第 5 章 有机高分子材料及其成形Organic Polymer Material and Its Forming

适用班级： 110109 班 主讲教师：李 明

二〇一三年三月

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• 有机高分子材料也称为聚合物材料，是以有机高分化合物（树脂）为基体，再配有其他添加剂（助剂）所构成的材料。

• 目前有机高分子材料在尖端技术、国防建设和国民经济各个领域得到广泛应用，已成为现代社会生活中衣、食、住、行、用各个方面所不可缺少的材料。

• 有机高分子材料由于原料来源丰富、制造方便、品种繁多、用途广泛，因此在材料领域中的地位日益突出。有机高分子材料不仅为工农业生产及人们的日常生活提供不可缺少的材料，而且为发展高新技术提供更多的高性能结构材料、高功能材料以及满足各种特殊用途的专用材料。

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5.1 有机高分子材料概述

• 有机高分子材料可分为天然高分子材料、合成高分子材料及高分子复合材料等。 天然高分子材料通常指纤维素、棉花、蚕丝、皮毛等。 合成高分子材料则包括塑料、橡胶、化纤、涂料和粘合剂五大类，通常所指的有机

高分子材料指的是合成高分子材料。• 有机高分子材料与工业产品设计有着密切关系，材料选用得当，可以获得高

性价比的产品，取得事半功倍的效果。• 有机高分子材料与工业产品设计有着密切关系，材料选用得当，可以获得高

性价比的产品，取得事半功倍的效果。由于有机高分子材料的品种繁多，在性能上各有所长，因而必须通过适当选择来满足各种不同设计要求： 如对于比较精密的机械零部件，可选择 POM （聚甲醛）、 PI （聚酰亚胺）等具

有优良力学性能、刚性、自润滑性和耐磨性的工程塑料； 如所设计的零部件是用于化工设备，则可选用聚四氟乙烯、氯化聚醚等耐蚀性极好

的材料； 而对于要求强度高，刚性、耐冲击性、耐振性好以及外观优美的汽车保险杠，则应

选用 PP （聚丙烯）、 EPDM （三元乙丙橡胶，乙烯、丙烯和非共轭二烯烃的三元共聚物）、 PC （聚碳酸酯）、 PBT （聚对苯二甲酸丁二醇酯）等，具有良好刚性、耐冲击性、焊接性以及表面光泽的材料。

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5.1.1 高分子材料的类别

1.按聚合物的性能和用途分类（ 1 ）塑料 在一定条件下具有流动性、可塑性，并能加工成形，当恢复平常条件时仍可保持加工时形状的高分子材料称为塑料。

1 ）热塑性塑料可溶、可熔，并且在一定条件下可以反复加工成形，例如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。2 ）热固性塑料不溶、不熔，并且在一定温度及压力加工下加工成形时会发生变化，这样形成的材料在再次受压、受热下不能反复加工成形，而具有固定的形状，例如酚醛树脂、脲醛树脂等。

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（ 2 ）纤维 具备或保持其本身长度大于直径1000 倍以上而又有一定强度的线条或丝状高分子材料称为纤维。

（ 3 ）橡胶 在室温下具有高弹性的高分子材料称为橡胶。在外力作用下，橡胶能产生很大的形变（可达 1000% ，外力除去后又能迅速恢复原状。重要的橡胶品种有：聚丁二烯（顺丁橡胶）、聚异戊二烯（异戊橡胶）、氯丁橡胶、丁基橡胶等。

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2.按聚合物的热行为分类

（ 1 ）热塑性高分子材料• 热塑性高分子材料成形后分子呈线性结构，在一定条件

（如温度、压力戓）下可塑成一定形状并在常温下保持其形状，而且还可在特定的温度范围内反复加热软化、冷却固化，加工成形方便，有利于制品再生。因此，热塑性高分子材料用途广、产量大（占所有高分子材料的80% 以上）。常见的热塑性高分子材料有聚乙烯、聚丙烯等。

（ 2 ）热固性高分子材料• 热固料高分子材料成形后变成网状的体型结构，不溶不熔，受热后只能分解，不能回复到可塑状态。常见的热固性高分子材料有酚醛树脂、环氧树脂等。

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5.1.2 有机高分子材料的加工性能

• 有机高分子材料具有一些特有的加工性能，如良好的高弹性、耐磨性、化学稳定性等，这些加工性能为有机高分子材料提供了适用多种的加工技术的可能性，也是高分子材料能够得到广泛应用的重要原因。

1. 有机高分子材料的力学性能（ 1 ）高弹性 轻度交联的高聚物具有典型的高弹性，即变形大、弹性模量小，而且弹性随温度的升高而增大。橡胶是典型的高弹性材料。（ 2 ）粘弹性 高聚物的粘弹性是指高聚物材料既具有弹性材料的一般特性，又具有粘性流体的一些特性，即受力的同时发生高弹性变形和粘性流动，主要表现在蠕变和应力松弛、滞后和内耗等现象上。

1 ）蠕变和应力松弛。在恒定温度和应力作用下，应变随时间延长而增加的现象称为蠕变。应力松弛是在应变恒定的情况下，应力随时间延长而衰减的现象。在外力作用下，高聚物大分子链由原来的卷曲状态变为伸直状态，从而产生蠕变；随时间的延长，大分子链构象逐步调整，趋向于比较稳定的卷曲状态，从而产生应力松弛。2 ）滞后和内耗。滞后是指在交变应力作用下，变形速度跟不上应力变化的现象。在克服内摩擦时，一部分机械能被损耗，转化为热能，即内耗。滞后越严重，内耗越大。内耗大对减振和吸声有力，但内耗会引起发热，导致高聚物老化。

（ 3 ）强度 高聚物的强度很低，如塑料的抗拉强度一般低于 100MPa ，比金属材料低很多，只有钢的 l/4~1/8 ，所以其比强度比一般金属高。（ 4 ）断裂 高聚物材料由于内部结构不均一，含有许多微裂纹，造成应力集中，使裂纹容易很快发展。在小应力的作用下即可断裂，称为环境应力断裂。（ 5 ）韧性 （ 6 ）耐磨性

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2. 有机高分子材料的电学和物理化学性能

（ 1 ）电学性能（ 2 ）热性能（ 3 ）化学稳定性

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5.1.3 有机高分子材料的成形加工

1. 塑料的成形加工 塑料成形加工一般包括原料的配制和准备、成形及制品后加工等几个过程。塑料成形的方法很多，包括挤出成形、注射成形、模压成形、压延成形、铸塑成形、模压烧结成形、传递模塑、发泡成形等。

2. 橡胶的成形加工 橡胶的加工分为两大类：

干胶制品的加工生产 干胶制品的原料是固态的弹性体，其生产过程包括塑炼、混炼、成形、硫化四个步骤；

胶乳制品的生产 胶乳制品则是以胶乳为原料进行加工生产的，其生产工艺大致与塑料糊的成形相似。

3. 化学纤维的成形加工 化学纤维的成形加工主要是纺丝方法，而纺丝又分为熔融纺丝和溶液纺丝两大类。

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5.2 塑料及其成形工艺

5.2.1 塑料概述1. 塑料的特性

（ 1 ）易成形、成本低 （ 2 ）高强度、质量轻 （ 3 ）耐腐蚀、性稳定 （ 4 ）透明性好、着色性强 （ 5 ）绝缘性强、耐磨性高 （ 6 ）减震消音、透光保温

2. 塑料的缺陷（ 1 ）耐热性差 （ 2 ）易变形 （ 3 ）有“老化”现象

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3. 塑料的类别及其特性• 塑料是以合成树脂为主要原料，适量加入填充剂、增塑剂、润滑

剂、稳定剂、固化剂、阻燃剂、着色剂等添加剂，在一定温度和压力下塑制成形的一种高分子材料。一般按照热行为和应用进行分类。 按热行为可分为：（ 1 ）热塑性塑料：在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化，其性能

也不发生显著改变的塑料。 （ 2 ）热固性塑料：因受热或者其它条件（固化剂、紫外线等）下能固化的塑料。 按应用可分为： （ 1 ）通用塑料：指产量大、用途广、成形性好、价格低廉的塑料。 （ 2 ）工程塑料：指能承受一定的外力作用，并具有良好的力学性能和尺寸

稳定性，可用作工程材料或结构材料的塑料。 （ 3 ）特种塑料：是指具有特种功能，能满足特殊使用要求的塑料。 （ 4 ）增强塑料：由树脂和增强材料相结合而成，用来提高塑料机械强度的

复合材料。

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5.2.2 塑料的主要成形方法

1.注塑成形注塑成形是将粉粒状的塑料原料先在加热料筒

中均匀塑化，然后由柱塞或移动螺杆将粘流态塑料用较高的压力和速度注入到预先合模的模具中，冷却硬化而成所需制品的成形方法。注塑成形是最重要的成形方法之一，几乎适用于所有的热塑性塑料，随着技术的发展，也用于某些热固性塑料，与产品设计的关系最为紧密。

注塑成形一般要有专业设备，图 5-1 为卧式注射机。

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2.挤出成形

• 挤出成形又称挤压模塑或挤塑成形，是在挤出机中通过加热、加压而使物料以流动状态连续通过挤出模成形的方法，主要适合热塑性塑料的成形，也适合一部分流动性较好的热固性塑料和增强塑料的成形。图 5-2 为挤出成形原理图。

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3.压制成形

• 压制成形是热固性塑料成形法的一种，又分为模压法和层压法两种：（ 1 ）模压法 将热固性树脂预热后，置于开放的模穴中，然后闭模加热加压，直至材料硬化为止。模压塑料的特点是质地致密，尺寸精确，外表平整光洁，但成形效率较低，主要用来加工电器开关、插座、餐具、厨具等形状和结构比较简单的日用品。（ 2 ）层压法 将由玻璃纤维或其它纤维做出的薄片填料布，用热固性液态树脂浸渍，然后将其叠成所需厚度，在高压和高温下使其固化而成。层压塑料的特点是强度高，表面平整光洁，生产效率高，用途广，常用于加工增强塑料板材、管材、棒材和胶合板等。

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4.吹塑成形

• 又称中空成形，是将挤塑机挤出的熔融热塑性树脂坯料夹入模具，然后向坯料内吹入空气，在空气压力的作用下、熔融的坯料膨胀与模具结合，冷却后开模取出，形成定型产品的方法。该方法主要用于生产瓶状的中空薄壁产品。图 5-3 为吹塑成形过程图。

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5.压注成形• 又称传递成形，是热固性塑料的主要成形方法之

一。是将塑料粒料装入模具的加料室内，在加热、受压下熔融的塑料通过模具加料室底部的浇注系统充满型腔，然后固化成形的方法。压注成形法的特点是兼具模压成形和注射成形的优点，产品尺寸精确，生产周期短，模具结构复杂，适合于形状复杂和带嵌件的产品。图 5-4 为压注成形原理图。

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6. 发泡成形

• 又称蒸汽成形，是先将塑料粒预发泡，经过一定时间的熟成后，将其填入铝合金制作的模具中使用蒸汽加热而成形的方法。目前广泛应用的是聚乙烯、聚苯乙烯和聚氨酯等热塑性树脂泡沫塑料，主要用于生产水杯、冰淇淋盒、周转箱、包装箱中的减震材料、家具用夹心材料以及建筑用隔热材料等。图 5-5 为发泡成形过程示意图。

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7.铸塑成形• 又称浇铸成形，是将加有固化剂和其它辅助剂的液态树脂混合物料倒入成形模具中，在常温或加热条件下使其固化而成为具有一定形状制品的方法。该成形法的优点是工艺简单，成本低，制品尺寸不受限制，可生产形状简单、尺寸精度不高的大型产品，适用于流动性大同时又具有收缩性的塑料；缺点是成形周期长，制品尺寸的精确性较差等。图 5-6 为铸塑成形法示意图。

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8.真空成形• 将热塑性塑料片置于模具中压紧，借助加热器将

塑料片加热，使之软化，然后将模具型腔抽取真空，借助大气的压力将软化的塑料片压入模内并使之紧贴模具，冷却后得到所需的塑料制品的成形方法。该方法的优点是对模具材料盒加工要求较低，缺点是制品厚度不太均匀，无法制造形状复杂的产品。图 5-7 所示为真空成形过程。

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5.2.3 塑料制品的加工

1. 塑料的机械加工 塑料的机械加工与金属材料的切削加工大致相同，一般包括锯切、钻孔、

车销、铣削、攻螺纹、铰孔、滚花等。2.表面装饰• 塑料制品表面装饰可分为两类：一类是着色；另一类是涂饰、印刷、热烫印等在成形后进行的二次装饰。

（ 1 ）着色。这种方法是将色母加入塑料原料中，搅拌均匀后与原料熔化挤出。

（ 2 ）镀饰。将塑料零件表面镀覆金属的一种加工工艺，它能改善塑料零件的表面性能，达到防护、装饰和美化的目的。

（ 3 ）烫印。将刻有图案或文字的热模，通过一定的压力，使烫印材料上的彩色锡箔转移到塑料制品表面来获得精美图案和文字的加工方法。

（ 4 ）贴膜。是将预先印有图案或花纹的塑料膜紧贴在模具上，在挤塑、吹塑或注塑时，依靠熔融树脂的热量将塑料膜熔合在产品上。如圆珠笔、脸盆、浴盆等产品上的花卉或动物图案就是采用该方法获得的。

（ 5 ）涂饰。 （ 6 ）丝网印刷。是将设计好的文字或图案，在特制的丝网上腐蚀制版，然

后把制好的丝版放在塑料件的合适位置，用刮板刮涂颜料来印刷文字和图案。

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3. 塑料件的连接• 在塑料制品的装配中经常采用将两种塑料部件或塑料零件

与金属零件连接的方式，常用的连接方式有机械连接、热熔粘接、溶剂粘结和胶粘剂粘结四种方式。其中，机械连接的主要方式包括铆接和螺栓连接，其方法与金属件的连接相同。图 5-8 和 5-9 为常见的塑料件连接方式。

图 5-8 连接方式（一） 图 5-9 连接方式（二）

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5.2.4 塑料制品的结构工艺性

1. 形状 塑料制品的形状应易于成形，即在开模取出

塑件时尽量避免采用复杂的分型与侧面抽芯。

2.壁厚 通常，产品应具有均匀的壁厚，壁与壁的连接处尽量用圆弧连模，从而避免壁厚的突然剧变。图5-10 为壁厚均匀化示意图。

3.脱模斜度 为使塑件顺利脱模并防止脱模时擦伤或擦毛

塑件，塑件的内外表面沿脱模方向应具有合理的斜度，称为脱模斜度。图5-11 为脱模斜度。

图 5-10 壁厚的均匀化

图 5-11 脱模斜度

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4.圆角在设计塑料产品时，通常在产品

的棱边、棱角、加强肋、支撑底、底面、平面等处设计成圆角。圆角的设计具有以下优点：

（ 1 ）可提高产品的成形性。（ 2 ）可增加产品的强度。（ 3 ）可防止产品变形。图 5-12 为圆角设计示意图。

5. 加强肋和角板加强肋和角板能有效增加产品的

刚性与强度。

图 5-12 圆角的设计

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6.嵌件 在塑料产品设计时，可采用各种形状和材质的嵌件，

其中金属嵌件应用最广，图5-13为常见的金属嵌件形式。

7. 分模线 阴模与阳模的接合线称为分模线（PL），位于产品

的外围。设计分模线时应注意：尽量设计在不显眼的位置，以便隐藏产品表面分模线的痕迹；尽量设计在最外侧的棱边上，以便清除飞边；尽量设计形状简洁的分模线，以便提高模具闭合时的配合精度。图5-14为不同制品的分模线。

8.孔洞 在塑料制品上开孔洞或者切口可使其与其它零件组

合从而得到更多的功能并且更具吸引力。图5-15为孔洞的一般类型。

全孔洞比半孔洞易于加工，使用半孔洞时，其深度以不超过全穿孔销直径的两倍为原则。如要加深半孔洞的深度，则可使用阶梯孔。

图 5-13 常见的金属嵌件形式

图 5-14 分模线

图 5-15 孔洞的类型

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5.2.5 塑料在工业设计中的应用

1. 工业设计中常用的塑料（ 1 ） ABS 塑料（ 2 ）聚丙烯塑料（ PP ） （ 3 ）聚乙烯塑料（ PE ） （ 4 ）聚碳酸脂塑料（ PC ） （ 5 ）聚氯乙烯塑料（ PVC ） （ 6 ）聚苯乙烯塑料（ PS ） （ 7 ）酚醛塑料（ PF ） ：俗称“电木”（ 8 ）聚酰胺塑料（ PA ） ：俗称“尼龙”（ 9 ）脲醛塑料（ UF ） ：俗称“电玉”（ 10 ）三聚氰胺甲醛塑料（ MF ） （ 11 ）聚甲基丙烯酸甲酯塑料（ PMMA ）：俗称“有机玻璃” （ 12 ）泡沫塑料

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2. 塑料应用实例

（ 1 ）硅树脂灯 由意大利设 计 师 Luca Nichetto & Carlo Tinti 于 2005 年 为

Casamania公司设计。这款名为 Jerry 的灯，是一种可最大程度满足多样化需求的多功能灯，既可作为台灯使用，也可悬挂甚至可以钩吊在其它物体上。这种灯由不易损坏的硅树脂制成，质地柔软，却又能保证在敲击或者掉落时不会损坏。这种材料还具有优良力学性能和化学稳定性，无放射性，是一种安全的环保型材料。图 5-16 为硅树脂灯。

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（ 2 ）陈列架由 Sean Yoo 于 2005

年为 Casamania 公司设计。该陈列架或书架选用可发性聚丙烯为原料制作而成，产品有着数不清的用途，但是乍看之下都不显而易见。不规则的线条融合了古罗马的石匠技艺，从风格上、材料上和功能上来看，都不失为一种现代化的物品。图 5-17 为陈列架。

图 5-17 陈列架

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（ 3 ）“海腾”茶桌 由 瑞 典 设 计 师 Ehlen

Johansson 1992 年 为IKEA （宜家）设计。该公司以生产价廉物美的产品而名扬天下。该桌子的桌面可以拿下来做盘子使用，桌面放在一个鼓形的盛物用具上，用户可自己拼装。桌面像一个花盆，“盖”在上，“盆”在下，均由热熔成型的脱模丙烯酸树脂制作而成，有蓝色和红色两种。桌腿末端装有塑料滑块，以防桌子移动时铝制桌腿损伤地面。图5-18 为“海腾”茶桌。 图 5-18 “ 海腾”茶桌

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（ 4 ）“平”碗该产品由意大利设计

师 Marco Susani和 Mario Trimarchi 于 1996年 设 计 ， 是 21 世纪“零系列”设计中的一件作品。非常薄的、透明的、没有折痕的聚丙烯材料可以互相插接，最后成为一只碗，如图 5-19 所示。

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（ 5 ） Mayday 便携式电灯 由 Konstantin Grcic 于

1998 年为 Flos Spa公司设计，作为德国著名的工业设计师， Konstantin Grcic 已经为多家欧洲著名设计公司设计了家具、产品、灯饰等。这款由聚乙烯制作而成的便携式电灯简洁、精致，以人的术语来界定功能，将常规与值得思考的思想敏锐性、幽默结合在一起。图 5-20 为便携式电灯。

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（ 6 ）托盘 由 Michael Young Studio 于 2001 年为

Magis Sri公司设计，如图 5-21 所示。该托盘由空注模压塑 料 和 不锈钢制作而成， Magis公司对空气制模技术的不断探索使得这个盘子的设计得以实现。因为制模气流非常复杂，而且十分平坦的托盘表面只有3mm厚，还需要有一个强有力的弹簧构件在托盘支架打开或折叠时将支架固定，因此产品在这方面的设计特别成功。

（ 7 ）“令人惊异”花瓶 由荷兰设计师 John Bakemans 于 1992 年

设计，如图5-22 所示。该花瓶的瓶身和底座是两个可叠放的独立部件，锥形瓶身是用热塑性塑料注塑而成，底座用的是同一材料，也是注塑而成。花瓶口柔软，可翻卷成各种形状。

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（ 8 ） Speedo划水监测器 由 Fred Bould 设计的 Speedo划水监测器是 Storke Digital 体育用品公司 1997 年为 Speedo制造的，该划水监测器是先进的训练工具，它对游泳性能作出瞬间的定量反馈。这些监测器只是游泳训练设备，能自动记录下划动的次数和提供有意义的数量反馈，监测器模仿手表的外观设计。监测器的表框由 ABS注塑而成，透明的丙烯酸透镜用超声波焊接到表框上，表带则由聚亚胺酯注塑而成。图 5-23 为 Speedo划水监测器。

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（ 9 ） Eko Snow-Comet 120 滑雪车

此项产品的设计师和制造商建立起了一个色彩斑斓、价格便宜的儿童塑料产品系列，包括了简单的雪撬、滑雪板、滑雪标杆和铲等。该产品除了金属的制动把手和方向杆之外，所有的部件都是由聚乙烯制成的，这种可转向的系列滑雪车可在直线或者弯曲的赛道上安全、有效地进行，大人和儿童都可以乘坐它们。图 5-24 为 Eko Snow-Comet 120 滑雪车。

图 5-24 Eko Snow-Comet 120 滑雪车

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（ 10 ）圆桌由法国设计师 Christophe

Pille 设 计 ，该设 计 师 自1988 年为“孟菲斯”设计一款灯饰以来一直都很活跃。在设计这款桌子时，他大胆地将金属与高温生成的塑料结合在一起，这种称作聚碳酸酯的塑料产生一种犹如雕花玻璃般的半透明效果，如图 5-25 所示。

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5.3 橡胶及其成形工艺

5.3.1 橡胶概述1. 常用橡胶的分类

（ 1 ）按其来源可分为天然橡胶和合成橡胶 （ 2 ）按使用范围可分为通用橡胶和特种橡胶（ 3 ）根据橡胶的物理形态可分为生橡胶、软橡胶、硬橡胶、混炼胶和再生胶 2. 橡胶的特性（ 1 ）高弹性 （ 2 ）粘弹性 （ 3 ）电绝缘性 （ 4 ）导热性（ 5 ）可燃性 （ 6 ）温度依赖性 （ 7 ）具有老化现象 （ 8 ）必须硫化

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5.3.2 橡胶的成形

1. 注射成形注射成形又称注压成形，是利用注射机的压力，将预加热成塑性状态的胶料通过注压模的浇注系统注入模具型腔中硫化定型的方法。

橡胶注射成形设备有螺杆式注射和柱塞式注射两种，图 5-26 为螺杆式注射装置示意图。

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2. 压制成形压制成形是将经过塑炼和混炼预先压延好的橡胶坯料，按一定规格和形状下料后，加入到压制模中，合模后在液压机上按规定的工艺条件进行压制，使胶料在受热受压下以塑性流动充满型腔，经过一定时间完成硫化，再进行脱模、清理毛边，最后检验得到所需制品的成形方法。该方法模具结构简单、通用性强、实用性广，操作方便，是橡胶制品生产中应用最早而又最广泛的加工方法。

3. 挤出成形又称压出成形，是橡胶制品生产中的一种基本成形方法。是将在挤出机中预热与塑化后的胶料，通过螺杆的旋转，使胶料不断推进，在螺杆尖和机筒筒壁的强大的挤压力下，挤压出各种断面形状的橡胶型材半成品的加工方法。图5-27 所示为挤出机及挤出机头示意图。

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4. 压铸成形又称传递法成形或挤胶法成形，

是将混炼过的、形状简单的、限量的胶条或胶块半成品放入压铸模的型腔中，通过压铸塞的压力挤压胶料，并使胶料通过浇注系统进入模具型腔中硫化定型的方法。压铸成形适用于制作普通压制成形不易压制的薄壁、细长制品以及形状复杂难于加料的橡胶制品，所生产的制品致密性好，质量优越。图5-28 为压铸成形示意图。

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5.3.3 橡胶的加工

• 橡胶加工基本过程包括塑炼、混炼、压延或挤出、成形和硫化等基本工序，每个工序针对制品有不同的要求，分别配合以若干辅助操作。

1. 塑炼将橡胶生胶在机械力、热、氧等作用下，从强韧的弹性状态转变为柔软而具有可塑性的状态，即增加其可塑性（流动性）的工艺过程称为塑炼。

2. 混炼混炼是将塑炼胶或已具有一定可塑性的生胶，与各种配合剂经机械作用使之均匀混合的工艺过程。

3. 压延与压出

4. 成形根据制品的形状把压延或压出的各种胶片、胶布等裁剪成不同规格的部件，然后进行贴合制成半成品，这一过程被成为橡胶的成形。

5. 硫化由塑性橡胶转化为弹性或硬质橡胶的过程，称为硫化。

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5.3.4 橡胶制品的结构工艺性

• 橡胶制品的结构设计，应当符合橡胶成形工艺和模具设计的要求。1. 脱模斜度2. 壁厚3. 圆角4. 孔5. 嵌件6. 文字与图案

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5.3.5 橡胶在工业设计中的应用

1. 工业设计中常用的橡胶（ 1 ）天然橡胶（ NR ） （ 2 ）丁苯橡胶（ SBR ） （ 3 ）顺丁橡胶（ BR ） （ 4 ）异戊橡胶（ IR ） （ 5 ）氯丁橡胶（ CR ） （ 6 ）丁基橡胶（ IIR ） （ 7 ）丁晴橡胶（ NBR ） （ 8 ）乙丙橡胶（ EPM\EPDM ） （ 9 ）硅橡胶（ QR ） （ 10 ）氟橡胶（ FPM ）

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2. 橡胶应用实例

（ 1 ） Molle台灯由法国设计师 Chris-

tophe Pillet 于 1995 年设计的这款灯具应用了新技术，材料是橡胶的。灯具的外观类似于人的手臂，像手腕那样灵活。灯罩的透光镜以乳白色聚碳酸酯塑料热塑成形，灯体是高密度橡胶成形的，里面装有金属胶皮管，如图 5-30 所示。

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（ 2 ） “Artergo 1”写字笔 日本设计师 Takahiro Okamoto 尝试着做了无数不同形状和色彩的笔的模型，以适合不同的人、不同的手型和不同的书写方式。“Artergo 1”写字笔追求最符合人手的造型，这些“ Ergo-Boys”都是以廉价的橡胶制成的，形状尽管多种多样，但都为蓝色，基座也相同，如图5-31 所示。

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（ 3 ）圣色罗椅 由 意 大 利 设 计 师 Fabrizio

Ballardini 和 Lucio Costanzi 设计，此款椅子外形有趣，结构富于革新，然而却对艺术、坐与功能的界限提出了疑问。它的设计充分利用了橡胶的弹性，椅座本身是一个独立的直径为 500mm 的球体，由两半橡胶球经无毒粘合而成，用乳胶将金属碎片贴在球体表面，球体还有一个充气阀门。图5-32 为“圣色罗”椅。

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（ 4 ）啄木鸟冰斧这种啄木鸟冰斧沿用了早期的传统锻造工艺，制成冰斧的钢材和特种纤维通过机械设备一次加工而成，并能达到最大强度，无需焊接。冰斧把手 7075铝合金外覆有杜邦的Hypalon （氯磺酰化聚乙烯合成橡胶），把手处的橡胶覆层是由硫化注塑成形的。编织的尼龙和橡胶带缠绕在登山者的腰上，防止冰斧脱落。

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（ 5 ） MaxGlo网球由 Dunlop公司开发设

计这种网球由 14 种不同的成分组成，选用马来西亚进口的纯正、高质量的橡胶原料，橡胶壳体的边缘被打磨光整后，在其上涂上一种橡胶液，然后将这种半球形的橡胶壳体硫化，或在压型机中被加热加压而彼此封合。图 5-34为 MaxGlo网球。

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（ 6 ） Lookin 自行车车座 由 Selle Royal公司于 1997 年开发设计，该产品采用了一种称作 Royalgel 的胶，这种胶具有某些人体工程学的特性。 Selle Royal公司生产种类繁多的自行车车座，依据骑车的不同姿势，从赛车到山地车、从越野车到旅游车，它们的胶垫形状各不相同，如图 5-35 所示。

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（ 7 ）格威尔 FT3991飙驰

“飙驰”方向盘采用目前PS2 方向键周边上通常使用设计方式，即手柄按键+ 方向盘。该设计线条简美圆润，造型动感酷炫。方向盘两侧握柄均采用特殊橡胶材料进行包裹，触感柔软舒适，经过特制防滑处理的握柄，能够有效防止出汗引起的打滑现象。图 5-36 为 格 威 尔FT3991游戏盘。

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（ 8 ）多普达 577W手机从外观来看，多普达 577W 机身边角做了圆

滑处理，但是机身整体线条十分硬朗，显得刚柔并济。键盘按键的设计经过橡胶材质的处理，十分柔软，键位设计比较宽大，长时间使用也不会有手指酸痛的感觉，如图 5-37 所示。

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（ 9 ）索尼H7数码相机索尼H7数码相机机身有黑色和银色两种可供

选择，黑色的 H7看起来非常酷，具有强烈的视觉冲击力，如图 5-38 所示。宽大的手柄上覆盖有橡胶皮层，防滑效果一流，已经很成熟的操控按键布局并没有改变太多，手感依旧出色。

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（ 10 ）横滨ADVAN A006T轮胎 从2004 年开始，横滨轮胎的工程人员把这款轮胎作进一步的改良，有效地运用原有的花纹，并采用了最新轮胎结构以及橡胶配方，从而开发出了最新的ADVAN A006T 产品，如图 5-39 所示。这批柏油路专用轮胎还有两种不同的橡胶软硬度，以应付不同的天气情况，包括 S 级的软硬度以应付和暖的天气、而 SS 级软硬度可应付寒冷的天气或下雨天时使用，并根据雨势的大小增设花纹。

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复习思考题

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5-1 试述塑料成形的主要方法。5-2 试述常用塑料的特性与用途。5-3 论述塑料制品的加工性。5-4 举例说明塑料在工业设计中的

应。5-5 橡胶的成形工艺主要有哪些？5-6 试述常用橡胶的特性与用途。5-7 举例说明橡胶在工业设计中的应

用。

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