不超过0.25马力的直齿轮。现在齿轮可以做成许多不同的结构，传输动力一般为2马力，直径范围为4-6英寸。预测到2010年，塑料齿轮成型直径可以达到18英寸，传送能力可以提高到10马力以上。

如何设计出一个齿轮构型，在传送动力最大化的同时让传送错误和噪音最小化，还面临着很多难题。这就对齿轮的同心性、齿形以及其它的特性提出了很高的加工精确要求。某些斜齿轮，可能需要复杂的成型动作来制造最终的产品，其它的齿轮在较厚部分需要使用芯齿来减少收缩。虽然很多成型专家使用了最新的聚合材料、设备和加工技术达到了生产新一代塑料齿轮的能力，但是对于所有的加工者来说，将面临的一个真正的挑战是如何配合制造这种整个高精度产品。

控制的难点

高精度齿轮允许的公差一般很难用美国塑料工业协会(SPI)所说明的“好”来形容。但是今天多数成型专家使用最新的配有加工控制单元的成型机器，在一个复杂的窗口上，控制成型温度的精度、注射压力以及其它的变量来成型精密的齿轮。一些齿轮成型专家使用更先进的方法，他们在型腔里安置温度和压力传感器来提高成型的一致性和重复性。 精密齿轮的生产商也需要使用专业的检测设备，如用来控制齿轮质量的双齿侧面的滚动检测器、评估齿轮齿面以及其它特征的电脑控制检测器。但是拥有正确的设备仅仅是个开始。那些试图进入精度齿轮行业的成型商也必须调整他们的成型环境来确保他们生产的齿轮，在每一次注塑、每一次型腔都尽可能的一致。由于在生产精密齿轮的时候，技工的行为往往是决定性的因素，因此他们必须着力于对员工的培训和操作过程的控制。

由于齿轮的尺寸容易受季节性温度变换的影响，甚至打开门让一个叉车通过引起的温度波动都能影响齿轮的尺寸精度，因此模塑厂商需要严格控制成型区的环境条件。其它需要考虑的因素还包括：一个稳定的动力供给，可控制聚合物温度和湿度的适宜干燥设备，配有恒定的气流的冷却单元。有些场合使用自动化技术，通过一个反复的动作，将齿轮从成型的位置移开并放置在传送单元上，达到冷却方式的一致。

重要的成型冷却步骤

高精密零件的加工与一般成型加工的要求相比较，需要注意更多的细节问题以及达到精确测量水平所要求的测量技术。这一工具必须确保每一次成型的腔内成型温度和冷却速率相同。精密齿轮加工中最常见的问题是如何处理齿轮对称性冷却以及各模腔间一致性的问题。

精密齿轮的模具一般不超过4个型腔。由于第一代的模具只生产一个齿轮，很少有具体的说明，轮齿嵌入物经常用来减少二次切削的成本。

精密齿轮应该从齿轮中心位置的一个浇口处注入。多浇口易形成熔合线，改变压力分布和收缩，影响齿轮公差。对于玻纤增强的材料，由于纤维沿着焊接线成放射状排列，使用多浇口时易造成半径的偏心的“碰撞”。

一个成型专家能控制好齿槽处的变形，获得可控的、一致性的、均匀的收缩能力的产品是以良好的设备、成型设计、所用的材料伸展能力以及加工条件为前提的。在成型时，要求精密控制成型表面的温度、注射压力和冷却过程。其它的重要因素还包括壁厚、浇口尺寸和位置、填料类型、用量和方向、流速和成型内应力。

最常见的塑料齿轮是直齿、圆柱形蜗轮和斜齿轮，几乎所有用金属制造的齿轮都可以用塑料来制造。齿轮常用分瓣模腔来成型。斜齿轮加工时由于注射时必须让齿轮或者形成齿的齿轮环进行旋转，所以要求注意其细节。

蜗轮运行时产生的噪音比直齿小，成型后通过旋出型腔或者用多个滑动机构移出。如果使用滑动机构，必须高精确操作，避免在齿轮上出现明显的分缝线。

新工艺和新树脂

更多的先进的塑料齿轮成型方法正在被开发出来。例如二次注射成型法，通过在轮轴和轮齿之间设计一个弹性体的方法，使齿轮运行起来更安静，在齿轮突然停止运转时，能够较好的吸收振动，避免轮齿损坏。轮轴可以被重新模塑上其它材料，可以选择柔韧性更好或者价值更高、自润滑效果更好的复合材料。同时研究了气辅法和注射压缩模塑法，作为改善轮齿质量、齿轮整体精度、减小内应力的一种方法。

除了齿轮本身以外，成型人员还需要注意齿轮的设计结构。结构中齿轮轴的位置必须成线性排列才能保证齿轮成一直线运行，即使在负荷和温度改变的情况下，因此结构的尺寸稳定性和精度是非常重要的。考虑到这个因素，应该使用玻纤增强材料或矿物填充的聚合物等材料做成具有一定刚性的齿轮结构。

现在，在精密齿轮制造领域，一系列的工程性热塑性塑料的出现给加工人员提供了比以前更多的选择机会。乙缩醛类、PBT和聚酰胺等最常用的材料，可以生产出优良的耐疲劳、耐磨损、光滑性、耐高切线应力强度性能，能承受诸如往复式马达运转等造成的振动负荷的齿轮设备。对于结晶性的聚合物必须在足够高的温度下成型，保证材料的充分结晶，否则在使用时由于温度升到成型温度以上，材料发生二次结晶而导致齿轮尺寸变化。

乙缩醛作为一个重要的齿轮制造材料广泛应用于汽车、器具、办公设备等领域，已有40多年的历史。它的尺寸稳定性能和高耐疲劳和抗化学性可承受温度高达90 ℃以上。和金属以及其它塑料材料相比，它具有优异的润滑性能。

PBT聚酯可制造出非常光滑的表面，不进行填充改性其最大工作温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达170℃。与乙缩醛、其它类型塑料以及金属材料的产品比较，它运行良好，经常用于齿轮的结构中。

聚酰胺材料，与其它的塑料材料和金属材料比较，具有韧性好和经久耐用的性质，常用于涡轮传动设计和齿轮框架等应用领域。聚酰胺齿轮未填充时运行温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达175℃。但是聚酰胺具有吸湿或润滑剂而造成尺寸变化的特征，使得它们不适合用于精密齿轮领域。

聚苯硫醚(PPS)的高硬度、尺寸稳定性、耐疲劳和耐化学性能的温度可达到200℃。它的应用正深入到工作条件要求苛刻的应用领域、汽车业以及其它终端用途等。

液晶聚合物(LCP)做成的精密齿轮尺寸稳定性好。它可以忍受高达220℃的温度，具有高抗化学性能和低成型收缩变化。使用该材料已经做出齿厚约0.066 mm的成型齿轮，相当于人头发直径的2/3大小。

热塑性弹性体能使齿轮运行更安静，做成的齿轮柔韧性更好，能够很好的吸收冲击负荷。例如，共聚酯类的热塑性弹性体做成的一个低动力、高速的齿轮，当保证足够的尺寸稳定性和硬度的时候，运行时允许出现一些偏差，同时能够降低运行噪音。这样的一个应用例子是窗帘传动器中使用的齿轮。

在温度相对较低、腐蚀性化学环境或者高磨损环境中，聚乙烯、聚丙烯和超高分子量聚乙烯等材料也已被用于齿轮生产。也考虑了其它的聚合材料，但在齿轮应用中受到了许多苛刻的限要求限制，例如聚碳酸酯润滑性能、耐化学性和耐疲劳性能不好;ABS和LDPE材料通常不能满足精密齿轮的润滑性能、耐疲劳性能、尺寸稳定性以及耐热、抗蠕变等性能要求。这样的聚合物大多数用于常规的、低负荷或者低速运转的齿轮领域。

使用塑料齿轮的优势

与同等尺寸的塑料齿轮相比，金属齿轮运行良好，温度和湿度变化时的尺寸稳定性好。但是与金属材料相比，塑料在成本、设计、加工和性能上具有很多优势。

与金属成型相比，塑料成型的固有的设计自由度保证了更高效的齿轮制造。可以用塑料成型内齿轮、齿轮组、蜗轮等产品，而这很难以一个合理的价格使用金属材料来成型。塑料齿轮应用领域比金属齿轮宽，因此它们推动了齿轮朝着承受更高负荷、传送更大动力的方向发展。塑料齿轮同时也是一种满足低静音运行要求的重要材料，这就要求有高精度、新型齿形和润滑性或柔韧性优异的材料出现。

塑料制造的齿轮一般不需要二次加工，所以相对于冲压件和机造件金属齿轮，在成本上保证了50%到90%水平的降低。塑料齿轮比金属齿轮轻、惰性好，可用在金属齿轮易腐蚀、退化的环境中，例如水表和化学设备的控制。

和金属齿轮相比，塑料齿轮可以偏转变形来吸收冲击载荷的作用，能较好的分散轴偏斜和错齿造成的局部负荷变化。许多塑料固有的润滑特征使得它们成了打印机、玩具和其它低负荷运转机构的理想齿轮材料，这里不包括润滑剂。除了运行在干燥的环境中，齿轮还可用油脂或油来润滑。

材料的增强作用

齿轮和结构材料的说明中，应该考虑到纤维和填料对树脂材料性能的重要作用。例如当乙缩醛共聚物填充25%的短玻纤(2mm或更小)的填料后，它的拉伸强度在高温下增大2倍，硬度升3倍。使用长玻纤(10 mm或者更小)填料可提高强度、抗蠕变能力、尺寸稳定性、韧性、硬度、磨损性能等以及其它的更多性能。因为可获得需要的硬度、良好的可控热膨胀性能，在大尺寸齿轮和结构应用领域，长玻纤增强材料正成为一种具有吸引力的备选材料。

塑料齿轮加工工艺及材料简介

塑料齿轮正朝着更大的尺寸、更复杂的几何形状、更高强度的方向发展，同时高性能树脂和长玻纤填充的复合材料起到了重要的推动作用。

塑料齿轮在过去的50年里经历了从新型材料到重要的工业材料的一个变化历程。今天它们已经深入到许多不同的应用领域中，如汽车、手表、缝纫机、结构控制设施和导弹等，起到传递扭矩和运动形式的作用。除了现有的应用领域以外，新的、更难加工的齿轮应用领域将不断的出现，这种趋势还在深入发展中。

汽车工业已经成为塑料齿轮发展最快的一大领域，这一成功的变化是令人鼓舞的。汽车制造厂商正努力寻找各种汽车驱动的辅助系统，他们需要的是马达和齿轮等而不是功率、液压或者电缆。这种变化使得塑料齿轮深入应用到很多应用领域，从升降门、座位、跟踪前灯到刹车传动器、电动节气门段、涡轮调解装置等。

塑料动力齿轮的应用进一步拓宽。在一些大尺寸要求的应用领域，塑料齿轮经常用来替代金属齿轮，如使用塑料的洗衣机传动装置等，这改变着齿轮在尺寸上的应用限度。塑料齿轮也应用到其它很多领域，如通风和空调系统(HVAC) 的减振驱动器、流动设施中的阀门传动、公共休息室中的自动冲扫器、小型航空器上用的控制表层稳定的动力螺旋器、军用领域中的螺砣仪以及操纵装置。

大尺寸、高强度的塑料齿轮

由于塑料齿轮成型上的优势以及可以成型更大、高精度和高强度的特征，这是塑料齿轮得以发展的一个重要原因。早期的塑料齿轮发展趋势一般是跨度小于1英寸，传输能力不超过0.25马力的直齿轮。现在齿轮可以做成许多不同的结构，传输动力一般为2马力，直径范围为4-6英寸。预测到2010年，塑料齿轮成型直径可以达到18英寸，传送能力可以提高到10马力以上。

如何设计出一个齿轮构型，在传送动力最大化的同时让传送错误和噪音最小化，还面临着很多难题。这就对齿轮的同心性、齿形以及其它的特性提出了很高的加工精确要求。某些斜齿轮，可能需要复杂的成型动作来制造最终的产品，其它的齿轮在较厚部分需要使用芯齿来减少收缩。虽然很多成型专家使用了最新的聚合材料、设备和加工技术达到了生产新一代塑料齿轮的能力，但是对于所有的加工者来说，将面临的一个真正的挑战是如何配合制造这种整个高精度产品。

沙发大中小发表于 2009-6-10 16:05 只看该作者

控制的难点

高精度齿轮允许的公差一般很难用美国塑料工业协会(SPI)所说明的“好”来形容。但是今天多数成型专家使用最新的配有加工控制单元的成型机器，在一个复杂的窗口上，控制成型温度的精度、注射压力以及其它的变量来成型精密的齿轮。一些齿轮成型专家使用更先进的方法，他们在型腔里安置温度和压力传感器来提高成型的一致性和重复性。

精密齿轮的生产商也需要使用专业的检测设备，如用来控制齿轮质量的双齿侧面的滚动检测器、评估齿轮齿面以及其它特征的电脑控制检测器。但是拥有正确的设备仅仅是个开始。那些试图进入精度齿轮行业的成型商也必须调整他们的成型环境来确保他们生产的齿轮，在每一次注塑、每一次型腔都尽可能的一致。由于在生产精密齿轮的时候，技工的行为往往是决定性的因素，因此他们必须着力于对员工的培训和操作过程的控制。

由于齿轮的尺寸容易受季节性温度变换的影响，甚至打开门让一个叉车通过引起的温度波动都能影响齿轮的尺寸精度，因此模塑厂商需要严格控制成型区的环境条件。其它需要考虑的因素还包括：一个稳定的动力供给，可控制聚合物温度和湿度的适宜干燥设备，配有恒定的气流的冷却单元。有些场合使用自动化技术，通过一个反复的动作，将齿轮从成型的位置移开并放置在传送单元上，达到冷却方式的一致。

重要的成型冷却步骤

高精密零件的加工与一般成型加工的要求相比较，需要注意更多的细节问题以及达到精确测量水平所要求的测量技术。这一工具必须确保每一次成型的腔内成型温度和冷却速率相同。精密齿轮加工中最常见的问题是如何处理齿轮对称性冷却以及各模腔间一致性的问题。

精密齿轮的模具一般不超过4个型腔。由于第一代的模具只生产一个齿轮，很少有具体的说明，轮齿嵌入物经常用来减少二次切削的成本。

精密齿轮应该从齿轮中心位置的一个浇口处注入。多浇口易形成熔合线，改变压力分布和收缩，影响齿轮公差。对于玻纤增强的材料，由于纤维沿着焊接线成放射状排列，使用多浇口时易造成半径的偏心的“碰撞”。

一个成型专家能控制好齿槽处的变形，获得可控的、一致性的、均匀的收缩能力的产品是以良好的设备、成型设计、所用的材料伸展能力以及加工条件为前提的。在成型时，要求精密控制成型表面的温度、注射压力和冷却过程。其它的重要因素还包括壁厚、浇口尺寸和位置、填料类型、用量和方向、流速和成型内应力。

最常见的塑料齿轮是直齿、圆柱形蜗轮和斜齿轮，几乎所有用金属制造的齿轮都可以用塑料来制造。齿轮常用分瓣模腔来成型。斜齿轮加工时由于注射时必须让齿轮或者形成齿的齿轮环进行旋转，所以要求注意其细节。

蜗轮运行时产生的噪音比直齿小，成型后通过旋出型腔或者用多个滑动机构移出。如果使用滑动机构，必须高精确操作，避免在齿轮上出现明显的分缝线。

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板凳大中小发表于 2009-6-10 16:05 只看该作者

新工艺和新树脂

更多的先进的塑料齿轮成型方法正在被开发出来。例如二次注射成型法，通过在轮轴和轮齿之间设计一个弹性体的方法，使齿轮运行起来更安静，在齿轮突然停止运转时，能够较好的吸收振动，避免轮齿损坏。轮轴可以被重新模塑上其它材料，可以选择柔韧性更好或者价值更高、自润滑效果更好的复合材料。同时研究了气辅法和注射压缩模塑法，作为改善轮齿质量、齿轮整体精度、减小内应力的一种方法。

除了齿轮本身以外，成型人员还需要注意齿轮的设计结构。结构中齿轮轴的位置必须成线性排列才能保证齿轮成一直线运行，即使在负荷和温度改变的情况下，因此结构的尺寸稳定性和精度是非常重要的。考虑到这个因素，应该使用玻纤增强材料或矿物填充的聚合物等材料做成具有一定刚性的齿轮结构。

现在，在精密齿轮制造领域，一系列的工程性热塑性塑料的出现给加工人员提供了比以前更多的选择机会。乙缩醛类、PBT和聚酰胺等最常用的材料，可以生产出优良的耐疲劳、耐磨损、光滑性、耐高切线应力强度性能，能承受诸如往复式马达运转等造成的振动负荷的齿轮设备。对于结晶性的聚合物必须在足够高的温度下成型，保证材料的充分结晶，否则在使用时由于温度升到成型温度以上，材料发生二次结晶而导致齿轮尺寸变化。

乙缩醛作为一个重要的齿轮制造材料广泛应用于汽车、器具、办公设备等领域，已有40多年的历史。它的尺寸稳定性能和高耐疲劳和抗化学性可承受温度高达90 ℃以上。和金属以及其它塑料材料相比，它具有优异的润滑性能。

PBT聚酯可制造出非常光滑的表面，不进行填充改性其最大工作温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达170℃。与乙缩醛、其它类型塑料以及金属材料的产品比较，它运行良好，经常用于齿轮的结构中。

聚酰胺材料，与其它的塑料材料和金属材料比较，具有韧性好和经久耐用的性质，常用于涡轮传动设计和齿轮框架等应用领域。聚酰胺齿轮未填充时运行温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达175℃。但是聚酰胺具有吸湿或润滑剂而造成尺寸变化的特征，使得它们不适合用于精密齿轮领域。

聚苯硫醚(PPS)的高硬度、尺寸稳定性、耐疲劳和耐化学性能的温度可达到200℃。它的应用正深入到工作条件要求苛刻的应用领域、汽车业以及其它终端用途等。

液晶聚合物(LCP)做成的精密齿轮尺寸稳定性好。它可以忍受高达220℃的温度，具有高抗化学性能和低成型收缩变化。使用该材料已经做出齿厚约0.066 mm的成型齿轮，相当于人头发直径的2/3大小。

热塑性弹性体能使齿轮运行更安静，做成的齿轮柔韧性更好，能够很好的吸收冲击负荷。例如，共聚酯类的热塑性弹性体做成的一个低动力、高速的齿轮，当保证足够的尺寸稳定性和硬度的时候，运行时允许出现一些偏差，同时能够降低运行噪音。这样的一个应用例子是窗帘传动器中使用的齿轮。

在温度相对较低、腐蚀性化学环境或者高磨损环境中，聚乙烯、聚丙烯和超高分子量聚乙烯等材料也已被用于齿轮生产。也考虑了其它的聚合材料，但在齿轮应用中受到了许多苛刻的限要求限制，例如聚碳酸酯润滑性能、耐化学性和耐疲劳性能不好;ABS和LDPE材料通常不能满足精密齿轮的润滑性能、耐疲劳性能、尺寸稳定性以及耐热、抗蠕变等性能要求。这样的聚合物大多数用于常规的、低负荷或者低速运转的齿轮领域。

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地板大中小发表于 2009-6-10 16:06 只看该作者

使用塑料齿轮的优势

与同等尺寸的塑料齿轮相比，金属齿轮运行良好，温度和湿度变化时的尺寸稳定性好。但是与金属材料相比，塑料在成本、设计、加工和性能上具有很多优势。

与金属成型相比，塑料成型的固有的设计自由度保证了更高效的齿轮制造。可以用塑料成型内齿轮、齿轮组、蜗轮等产品，而这很难以一个合理的价格使用金属材料来成型。塑料齿轮应用领域比金属齿轮宽，因此它们推动了齿轮朝着承受更高负荷、传送更大动力的方向发展。塑料齿轮同时也是一种满足低静音运行要求的重要材料，这就要求有高精度、新型齿形和润滑性或柔韧性优异的材料出现。

塑料制造的齿轮一般不需要二次加工，所以相对于冲压件和机造件金属齿轮，在成本上保证了50%到90%水平的降低。塑料齿轮比金属齿轮轻、惰性好，可用在金属齿轮易腐蚀、退化的环境中，例如水表和化学设备的控制。

和金属齿轮相比，塑料齿轮可以偏转变形来吸收冲击载荷的作用，能较好的分散轴偏斜和错齿造成的局部负荷变化。许多塑料固有的润滑特征使得它们成了打印机、玩具和其它低负荷运转机构的理想齿轮材料，这里不包括润滑剂。除了运行在干燥的环境中，齿轮还可用油脂或油来润滑。

材料的增强作用

齿轮和结构材料的说明中，应该考虑到纤维和填料对树脂材料性能的重要作用。例如当乙缩醛共聚物填充25%的短玻纤(2mm或更小)的填料后，它的拉伸强度在高温下增大2倍，硬度升3倍。使用长玻纤(10 mm或者更小)填料可提高强度、抗蠕变能力、尺寸稳定性、韧性、硬度、磨损性能等以及其它的更多性能。因为可获得需要的硬度、良好的可控热膨胀性能，在大尺寸齿轮和结构应用领域，长玻纤增强材料正成为一种具有吸引力的备选材料。

塑料齿轮在绝大多数的应用领域内，多采用(POM)和尼龙(PA66)。其主要原因是它们具有较非结晶态塑料更优良的抗疲劳性、高强度、高耐磨性。

塑料齿轮相对于金属齿轮存在很多优势：塑料齿轮具有质量轻、工作噪音小、耐磨损、无需润滑、可以成型较为复杂的形状，大批量生产成本较低等优点。但是由于塑料材质的局限，塑料齿轮存在着精度低，使用寿命短等缺点，随着新材料的应用以及制造技术的发展，塑料齿轮的精度越来越高了寿命也越来越强，塑料齿轮目前广泛用于汽车仪表，大灯调节器传动，打印机，复印机传动，VCM镜头传动等领域。

深圳兆威市一家专业生产塑料齿轮的厂家，对于塑料齿轮的设计生产，我们在精度上严格要求，以至于我们现在塑料齿轮的精度达到了JGMA 0级。我们拥有先进的生产技术，先进的仪器设备，在产品的设计生产上我们要求严格，精益求精，在不懈的努力和追求下，产品能够满足广大客户的需求。

在2007年以突破0.1mm的注塑成型被深圳市科技局授予高新技术企业称号，以微量精密的注塑在2009年与橡胶模具国家工程研究中心共同创建了国内首家“微细精密注塑成型与模具技术中心” 并且通过与索尼、松下、三洋等国际知名企业的合作，直接参与国际化竞争，使公司的技术能力、管理水平不断提升。

相对金属齿轮，塑料齿轮具有质量轻、工作噪音小、耐磨损无需润滑、 可以成型较复杂的形状、大批量生产成本低等优点。但由于塑料本身具有收缩、吸水，相对金属强度也比较弱，对工作环境要求高，对

温度较为敏感等特性。因而，塑料齿轮同时就有精度低、寿命短、使用环境高等缺点。随着新材料的应用及制造技术的发展，塑料齿轮的

精度越来越高，寿命也越来越长，并广泛应用于仪器、仪表、玩具、汽车、打印机等行业。

直齿轮：加工容易，便于提高精度，是齿轮中最基本的形式。

斜齿轮：重合度大，传动平稳，适于高速重载传动，缺点是传动过程中产生轴向力。

人字齿轮：可视为有两个螺旋角相同而旋向相反的斜齿轮所组成，它除具有斜齿轮的特点外，还能够自相平衡传动过程中产生的轴向力，从而可以采用大的 螺旋角，进一步提高承载能力平衡性。

塑料齿轮加工工艺及材料简介

2007-1-30 19:12:00 【文章字体：

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塑料齿轮正朝着更大的尺寸、更复杂的几何形状、更高强度的方向发展，同时高性能树脂和长玻纤填充的复合材料起到了重要的推动作用。

塑料齿轮在过去的50年里经历了从新型材料到重要的工业材料的一个变化历程。今天它们已经深入到许多不同的应用领域中，如汽车、手表、缝纫机、结构控制设施和导弹等，起到传递扭矩和运动形式的作用。除了现有的应用领域以外，新的、更难加工的齿轮应用领域将不断的出现，这种趋势还在深入发展中。

汽车工业已经成为塑料齿轮发展最快的一大领域，这一成功的变化是令人鼓舞的。汽车制造厂商正努力寻找各种汽车驱动的辅助系统，他们需要的是马达和齿轮等而不是功率、液压或者电缆。这种变化使得塑料齿轮深入应用到很多应用领域，从升降门、座位、跟踪前灯到刹车传动器、电动节气门段、涡轮调解装置等。

塑料动力齿轮的应用进一步拓宽。在一些大尺寸要求的应用领域，塑料齿轮经常用来替代金属齿轮，如使用塑料的洗衣机传动装置等，这改变着齿轮在尺寸上的应用限度。塑料齿轮也应用到其它很多领域，如通风和空调系统(HVAC) 的减振驱动器、流动设施中的阀门传动、公共休息室中的自动冲扫器、小型航空器上用的控制表层稳定的动力螺旋器、军用领域中的螺砣仪以及操纵装置。

大尺寸、高强度的塑料齿轮

由于塑料齿轮成型上的优势以及可以成型更大、高精度和高强度的特征，这是塑料齿轮得以发展的一个重要原因。早期的塑料齿轮发展趋势一般是跨度小于1英寸，传输能力不超过0.25马力的直齿轮。现在齿轮可以做成许多不同的结构，传输动力一般为2马力，直径范围为4-6英寸。预测到2010年，塑料齿轮成型直径可以达到18英寸，传送能力可以提高到10马力以上。

如何设计出一个齿轮构型，在传送动力最大化的同时让传送错误和噪音最小化，还面临着很多难题。这就对齿轮的同心性、齿形以及其它的特性提出了很高的加工精确要求。某些斜齿轮，可能需要复杂的成型动作来制造最终的产品，其它的齿轮在较厚部分需要使用芯齿来减少收缩。虽然很多成型专家使用了最新的聚合材料、设备和加工技术达到了生产新一代塑料齿轮的能力，但是对于所有的加工者来说，将面临的一个真正的挑战是如何配合制造这种整个高精度产品。

控制的难点

高精度齿轮允许的公差一般很难用美国塑料工业协会(SPI)所说明的“好”来形容。但是今天多数成型专家使用最新的配有加工控制单元的成型机器，在一个复杂的窗口上，控制成型温度的精度、注射压力以及其它的变量来成型精密的齿轮。一些齿轮成型专家使用更先进的方法，他们在型腔里安置温度和压力传感器来提高成型的一致性和重复性。

精密齿轮的生产商也需要使用专业的检测设备，如用来控制齿轮质量的双齿侧面的滚动检测器、评估齿轮齿面以及其它特征的电脑控制检测器。但是拥有正确的设备仅仅是个开始。那些试图进入精度齿轮行业的成型商也必须调整他们的成型环境来确保他们生产的齿轮，在每一次注塑、每一次型腔都尽可能的一致。由于在生产精密齿轮的时候，技工的行为往往是决定性的因素，因此他们必须着力于对员工的培训和操作过程的控制。

由于齿轮的尺寸容易受季节性温度变换的影响，甚至打开门让一个叉车通过引起的温度波动都能影响齿轮的尺寸精度，因此模塑厂商需要严格控制成型区的环境条件。其它需要考虑的因素还包括：一个稳定的动力供给，可控制聚合物温度和湿度的适宜干燥设备，配有恒定的气流的冷却单元。有些场合使用自动化技术，通过一个反复的动作，将齿轮从成型的位置移开并放置在传送单元上，达到冷却方式的一致。

重要的成型冷却步骤

高精密零件的加工与一般成型加工的要求相比较，需要注意更多的细节问题以及达到精确测量水平所要求的测量技术。这一工具必须确保每一次成型的腔内成型温度和冷却速率相同。精密齿轮加工中最常见的问题是如何处理齿轮对称性冷却以及各模腔间一致性的问题。

精密齿轮的模具一般不超过4个型腔。由于第一代的模具只生产一个齿轮，很少有具体的说明，轮齿嵌入物经常用来减少二次切削的成本。

精密齿轮应该从齿轮中心位置的一个浇口处注入。多浇口易形成熔合线，改变压力分布和收缩，影响齿轮公差。对于玻纤增强的材料，由于纤维沿着焊接线成放射状排列，使用多浇口时易造成半径的偏心的“碰撞”。

一个成型专家能控制好齿槽处的变形，获得可控的、一致性的、均匀的收缩能力的产品是以良好的设备、成型设计、所用的材料伸展能力以及加工条件为前提的。在成型时，要求精密控制成型表面的温度、注射压力和冷却过程。其它的重要因素还包括壁厚、浇口尺寸和位置、填料类型、用量和方向、流速和成型内应力。

最常见的塑料齿轮是直齿、圆柱形蜗轮和斜齿轮，几乎所有用金属制造的齿轮都可以用塑料来制造。齿轮常用分瓣模腔来成型。斜齿轮加工时由于注射时必须让齿轮或者形成齿的齿轮环进行旋转，所以要求注意其细节。

蜗轮运行时产生的噪音比直齿小，成型后通过旋出型腔或者用多个滑动机构移出。如果使用滑动机构，必须高精确操作，避免在齿轮上出现明显的分缝线。

新工艺和新树脂

更多的先进的塑料齿轮成型方法正在被开发出来。例如二次注射成型法，通过在轮轴和轮齿之间设计一个弹性体的方法，使齿轮运行起来更安静，在齿轮突然停止运转时，能够较好的吸收振动，避免轮齿损坏。轮轴可以被重新模塑上其它材料，可以选择柔韧性更好或者价值更高、自润滑效果更好的复合材料。同时研究了气辅法和注射压缩模塑法，作为改善轮齿质量、齿轮整体精度、减小内应力的一种方法。

除了齿轮本身以外，成型人员还需要注意齿轮的设计结构。结构中齿轮轴的位置必须成线性排列才能保证齿轮成一直线运行，即使在负荷和温度改变的情况下，因此结构的尺寸稳定性和精度是非常重要的。考虑到这个因素，应该使用玻纤增强材料或矿物填充的聚合物等材料做成具有一定刚性的齿轮结构。

现在，在精密齿轮制造领域，一系列的工程性热塑性塑料的出现给加工人员提供了比以前更多的选择机会。乙缩醛类、PBT和聚酰胺等最常用的材料，可以生产出优良的耐疲劳、耐磨损、光滑性、耐高切线应力强度性能，能承受诸如往复式马达运转等造成的振动负荷的齿轮设备。对于结晶性的聚合物必须在足够高的温度下成型，保证材料的充分结晶，否则在使用时由于温度升到成型温度以上，材料发生二次结晶而导致齿轮尺寸变化。

乙缩醛作为一个重要的齿轮制造材料广泛应用于汽车、器具、办公设备等领域，已有40多年的历史。它的尺寸稳定性能和高耐疲劳和抗化学性可承受温度高达90 ℃以上。和金属以及其它塑料材料相比，它具有优异的润滑性能。

PBT聚酯可制造出非常光滑的表面，不进行填充改性其最大工作温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达170℃。与乙缩醛、其它类型塑料以及金属材料的产品比较，它运行良好，经常用于齿轮的结构中。

聚酰胺材料，与其它的塑料材料和金属材料比较，具有韧性好和经久耐用的性质，常用于涡轮传动设计和齿轮框架等应用领域。聚酰胺齿轮未填充时运行温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达175℃。但是聚酰胺具有吸湿或润滑剂而造成尺寸变化的特征，使得它们不适合用于精密齿轮领域。

聚苯硫醚(PPS)的高硬度、尺寸稳定性、耐疲劳和耐化学性能的温度可达到200℃。它的应用正深入到工作条件要求苛刻的应用领域、汽车业以及其它终端用途等。

液晶聚合物(LCP)做成的精密齿轮尺寸稳定性好。它可以忍受高达220℃的温度，具有高抗化学性能和低成型收缩变化。使用该材料已经做出齿厚约0.066 mm的成型齿轮，相当于人头发直径的2/3大小。

热塑性弹性体能使齿轮运行更安静，做成的齿轮柔韧性更好，能够很好的吸收冲击负荷。例如，共聚酯类的热塑性弹性体做成的一个低动力、高速的齿轮，当保证足够的尺寸稳定性和硬度的时候，运行时允许出现一些偏差，同时能够降低运行噪音。这样的一个应用例子是窗帘传动器中使用的齿轮。

在温度相对较低、腐蚀性化学环境或者高磨损环境中，聚乙烯、聚丙烯和超高分子量聚乙烯等材料也已被用于齿轮生产。也考虑了其它的聚合材料，但在齿轮应用中受到了许多苛刻的限要求限制，例如聚碳酸酯润滑性能、耐化学性和耐疲劳性能不好;ABS和LDPE材料通常不能满足精密齿轮的润滑性能、耐疲劳性能、尺寸稳定性以及耐热、抗蠕变等性能要求。这样的聚合物大多数用于常规的、低负荷或者低速运转的齿轮领域。

使用塑料齿轮的优势

与同等尺寸的塑料齿轮相比，金属齿轮运行良好，温度和湿度变化时的尺寸稳定性好。但是与金属材料相比，塑料在成本、设计、加工和性能上具有很多优势。

与金属成型相比，塑料成型的固有的设计自由度保证了更高效的齿轮制造。可以用塑料成型内齿轮、齿轮组、蜗轮等产品，而这很难以一个合理的价格使用金属材料来成型。塑料齿轮应用领域比金属齿轮宽，因此它们推动了齿轮朝着承受更高负荷、传送更大动力的方向发展。塑料齿轮同时也是一种满足低静音运行要求的重要材料，这就要求有高精度、新型齿形和润滑性或柔韧性优异的材料出现。

塑料制造的齿轮一般不需要二次加工，所以相对于冲压件和机造件金属齿轮，在成本上保证了50%到90%水平的降低。塑料齿轮比金属齿轮轻、惰性好，可用在金属齿轮易腐蚀、退化的环境中，例如水表和化学设备的控制。

和金属齿轮相比，塑料齿轮可以偏转变形来吸收冲击载荷的作用，能较好的分散轴偏斜和错齿造成的局部负荷变化。许多塑料固有的润滑特征使得它们成了打印机、玩具和其它低负荷运转机构的理想齿轮材料，这里不包括润滑剂。除了运行在干燥的环境中，齿轮还可用油脂或油来润滑。

材料的增强作用

齿轮和结构材料的说明中，应该考虑到纤维和填料对树脂材料性能的重要作用。例如当乙缩醛共聚物填充25%的短玻纤(2mm或更小)的填料后，它的拉伸强度在高温下增大2倍，硬度升3倍。使用长玻纤(10 mm或者更小)填料可提高强度、抗蠕变能力、尺寸稳定性、韧性、硬度、磨损性能等以及其它的更多性能。因为可获得需要的硬度、良好的可控热膨胀性能，在大尺寸齿轮和结构应用领域，长玻纤增强材料正成为一种具有吸引力的备选材料。

第五篇：浅谈对高分子材料成型加工的认识

一、高分子简单介绍

高分子定义：由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的化合物。

高分子材料定义：以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。

高分子材料成型加工定义：是将高分子材料转变为所需形状和性质的实用材料或制品的工程技术，是获取高分子材料制品、体现材料特性和开发新材料的重要手段。 四川大学高分子学科：四川大学高分子学科是在1953年6月建立的我国高校中最早的高分子化合物专业(1954年更名为塑料工学专业)的基础上发展起来的，中科院院士徐僖教授是该学科的创始人。半个多世纪以来，我校高分子学科蓬勃发展。20世纪50年代，先后创建了皮革毛皮及鞣皮剂工学、塑料工学、化学纤维、合成橡胶四个本科专业，并于1957年开始在国内率先招收研究生。1964年成立了国内第一个高分子研究所(1984年经国家教育部审定)。1961年组建了国内第一个高分子化工系(1979年更名为高分子材料系)。1981年在全国首批获得高分子材料学科硕、博士学位授予权。

随着我校高分子学科的不断发展，1986年原高分子材料系分解重组并构成了四系一所(高分子材料系、塑料工程系、化学纤维系、皮革工程系、高分子研究所)的宏大学科体系。1991年建立高分子材料工程国家重点实验室。1998年，塑料工程系和高分子材料系合并成高分子材料科学与工程系。2001年7月学校决定以高分子材料科学与工程系、高分子研究所和高分子材料工程国家重点实验室为主体，归并原纺织工程学院的化学纤维专业方向和原化学工程学院的高分子化学与物理学教研室，组建成高分子科学与工程学院。

学院现有高分子材料工程国家重点实验室、高分子研究所、高分子科学系、高分子材料系、高分子材料加工工程系(塑料工程及机械研究所)、医用高分子材料及人工器官工程系、化学纤维研究所和高分子材料与工程专业实验室等教学科研机构。

学院以高分子材料和高分子材料加工工程学科为主体的学科群，研究领域覆盖了聚合物结构与性能、合成与改性、制备与成型(工艺、设备、新技术)、以及新材料的开发与应用。研究的材料种类包括：通用塑料、工程塑料、特种工程塑料、复合材料、化学纤维、精细高分子、功能高分子、天然高分子、医用高分子材料、组织工程材料及人工器官。研究成果在 第 1 页 共 1 页

农业、建筑、航空、航天、汽车、微电子、交通运输、轻工、纺织、医疗、环保、军工等领域得到了广泛的应用，为国民经济建设和国防事业的发展做出了积极的贡献。 学院科学研究成绩斐然，2001-2005年，承担国家项目(包括国家自然科学基金重大、重点和面上项目、"863"项目、"973"项目)和省部级项目87项，国际合作项目12项 ，军工和企业委托协作项目208项，进校科研经费达6278.5万元，获国家和省部级奖励11项，发表学术论文1000多篇(其中SCI收录280篇、EI收录221篇)，获准授权发明专利97项、实用新型专利5项。学院十分重视学术交流与合作，同国内外许多著名企业、高校和科研机构建立了密切联系，在高分子材料科学与工程的前沿领域进行合作研究和人才培养。

进入新世纪，学院将抓住我国实施"科教兴国"和"西部大开发"战略的契机，为建设成为国内一流、国际知名的高水平研究型高分子科学与工程学院而努力奋斗。

二、高分子材料成型加工

高分子材料成型加工是将高分子材料转变为所需形状和性质的实用材料或制品的工程技术，是获取高分子材料制品、体现材料特性和开发新材料的重要手段。

以最低的成本、最省的能量消耗、最少产生废料和环境污染，实现最高的劳动生产率，获得最优质量的高分子材料制品，是人们孜孜以求的目标。然而，高分子材料制品的性能受到多方面因素制约。近年来，某些特殊领域如航空工业、国防尖端工业等领域的发展对聚合物材料的性能提出了更高的要求，如高强度、高模量、轻质等，各种特定要求的高强度聚合物的开发研制越来越显迫切。

(一)、高分子材料成型加工技术发展概况

近50年来，高分子合成工业取得了很大的进展。例如，造粒用挤出机的结构有了很大的改进，产量有了极大的提高。20世纪60年代主要采用单螺杆挤出机造粒，产量约为3t/h;70年代至80年代中期，采用连续混炼机+单螺杆挤出机造粒，产量约为10t/h;80年代中期以来。采用双螺杆挤出机+齿轮泵造粒，产量可以达到40-45t/h，今后的发展方向是产量可高达60t/h。在l950年，全世界塑料的年产量为200万t。20世纪90年代。塑料产量的年均增长率为5.8%，2000年增加至1.8亿t至2010年，全世界塑料产量达3亿t，此外。合成工业的新近避震使得易于璃确控制树脂的分子结构，加速采用大规模进行低成本的生产。随着汽车工业的发展，节能、高速、美观、环保、乘坐舒适及安全可靠等要求对汽车越来越重要.汽车规模的不断扩大和性能的提高带动了零部件及相关材料工业的发展。为降低整车成本及其自身增加汽车的有效载荷，提高塑料类材料在汽车中的使用量便成为关键。据悉，目前汽车上100kg的塑料件可取代原先需要100-300kg的传统汽车材料

(如钢铁等)。因此，汽车中越来越多的金属件由塑料件代替。此外，汽车中约90%的零部件均需依靠模具成型，例如制造一款普通轿车就需要制造1200多套模具，在美国、日本等汽车制造业发达的国家，模具产业超过50%的产品是汽车用模具。目前，高分子材料加工的主要目标是高生产率、高性能、低成本和快捷交货。制品方面向小尺寸、薄壁、轻质方向发展;成型加工方面，从大规模向较短研发周期的多品种转变，并向低能耗、全回收、零排放等方向发展。

(二)、高分子材料成型加工的特性

高分子材料具有许多优良性能，如质轻、电气绝缘性良好等，然而，在这许多优良性能中，一个突出优点就有可能使这些高分子材料的发展前景十分乐观。这个突出的有点就其奇异的加工性能，即能便易而且廉价的加工，采用简单操作就能生产出几何形状相当复杂的制品，加工成品很少超过材料的成本。

1.可挤压性：聚合物通过挤压作用形变时获得形状和保持形状的能力。材料处于黏流态才可挤压变形， 挤压性质与聚合物的流变性、流动速率密切有关。如果挤压过程材料的黏度很低，虽有良好的流动性，但保持形状的能力较差、熔体的剪切黏度很高时则会造成流动和成型的困难。材料的挤压性质还与加工设备的结构有关

2.可模塑性：材料在温度和压力作用下形变和在模具中模塑成型的能力。具有可模塑性的材料可通过注射、模压和挤出等成型方法制成各种形状的模塑制品。可模塑性主要取决于材料的流变性、热性质和其它物理力学性质;对热固性聚合物还与聚合物的化学反应性能有关。模塑条件影响聚合物的可模塑性，且对制品的性能有影响。聚合物的热性能、模具的结构尺寸影响聚合物的模塑性。

3.可延性：表示无定形或半结晶固体聚合物在一个方向或二个方向上受到压延或拉伸时变形的能力。可延性为生产长径比(有时是长度对厚度)很大的产品提供了可能。利用聚合物的可延性，可通过压延或拉伸工艺生产薄膜、片材和纤维可延性取决于材料产生塑性形变的能力和应变硬化作用。

(三)现今高分子材料成型加工技术的创新研究

1、聚合物动态反应加工技术及设备

聚合物反应加工技术是以现双螺杆挤出机为基础发展起来的。国外的Berstart公司已开发出作为连续反应和混炼的十螺杆挤出机，可以解决其它挤出机(包括双螺杆和四螺杆挤出机)作为反应器所存在的问题。国内反应成型加工技术的研究开发还处于起步阶段，但我国的经济发展强烈要求聚合物反应成型加工技术要有大的发展。指交换法聚碳酸酯(PC)连

续化生产和尼龙生产中的比较关键的技术是缩聚反应器的反应挤出设备，我国每年还有数以千万吨计的改性聚合物及其合金材料的生产。关键技术也是反应挤出技术及设备。

目前国内外使用的反应加工设备从原理上看都是传统混合、混炼设备的改造产品，都存在传热、传质过程、混炼过程、化学反应过程难以控制、反应产物分子量及其分布不可控等问题.另外设备投资费用大、能耗高、噪音大、密封困难等也都是传统反应加工设备的缺陷。聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术无论是在反应加工原理还是设备的结构上都完全不同，该技术是将电磁场引起的机械振动场引入聚合物反应挤出全过程，达到控制化学反

应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学性能的目的。该技术首先从理论上突破了控制聚合物单体或预聚物混合混炼过程及停留时间分布不可控制的难点，解决了振动力场作用下聚合物反应加工过程中的质量、动量及能量传递及平衡问题，同时从技术上解决了设备结构集成化问题。新设备具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、适应性好、可靠性高等优点，这些优点是传统技术与设备无法比拟或是根本没有的。该项新技术使我国聚合物反应加工技术直接切人世界技术前沿，并在该领域处于技术领先地位。

2、以动态反应加工设备为基础的新材料制备新技术

(1)、信息存储光盘盘基直接合成反应成型技术。此技术克服传统方式的中间环节多、周期长、能耗大、储运过程易受污染、成型前处理复杂等问题，将光盘级PC树脂生产、中间储运和光盘盘基成型三个过程整合为一体，结合动态连续反应成型技术，研究酯交换连续化生产技术，研制开发精密光盘注射成型装备，达到节能降耗、有效控制产品质量的目的。

(2)、聚合物/无机物复合材料物理场强化制备新技术。此技术在强振动剪切力场作用下对无机粒子表面特性及其功能设计(粒子设计)，在设计好的连续加工环境和不加或少加其它化学改性剂的情况下，利用聚合物使无机粒子进行原位表面改性、原位包覆、强制分散，实现连续化制备聚合物/无机物复合材料。

(3)、热塑性弹性体动态全硫化制备技术。此技术将振动力场引入混炼挤出全过程，控制硫化反直进程，实现混炼过程中橡胶相动态全硫化.解决共混加工过程共混物相态反转问题。研制开发出拥有自主知识产权的热塑性弹性体动态硫化技术与设备，提高我国TPV技术水平。

(四)、高分子材料成型加工技术的发展趋势

近年来，各个新型成型装备国家工程研究中心在出色完成了国家级火炬计划预备项目和国家“八五”、“九五”重点科技计划(攻关)等项目同时，非常注重科技成果转化与产业化，完成产业化工程配套项目20多项，创办了广州华新科机械有限公司和北京华新科塑料

机械有限公司，使其有自主知识产权的新技术与装备在国内外推广应用。塑料电磁动态塑化挤出设备已形成了7个规格系列，近两年在国内20多个省、市、自治区推广应用近800台(套)。销售额超过1.5亿元，还有部分新设备销往荷兰、泰国、孟加拉等国家.产生了良好的经济效益和社会效益。例如PE电磁动态发泡片材生产线2000年和2001年仅在广东即为国家节约外汇近1600万美元，每条生产线一年可为制品厂节约21万k的电费。塑料电磁动态注塑机已开发完善5个规格系列，投入批量生产并推向市场;塑料电磁动态混炼挤出机的中试及产业化工作已完成，目前开发完善的4个规格正在生产试用。并逐步推向市场目前新设备的市场需求情况很好，聚合物新型成型装备国家工程研究中心正在对广州华新科机械有限公司进行重组。将技术与资本结合，引入新的管理、市场等机制，争取在两三年内实现新设备年销售额超亿。我国已加入WTO，各个行业都将面临严峻挑战。 综上所述，我国必须走具有中国特色的发展高分子材料成型加工技技术与装备的道路，打破国外的技术封锁，实现由跟踪向跨越的转变;把握技术前沿，培育自主知识产权。促进科学研究与产业界的结合，加快成果转化为生产力的进程，加快我国高分子材料成型加工高新技术及其产业的发展是必由之路。 毋庸置疑，高分子给人类的生活带来了很大的利处，使我们的生活更加方便、灿烂了，高分子和我们之间密不可分，我们身上穿的衣服、手机上的材料、吃的饭、吃饭用的餐具、汽车的轮胎甚至我们本身等等，都是高分子。 高分子材料已经真正渗入到我们的生活中了，然而，只有材料，不通过加工，材料始终不能成为成品，不能受益于人们的生活。因此，高分子材料成型加工技术必不可少，在未来三年半的学习中，我将会认真踏实地学习高分子的相关知识，力争做一个优秀的高材人，相信，我们未来的生活会因为高分子的发展而更加丰富多彩。

学生：蔡鹏

班级：2013级5班

日期：2014.01.08