2.1　理论知识

2.1.1　概述

在塑料制件的生产中，塑料制件的设计起到了重要的作用。对塑料制件设计者来说，不仅要具有机械设计等方面的知识，而且更需要有塑料制件造型、塑料材料及配方、塑料加工、塑料成型模具和成型机械等方面的知识。它们相辅相成，才能设计并开发出合理、实用、美观的塑料制件。具体地说，塑料制件设计的一般原则如下。

（1）在选料方面

塑料的物理力学性能，如强度、刚性、韧性、弹性、吸水性以及对应力的敏感性等；塑料的成型工艺性，如流动性、结晶速率，对成型温度、压力的敏感性等；塑料制品在成型后的收缩情况及各向收缩率的差异。

（2）在制件形状方面

能满足使用要求，有利于充模、排气、补缩，同时能适应高效冷却硬化（热塑性塑料制品）或快速受热固化（热固性塑料制品）等。

（3）在模具方面

应考虑它的总体结构，特别是抽芯与脱出制品的复杂程度。同时应充分考虑模具零件的形状及其制造工艺，以便使制品具有较好的经济性。

（4）在成本方面

要考虑注射制品的利润率、年产量、原料价格、使用寿命和更换期限，尽可能降低成本。

2.1.2　塑料制件结构设计

塑料制件的结构设计主要包括三个方面：造型结构、功能结构和工艺结构。造型结构设计是对塑料制件进行外部造型设计并给予装饰和美化。如机壳、面板、仪表盘和日用塑料等，常常要经过滚花、抛光、彩饰、植绒、镀覆金属等修饰与美术相结合，给人以美感。功能结构设计是指要确定实现塑料制件使用功能的形状、尺寸和壁厚。塑料制件结构设计要做静载荷下短时间和长时间的形变校核，还要做动载荷下冲击、疲劳、滞后热和磨损等校核。工艺结构设计合理是塑料制件生产的前提，它不仅关系到塑料制件的质量，而且还关系到塑料制件的生产率和成本，聚合物流变学是工艺结构设计的理论基础，用以考虑模塑成型的可行性，必须处理好塑料制件的流动性、收缩率、嵌件和脱模等技术问题，为了简化单个塑料制件，并实现塑料制件与非塑料制件的连接，保证在流水线上对塑料制件的高速装配，塑料制件还要进行合理的连接件设计。

以下以工艺结构设计为主，介绍塑料制件的结构设计。

2.1.2.1　便于脱模

（1）尽可能避免侧抽

在生产过程中，为简化模具结构，应尽可能不采用复杂的瓣合模与侧抽芯结构。相应地，塑料制件要尽量避免凹陷或侧孔，以降低模具成本和塑料制件修整工作量，同时，提高生产效率和模具寿命。有时，适当地改变塑料制件的结构就可大大简化模具结构。以成型侧孔为例，开设在垂直壁上的侧孔，如图2-1（a）所示，必须采用侧抽芯结构，但如果修改为有台阶的侧壁，如图2-1（b）～（e）所示，或增加侧壁斜度后，再采用组合型芯或异形型芯，即可避免侧抽芯。

图2-2也是成型侧孔时由需要侧抽芯［图2-2（a）］改为不需侧抽芯［图2-2（b）］的例子。

带有整圆式断续内侧凹槽的塑料制件或内螺纹塑料制件，如果采用内侧抽芯的办法成型，则模具结构很复杂，但当内侧凹槽较浅且在脱模温度下该塑料制件具有足够的弹性时，则可采用强制脱模的办法（图2-3）。只要将塑料制件的内侧凹槽设计为带有圆角斜面或梯形斜面，使得在强制脱出时能产生使侧壁横向膨胀的分力。

（2）设置脱模斜度

①基本设计原则　塑胶产品在设计上通常会为了能够轻易地使产品由模具脱离出来而需要在边缘的内侧和外侧各设有一个倾斜角为脱模斜度。若产品附有垂直外壁并且与开模方向相同的话，则模具在塑料成型后需要很大的开模力才能打开，而且，在模具开启后，产品脱离模具的过程也十分困难。要是该产品在产品设计的过程上已预留脱模斜度及所有接触产品的模具零件在加工过程当中经过高度抛光的话，脱模就变为轻而易举的事情。因此，脱模斜度的考虑在产品设计的过程是不可或缺的，因注射件冷却收缩后多附在凸模上，为了使产品壁厚平均及防止产品在开模后附在较热的凹模上，脱模斜度对应于凹模及凸模是应该相等的。不过，在特殊情况下若要求产品于开模后附在凹模的话，可将相接凹模部分的脱模斜度尽量减少，或刻意在凹模加上适量的倒扣位。脱模斜度主要是为了避免塑料件在脱模时由于冷却收缩而对模具产生黏附、摩擦，从而导致其损伤变形，而在塑料件的脱模方向设置的有利于脱模的角度。脱模斜度的确定一般遵循3个原则。

a.脱模斜度一般取整数，如0.5°、1°、1.5°等（亚光、咬花除外）。

b.塑料件的外观脱模斜度取值大于内壁的角度，这有利于成型时脱模。

c.在不影响外观的前提下取较大的脱模斜度。

脱模斜度：为便于脱模，塑件壁在出模方向上应具有倾斜角度α，其值以度数表示（参见表2-1）。

②脱模斜度确定要点　确定脱模斜度的要点主要包括以下几点：制品精度要求越高，脱模斜度应越小。尺寸大的制品，应采用较小的脱模斜度。制品形状复杂不易脱模的，应选用较大的斜度。制品收缩率大，斜度也应加大。增强塑料宜选大斜度，含有自润滑剂的塑料可用小斜度。制品壁厚大，斜度也应大。斜度的方向：内孔以小端为准，满足图样尺寸要求，斜度向扩大方向取得；外形则以大端为准，满足图样要求，斜度向偏小方向取得。一般情况下脱模斜度可不受制品公差带的限制，高精度塑件的脱模斜度则应当在公差带内。

从表2-1中，我们可以看出塑料硬脆、刚性大的，脱模斜度要求大。

具备以下条件的型芯，可采用较小的脱模斜度：顶出时制品刚度足够；制品与模具钢材表面的摩擦系数较低；型芯表面的粗糙度值小，抛光方向又与制品的脱模方向一致；制品收缩量小，滑动摩擦力小。

不同材料的设计要点如下。

a.ABS　一般应用边0.5°～1°就足够。有时因为抛光纹路与出模方向相同，脱模斜度可接近至零。有纹路的侧面需每深0.025mm（0.001in.）增加1°脱模斜度。正确的脱模斜度可向原料供应商取得。

b.LCP　因为液晶共聚物有高的模数和低的延展性，倒扣的设计应要避免。在所有的筋、壁边、支柱等凸出胶位以上的地方均要有最小0.2°～0.5°的脱模斜度。若壁边比较深或没有磨光表面和有饰纹等则需要加额外的0.5°～1.5°以上。

c.PBT　若部件表面光洁度好，需要0.5°最小的脱模斜度。经饰纹处理过的表面，每增加0.03mm（0.001in.）深度就需要加大1°脱模斜度。

d.PC　脱模斜度是在部件的任何一边或凸起的地方要有的，包括上模和下模的地方。一般光滑的表面1.5°～2°已很足够，然而有饰纹的表面是要求额外的脱模斜度，以每深0.25mm增加1°脱模斜度。

e.PET　塑胶成品的筋，支柱边壁、流道壁等，如其脱模斜度能够达到0.5°就已经足够。

f.PS　0.5°的脱模角是极细的，1°的脱模斜度是标准方法，太小的脱模斜度会使部件难于脱离模腔。无论如何，任何的脱模斜度总比无角度为佳。若部件有饰纹的话，如皮革纹的深度，每深0.025mm就多加1°脱模斜度。

③制品脱模斜度设计　不同制品的脱模斜度有不同的要求，如箱体制品、盖类制品、格子板形制品、带加强筋类制品、底筋类制品等。

a.箱体与盖类制品　如图2-4所示。

当H≤50mm时，S/H=1/50～1/30。

当50mm＜H≤100mm时，S/H≤1/60。

b.格子板形制品　如图2-5所示。

当格子的间距P≤4mm时，脱模斜度α=1/10P。格子C尺寸越大，脱模斜度越大。

当格子高度H超过8mm，脱模斜度不能取太大值时，可采用图2-5（b）的形式，使一部分进入动模一侧，从而使脱模斜度满足要求。

c.带加强筋类制品　如图2-6所示。

A=（1.0～1.8）T。

B=（0.5～0.7）T。

d.底筋类制品　如图2-7所示。

A=（1.0～1.8）T。

B=（0.5～0.7）T。

e.凸台类制品　如图2-8、表2-2所示。

高凸台制品（H＞30mm）的脱模斜度如下。

型芯：

型腔：

型芯的脱模斜度应大于型腔。

f.最小脱模斜度　脱模斜度影响制品的脱出情况。如果脱模斜度很小，脱模阻力增大，顶出机构就会失去作用。在一般情况下，不能小于最小脱模斜度，以防止制品留模。具体的最小脱模斜度数值请参见表2-3。

（3）尽可能简化制件

在保证使用要求前提下，力求简单、便于脱模，尽量避免或减少抽芯机构。注射生产的工艺装备是模具，模具是塑料件的形状的反映。由于塑料件结构复杂，模具不得不在结构上复杂化，甚至出现无法实现的结构，塑料件在设计时就应该充分考虑这一点，在保证外观和功能的前提下，力争使模具结构尽可能简化，从而节约时间和成本并可以提高产品质量。例如，塑料件上有很多的侧凹槽和侧孔等结构阻碍产品沿顶出方向出模，一般要采取抽芯、斜顶等结构。如果在实现功能和保证外观的前提下，将凹槽和侧孔设计成与顶出方向一致或设计成碰穿结构，将大大简化模具结构。因此，在进行塑料件结构设计时应避免过多的复杂结构。

塑料件的设计应避免内切结构。塑料件上有内切的结构无法直接脱模，造成模具无法设计或必须用模芯、隐藏式结构或将模具分离，但这样做增加了模具制作的复杂性，降低了模具的可靠性，产生废品的可能性增大，增大了制造成本。因此，在进行结构设计时应尽量避免出现内切结构。

2.1.2.2　保证质量

（1）壁厚均匀

从成型质量的角度来看，当壁厚太小时，成型时流动阻力大，对大型复杂制品造成进浇困难，不易充满型腔而造成缺料；塑料件的壁厚过大，不但造成原料的浪费，而且影响产品的质量，在成型的过程中容易产生气泡、凹陷、缩孔、翘曲等缺陷。常见热塑性塑料和热固性塑料壁厚的常用值可查阅相关资料。

同一塑料制件的壁厚应尽可能均匀，否则会因冷却或固化速度不同而产生附加内应力，引起翘曲变形。如图2-9所示，（a）为改进前的设计，它们或壁厚过大、或壁厚不均；（b）为改进后的设计。

（2）加强筋

多数塑料的弹性模量好强度较低，受力时容易变形甚至破坏。单纯采用增加壁厚的办法来提高塑料制件的强度和刚度是不合理的，在塑料件上设置加强筋，可有效提高塑料制件的强度和刚度，防止塑料件的翘曲变形。恰当的加强筋位置还可降低充模阻力，改善塑料熔体的流动性。

在布置加强筋时，要避免或减少塑料局部集中，否则会产生缩孔、气泡。如图2-10所示为容器的底或盖上加强筋布置情况，（a）由于加强筋交汇，厚度严重不均匀，（b）为改进后的设计。其改进方法是：将加强筋错位；加强筋交叉部位设计成空心结构。

以塑料制件的整个底面作为支撑面是不合理的，因为塑料制件上的大平面容易发生翘曲变形，导致底面不平。为此，常以凸出的底脚（三点或四点）或凸边来作为支撑面，如图2-11所示。以环形的凸边作为支撑面最常用，它可明显增加刚性。

（3）设计圆角

除特殊要求外，塑料制件的结构设计要特别注意避免尖锐棱角的产生。棱角处几何形状的过渡若不连续，该处会产生应力集中现象，从而会产生裂纹。塑料材料的强度通常很低，应力集中的地方更易损坏。避免应力集中主要的措施是改善构件的尖锐棱角部位的结构形式。例如，在尖角部位增加倒角、倒圆角或以平缓的过渡段代替。

圆角具有以下特点。

①圆角可避免应力集中，提高制件强度　在零件的转角处易产生应力集中，在受力或受冲击、振动时会发生破裂，如果成型条件不当或零件结构不合理，则会产生很大的内应力，特别容易产生应力开裂。实验数据证明，当圆角半径小于零件壁厚0.3倍时应力集中急剧增大；当大于壁厚0.8倍时，应力集中明显变小。

②圆角可有利于充模和脱模　对于一些流动性差的塑料或加入填料的塑料，零件设计圆角尤为重要，不仅可改善充模性能，而且可提高零件使用性能。圆角还可使料流平滑绕过，大大改善塑料的充模特性，得到完整的塑料制件。

③圆角有利于模具制造，提高模具强度　零件上设计了圆角，模具的对应部位也呈圆角，这就增加了模具的坚固性，模具在淬火或使用时不致因应力集中而开裂，因而也增加了模具的强度。

④提高电镀塑料制件的电镀性能　需要电镀的塑料制件若存在尖角，在电镀时会增加该处的电流密度，造成尖角处镀层厚度增加、凹陷处镀层过薄，如图2-12所示。

（4）孔的设计

塑料制件上常见的孔有通孔和盲孔两类，最常见的孔的断面形状是圆孔，此外还有矩形孔、螺纹孔以及其他形状的异型孔。

在塑料制件上开孔会减弱塑料制件的强度，为了不至于在孔与孔之间、孔与侧壁之间发生裂缝或破损，其间要留有足够的尺寸。一般来说，孔与孔的边缘、孔边与制品边缘之间的距离不小于孔径。塑料制件上固定用孔或其他需承受较大负荷的孔，孔边应设计凸边来加强，如图2-13所示。

（5）螺纹设计

塑胶件上设计螺纹一般用于静连接，螺纹的成型方法可以分为四类：用自攻丝攻出螺纹；模塑法成型螺纹，包括使用带内螺纹的金属嵌件来成型；模塑后将带螺纹的嵌件压制件；切削加工。

根据螺纹的齿形，常用的塑料螺纹有标准螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹，圆弧形螺纹、V形螺纹等，如图2-14所示。

此外，螺纹还有单头、双头、三头以及连续性等的区分。

在塑料制品上直接成型的螺纹不能达到高精度要求。在经常装卸和受力较大的地方不宜采用塑料螺纹，而应在塑料中装入金属的螺纹镶件。塑料螺纹应选用较大的螺牙尺寸，直径较小时不要选用细牙螺纹，否则会影响使用强度。

塑料螺纹的直径不宜过小，螺纹的大径不应小于4mm，小径不应小于2mm。如果模具上螺纹的螺距未考虑收缩值，那么塑料螺纹的配合长度不能太长，一般不大于螺纹直径的1.5～2倍，否则会产生干涉造成附加内应力，使螺纹连接强度降低。

因为一般塑料比金属的强度和刚度差，为了防止螺孔最外圈的螺纹崩裂或变形，螺孔始端应有一个深度为0.2～0.8mm的台阶孔。螺纹末端也不宜与底面相连接，一般与底面应留有大于0.2mm的距离。

同样，塑料螺纹的始端与顶面应留有0.2mm以上的距离，末端与底面也应留有0.2mm的距离，外螺纹的始端和末端均不应突然开始和结束，而应有过渡部分。

螺纹的设计要点如下。

a.螺纹的直径不宜过小，通常外螺纹应大于4mm，内螺纹应大于2mm，直径较小时应尽量避免使用细牙螺纹。

b.模塑螺纹的螺距就≥0.75mm，螺纹配合长度≤12mm，当塑料螺纹与金属螺纹配合时，其配合长度通常取螺纹直径的1.5倍。

c.螺纹的起始端和末端都应设计一段无螺纹的过渡段。

d.塑件螺纹孔到边缘的距离应大于螺纹外径的1.5倍，且应大于塑件壁厚的1/2。螺纹孔间距离应大于螺纹外径的0.75倍，且应大于塑件壁厚的1/2。

（6）其他结构

①凹凸纹　手柄、旋钮、盖之类塑件，为了使用方便，其周边上大都设计有凹凸纹。凡有凹凸纹的塑件设计，一般要考虑下列因素：外形美观，凹凸纹与脱模方向一致，并有适当脱模斜度；模具的型腔、型芯便于机械加工，或能适合冷挤压、电加工等先进工艺。

②标志　由于造型、装饰或其他特殊要求，常需要在塑件上制出文字或图案等标志。塑件上的标志有阳文（凸出）和阴文（凹入）之分，标志表现在塑件和模具上是互为反向的。由于模具上的阴文容易加工，所以塑件上的标志多采用阳文。有时为了便于更换标志，可将标志的成型部件制成嵌件，镶嵌在模具上。

③支承面　当以塑件的整个底面作为支承面时，应将其设计成凹形或设加强筋。这样，既可提高塑件的基面效果，又可延长塑件的使用寿命。

2.1.2.3　塑件的尺寸精度

影响塑料零件尺寸精度的因素很多而且十分复杂，归纳起来主要有以下几方面。

①塑料原料本身的特性，一般结晶型和半结晶型的塑料的收缩率比无定型的大，范围也宽，因此零件尺寸精度也就有差异。

②成型工艺条件，如料温、模温、注射压力、保压压力、塑化背压、注射速度、成型周期等都会影响成型收缩率的大小和波动范围。

③模具的结构，如分型面选择、浇注系统的设计、排气、模具的冷却和加热等以及模具的刚度等都会影响零件尺寸精度。

④模具在使用过程中的磨损和模具导向部件的磨损也会直接影响零件的尺寸精度。因此在制件设计中正确合理确定尺寸公差是非常重要的。对于工程塑料制件，尤其是以塑代钢的制件，设计者往往简单地套用机械零件的尺寸公差，这是很不合理的，许多工业化国家都根据塑料特性制定了塑料零件尺寸公差。我国也于1993年发布了《工程塑料模塑塑料件尺寸公差》（GB/T 14486—1993），现已更新为GB/T 14486—2008，设计者可根据所用的塑料原料和零件使用要求，根据标准中的规定确定零件的尺寸公差。大部分的塑料成形品皆能维持相当紧密的尺寸公差，除了高收缩性的材料如PE、PP、Nylon、POM、EVA及软质PVC其收缩率达到2%～3%，一般热塑性制品的商业许可公差为±0.5%。所以对于这些高收缩性材料必须指定较大的允许公差才行，因为其尺寸公差很难借模具设计予以补救。产品设计者在选定尺寸公差时要考虑使用的塑料材料、产品形状及将来使用条件等。随着公差的严格要求，其制造加工精度与模具价格亦相对提高，所以产品设计者于图面上记入公差时，要审慎地设定适用于此公差的使用条件。因此，产品设计者所设定的总公差应该包含了使用条件和环境条件下的尺寸变化。塑料零件除了尺寸公差以外，对于一些精密成形更须考虑形状公差，因为浇口的种类和位置或是模具温度调节系统决定，皆须根据这些资料来设计。

2.1.3　带有嵌件的塑料制件设计

塑料成型过程中所埋入的或成型后压入的螺栓、接线柱等金属或其他材质零件，统称为塑件中的嵌件。嵌件可增加制品的功能或对制品进行装饰。

塑料内的嵌件通常作为紧固件或支撑部分。此外，当产品在设计上考虑便于返修、易于更换或重复使用等要求时，嵌件是常用的一种装配方式。但无论是作为功能或装饰用途，嵌件的使用应尽量减少，因使用嵌件需要额外的工序配合，增加生产成本。嵌件通常是金属材料，其中以铜为主。嵌件的设计必须使其稳固地嵌入塑料内，避免旋转或拉出。嵌件的设计亦不应附有尖角或锋利的边缘，因为尖角或锋利的边缘使塑料件出现应力集中的情况。

嵌件的模塑使操作变繁、周期加长、生产率降低（带有自动装夹嵌件的机械手或自动线不在此列）。

2.1.3.1　嵌件的结构形式

常见的金属嵌件形式如图2-15所示。

嵌件的形状及结构要求如下。

①金属嵌件采用切削或冲压加工而成，因此嵌件形状必须有良好的加工工艺性。

②具有足够的机械强度（材质、尺寸）。

③嵌件与塑料基体间有足够的结合强度，使用中不拔出、不旋转。嵌件表面需有环形沟槽或交叉花纹；嵌件不能有尖角，避免应力集中引起的破坏；尽可能采用圆形或对称形状的嵌件，保证收缩均匀。

④为便于在模具中安放与定位，嵌件的外伸部分（即安放在模具中的部分）应设计成圆柱形，因为模具加工圆孔最容易（图2-16）。

⑤模塑时应能防止溢料，嵌件应有密封凸台等结构（图2-17）。

⑥便于模塑后嵌件的二次加工，如攻螺纹、端面切削、翻边等。图2-18（a）即为模塑后再翻边的嵌件结构。

⑦特殊嵌件的结构参见图2-18（b）～（c）。

⑧嵌件材料　铜、铝、钢、硬质异种塑件以及陶瓷、玻璃等都可作为嵌件材料，其中，黄铜不生锈、耐腐蚀、易加工且价格适中，是嵌件的常用材料。

2.1.3.2　嵌件的固定

①为避免制品底部过薄出现波纹形缩痕而影响外观及强度，应取嵌件底面距制品壁面的最小距离T＞D/6（图2-19）。

②嵌件与制品侧壁的间距不能过小，以保证模具有一定的强度（图2-20）。

③凸台中设置嵌件时，为保证嵌件结合稳定以及塑料基体的强度，嵌件应伸入到凸台的底部（需保证最小底厚），嵌件头部作成圆角（图2-21）。

④小型圆柱形嵌件可用中间开槽或表面菱形滚花结构植于塑料基体之中（图2-22），滚花槽深1～2mm。

⑤板、片状嵌件可用孔窗固定法固定，但薄形嵌件（厚度小于0.5mm）宜用切口或打弯的方法固定（图2-23）。

⑥杆形嵌件可用将头部打扁、冲缺、压弯、劈叉等形式固定（图2-24），也可用将圆杆的中间部分压扁的方法固定（图2-25）。

⑦管形冲压嵌件，可在冲压时加工出膨凸部分，用以增强紧固力（图2-26）。

2.1.3.3　嵌件的安放与定位

（1）嵌件的安放、定位要求

①不能因设备的运动或振动而松动甚至脱落。

②在高压塑料熔体的冲击下不产生位移和变形。

③嵌件与模具的配合部分应能防止溢料，避免出现毛刺，影响使用性能。

（2）轴类嵌件的安放定位

如图2-27所示。

（3）孔类嵌件的安放定位

如图2-28～图2-30所示。

（4）细长嵌件的安放定位

细长嵌件的轴线与料流方向垂直时，易产生弯曲变形，需用销轴等支承，以增加其刚性（图2-31）。注意，附加的支承孔不应影响制件的使用。

2.1.3.4　塑料的裂纹和强度

（1）裂纹产生的原因

①塑料收缩的内应力和自然老化　如图2-32所示。

②嵌件的结构和安放位置不合理　如图2-33所示。

（2）保证连接强度的必要条件——最小壁厚

见表2-4。

2.1.3.5　装配式嵌件

（1）钣金加工（装配）法

铆接（图2-34）、折弯（图2-35）等均为钣金加工（装配）法。

（2）用工具将嵌件压入或旋入制品中

如图2-36、图2-37所示。

（3）热插法

热固性塑件出模时，在热态下将嵌件插入，冷却后即牢固地结合在一起（图2-38）。塑料收缩量应在其弹性范围内，否则塑料会裂开。

（4）其他装配方法

①黏结　热固性塑料用环氧树脂黏结，热塑性塑料用溶剂类黏结剂黏结。

②超声波装配　热塑性塑料软化后压入。

2.1.3.6　塑料嵌件

在金属条料、卷料等已冲压零件的型孔内，模塑出小型塑料零件，使两者成为不可拆卸的组合件。这时，金属冲压件是主要零件，塑件则是嵌件。

常见的塑料嵌件为齿轮、凸轮、短轴等（图2-39）。

外插注射模具为三板式或点浇口的热流道模（图2-40）。

2.1.4　塑料制件的表面整饰

2.1.4.1　表面机械加工处理

塑料抛光方法较多，如机械抛光、化学抛光、电解抛光、超声波抛光、流体抛光和磁研磨抛光等，以下将逐条介绍。

（1）机械抛光

机械抛光是靠切削、材料表面塑性变形去掉被抛光后的凸部而得到平滑面的抛光方法，一般使用油石条、羊毛轮、砂纸等，以手工操作为主，特殊零件如回转体表面，可使用转台等辅助工具，表面质量要求高的可采用超精研抛的方法。超精研抛是采用特制的磨具，在含有磨料的研抛液中，紧压在工件被加工表面上，作高速旋转运动。利用该技术可以达到Ra 0.008μm的表面粗糙度，是各种抛光方法中精度最高的。

光学镜片模具常采用这种方法。

（2）化学抛光

化学抛光是让材料在化学介质中表面微观凸出的部分较凹部分优先溶解，从而得到平滑面。这种方法的主要优点是不需复杂设备，可以抛光形状复杂的工件，可以同时抛光很多工件，效率高。化学抛光的核心问题是抛光液的配制。化学抛光得到的表面粗糙度一般为数十微米。

（3）电解抛光

电解抛光基本原理与化学抛光相同，即靠选择性地溶解材料表面微小凸出部分，使表面光滑。与化学抛光相比，可以消除阴极反应的影响，效果较好。

（4）超声波抛光

将工件放入磨料悬浮液中并一起置于超声波场中，依靠超声波的振荡作用，使磨料在工件表面磨削抛光。超声波加工宏观力小，不会引起工件变形，但工装制作和安装较困难。超声波加工可以与化学或电化学方法结合。在溶液腐蚀、电解的基础上，再施加超声波振动搅拌溶液，使工件表面溶解产物脱离，表面附近的腐蚀或电解质均匀；超声波在液体中的空化作用还能够抑制腐蚀过程，利于表面光亮化。

（5）流体抛光

流体抛光是依靠高速流动的液体及其携带的磨粒冲刷工件表面达到抛光的目的。常用方法有：磨料喷射加工、液体喷射加工、流体动力研磨等。流体动力研磨是由液压驱动，使携带磨粒的液体介质高速往复流过工件表面。介质主要采用在较低压力下流过性好的特殊化合物（聚合物状物质）并掺上磨料制成，磨料可采用碳化硅粉末。

（6）磁研磨抛光

磁研磨抛光是利用磁性磨料在磁场作用下形成磨料刷，对工件磨削加工。这种方法加工效率高，质量好，加工条件容易控制，工作条件好。采用合适的磨料，表面粗糙度可以达到Ra 0.1μm。

2.1.4.2　表面装饰处理

塑料制件表面经常通过添加涂饰层、镀层、彩色图案或字样来进行表面整饰。表面整饰一般分为装饰性表面整饰和功能性表面整饰。

装饰性表面整饰主要为提高塑料制件的装饰效果，获得好的制品外观，提高塑料制件的耐候性、耐溶剂性、耐磨性或防尘效果。主要的整饰方法有涂料、染色、印刷、表面金属化等形式。功能性表面整饰则是为了提高塑料制件表面的硬度、抗划伤和擦伤、表面的导电性，改善耐热、耐光及耐化学品侵蚀的能力。

（1）涂料涂饰

①概述　塑料制品表面的涂饰，是将涂料涂覆在制品表面上，形成涂层，涂层具有装饰性和功能性的作用。涂层装饰性的优点是：色彩范围宽广；改变制品外观，减小制品塑料感；控制制品外表光泽度，实现多色、木纹样或珠光等表面装饰效果。

此外，涂饰是使深色塑料制品外表变为浅色的唯一方法，如酚醛塑料制品。涂层功能性的优点是：掩盖制品表面流线痕缺陷；提高制品耐气候性、耐化学性、耐水性、耐溶剂性等。

例如，ABS易发生紫外光降解，涂料涂饰后的ABS塑料制品能防止紫外光引起的降解。聚氯酯泡沫塑料用涂料涂饰后，提高了制品的耐气候性和色彩稳定性。减小了塑料制品表面摩擦，改善了耐磨性。

②涂饰前制品表面预处理　涂饰前塑料制品表面预处理直接关系着涂层在制品表面的附着力。去除被涂制品表面油污和脱模剂等异物，异物会引起涂层附着力减小。除去塑料制品表面异物一般可用清洁剂或溶剂擦拭，但是使用溶剂应特别注意，大多数溶剂对塑料有侵蚀性，例如聚苯乙烯、ABS塑料制品，可使用肥皂水、洗涤剂溶液、酒精、四氯化碳等擦拭。对聚氨酯泡沫塑料制品，除去制品表面残留的聚硅氧烷脱模剂，可使用三氯乙烯或四氯乙烯等强溶剂。大部分塑料制品都带有静电而使制品表面吸附灰尘，涂饰前应除去灰尘，一般可使用除静电剂清洗或用空气离子喷枪除静电。

③涂料

a.涂料选择　塑料涂料选择时，除了考虑被涂物的附着力外，还应考虑被涂塑料的耐溶剂性、应变性、耐热性。此外还要考虑涂料的价格和溶剂挥发物的毒性。

b.涂料组成　基料：各种油脂和树脂，是构成涂料的基础，可以单独成膜或黏结颜料等共同成膜。

颜料：作用是构成涂层色彩，提高涂层硬度和耐光性能。

辅料： 辅料包括各种溶剂和助剂。

溶剂：在涂料中起着溶解树脂和调节稠度的作用，溶剂的用量很大，在涂层形成过程中全部挥发。

助剂：包括催干剂、润湿剂、悬浮剂和增韧剂等，助剂的用量不大，在涂层形成过程中不挥发，留在涂饰制品表面上。

目前常用涂料都是溶剂型。热固性塑料能耐大多数溶剂，而热塑性塑料一般易受溶剂侵蚀，影响制品外观。因此，在塑料工业中使用无溶剂涂料的意义越来越大，如水基涂料、辐照固化涂料和粉末涂料等。

④涂饰方法　一般有喷涂、流动涂饰、浸渍涂饰（简称浸涂）、滚筒涂饰等。喷涂是塑料制品表面涂饰的常用方法，具有功效高、适应性强、操作方便等优点，但是涂料损耗大，操作时有溶剂挥发，操作间需要通风装置。塑料制品表面涂饰喷涂操作使用专用喷枪，涂料进入喷枪借助压缩空气压力成雾状喷出，均匀地黏附在被涂制品表面，压缩空气应净化处理。

表面涂料涂饰制品的设计，应根据表面涂饰要求设计制品外形，例如，制品表面局部涂饰，或在同一制品表面上分别涂饰几种颜色的涂层，为了获得理想的涂饰效果，设计制品时应使涂饰表面与非涂饰表面、或不同颜色涂饰表面之间形成微小高度差的阶梯型分界。

制品表面局部喷涂或同一表面喷涂几种颜色的涂层，一般采用遮面喷涂，利用遮面掩盖非涂饰表面。

⑤塑料的涂饰性能

a.ABS塑料　ABS塑料为不透明的热塑性塑料，其涂饰性能好，可涂饰的涂料品种较多。ABS模塑制品存在内应力，易引起涂料中溶剂对它的侵蚀，因此涂料涂饰前制品须进行退火处理，退火温度低于其热变形温度5～6℃，退火时间约为2h。

b.聚甲醛塑料　聚甲醛塑料是一种结晶型热塑性塑料，其涂饰性能很差，大多数涂料对它的黏附性很差。因此，一般聚甲醛塑料制品不使用涂料涂饰。若要对其进行涂料涂饰，涂饰前制品表面应作特殊处理。此外，最好先用涂料打底，再涂面涂料。涂饰后，涂料如需烘干，烘干温度不超过157℃，若超过160℃，将影响其物理性能。

c.尼龙塑料　尼龙塑料是一种结晶型的热塑性塑料，其涂饰性能很好，是一种吸湿性材料，通常情况下，含湿量为1.5%～2%，涂料涂饰前制品应进行烘干处理。

d.聚碳酸酯塑料　聚碳酸酯是一种透明的热塑性塑料，多种溶剂能使它产生银纹或浸蚀，因此聚碳酸酯塑料制品表面涂饰前，应作溶剂浸蚀实验。先用涂料打底，然后进行表面涂饰。模塑制品表面涂饰前，须作退火处理，退火温度低于120 ℃。涂饰后涂料烘干温度不超过120 ℃。

e.聚烯烃塑料　聚烯烃塑料包括PE 、PP，它们的涂料涂饰性能不好，涂饰前制品表面须进行特殊处理，以提高塑料制品和涂料制件的黏附性能。

f.聚苯乙烯塑料　PS是一种透明的热塑性塑料，它的涂饰性能好。对溶剂特别敏感，制品表面涂饰前，先涂一层丙烯酸类、醇酸类或脲醛类树脂的底涂层，以防止涂料中溶剂的侵蚀。模塑制品表面涂饰前，最好进行退火处理，退火温度不超过63℃。

g.聚氯乙烯塑料　PVC是一种广泛使用的热塑性塑料，其涂料涂饰性能较好。软质或半硬质聚氯乙烯塑料制品中增塑剂的迁移性，对某些涂料的涂饰层会有影响。

h.热固性塑料　热固性塑料的涂饰性能较好，如同金属一样，多种涂料可用于热固性塑料制品的表面涂饰，涂层烘干温度对它无影响。

（2）染色

①塑料制品表面染色是整饰方法之一，适合于塑料制品原色彩不合要求、表面金属化层或涂料涂饰层的着色。塑料制品染色方法通常有槽浴染色和轧染两种。槽浴染色是最普通的一种方法，适合单件、小型塑料制品（如纽扣、按钮等）的染色。

②用于塑料染色的染料基本分为三类。

酸性染料：常用于尼龙类塑料制品和尼龙丝的染色，具有很好的亲和力。染色的耐光和耐溶剂性能好，耐洗性较好。

碱性染料：碱性染料适合于丙烯酸类透明塑料制品和纤维的染色，具有光亮度好和着色性强的优点。但这类染料对大多数塑料品种的染色亲和力不大，耐洗和耐光性差。

分散染料：不溶于水，仅微溶于热水中，因此分散染料以非水溶液或水分散体的形式用于染色。对大多数塑料的亲和力大，着色性好，耐洗性优良，但是耐溶剂性差于酸性和碱性染料。它们的耐光性随每种染料品种的不同而变化。

染色的牢度取决于染料分子向被染基质内部扩散的程度。染料分子向塑料内部扩散受多种因素影响，如：染料的品种；被染塑料制品的表面物理状态；染色液的配方；染色液温度、染色时间等。

此外，塑料中各种添加剂，如增塑剂、内润滑剂和抗静电剂等也影响染料分子向塑料内部的扩散。

（3）印刷

印刷赋予塑料制品表面色彩、图案及文字等，其作用在于丰富色彩，美化装潢。塑料制品表面印刷的方法有多种，选择印刷方法时，应考虑制品的形状、尺寸、塑料品种，此外，还应考虑印刷油墨或塑料的种类及印刷操作的机械化和自动化等。

因此，设计塑料制品时，应周密考虑，在达到质量要求的前提下，尽量选择高效和经济的印刷方法。

①丝网印刷　丝网印刷又称绢印，广泛应用于塑料瓶子或其他塑料制品平面和弧面上的印刷。丝网印刷油墨层厚，富于立体感。

丝网印刷操作的主要工具是橡胶辊（或称敷墨辊）和丝网版，橡胶辊是推挤油墨通过丝网的工具。丝网版是印刷底版，油墨通过网版孔，黏附在制品表面，移去底版，待干燥后，即成凸起在制品表面的印刷图案或文字。

一块印刷底版印刷一种颜色，若印刷图案要求多种颜色，按图案各色分别制版，然后逐色印刷，该工艺称为套印。丝网印刷油墨，用氯乙烯-醋酸乙烯二元共聚树脂作基料，环己酮、二甲苯等作混合溶剂，制成清漆后，用油溶性颜料粉着色。

丝网制版上，编织丝网的常用材料有蚕丝、尼龙丝、不锈钢丝及其他合成纤维丝等。丝网的网孔尺寸为160 ～350 目，通常选用230目。网格尺寸的选择，直接影响印刷效果，应考虑印刷图案的面积、图案纹线深度、图案精密度、油墨流动性、印刷速度等因素。

②移印　移印属于特种印刷方式之一。它能够在不规则异形对象表面上印刷文字、图形和图像，现在正成为一种重要的特种印刷。例如，手机表面的文字和图案就是采用这种印刷方式，还有计算机键盘、仪器、仪表等很多电子产品的表面印刷，都以移印完成。

（4）表面金属化

①概述　塑料制品表面金属化是在塑料表面镀一层牢固的金属，使塑料赋予金属的性质。塑料金属化有三种方法。

塑料整体金属化：在塑料中混入金属粉、石墨粉等，使塑料整体具有导电性及其他的金属物性。

塑料表面金属化：只在塑料表面附着金属层，使塑料具有金属样外观及金属的物性。

塑料部分表面金属化：只在塑料部分表面附着金属层，使部分塑料具有金属物性。

②表面金属化的优点　表面金属化具有以下诸多优点，如可改善外观、改善力学性能、提高耐热性、改善耐候性、减少吸水率、赋予导电性和改善洗净性等。

③可金属化的塑料　塑料能否金属化，关键是塑料与金属层的附着力，一般来说，塑料与金属之间的附着力很小，达不到使用要求。因此，塑料表面金属化之前表面需进行处理，以增加两者之间的附着力。ABS是表面金属化的主要品种，占全部表面金属化塑料用量的90%，其次是聚丙烯塑料，占7%～8%，PC、UPVC、PA、PMMA、聚砜、聚乙烯等塑料也可以金属化，但用量极少。

塑料表面金属化分为湿法工艺和干法工艺。其中湿法工艺包括化学镀、喷雾化学镀、化学镀-电镀；干法工艺包括真空蒸镀、阴极溅镀、离子镀等。

a.塑料表面金属化湿法工艺　塑料是电的绝缘体，因而不能进行直接电镀。化学镀是利用化学还原作用将镀液中的金属离子还原为金属析出覆于塑料表面。但是化学镀的速度很慢，镀层太厚表面粗糙，缺乏光泽，无实用价值。所以塑料表面金属化先以化学镀得到薄镀层，赋予塑料制品导电性，然后进行电镀获得厚镀层，化学镀仅是塑料电镀的前处理。电镀是在镀液中设置阴极和阳极，两极通直流电，阴极析出金属附着在塑料制品表面，形成金属镀层。塑料表面电镀有镀铜、镀镍、镀铬和镀合金等。

b.塑料表面金属化干法工艺　真空蒸镀是在高真空条件下，通过金属细丝的蒸发和凝结，使金属薄层附着在塑料表面。蒸镀金属有铝、金、银、铜等，最常用的是铝，镀膜层厚度为0.8～1.2μm，不透明和有光泽。由于膜层极薄，适用于装饰性表面金属化。主要用于塑料薄膜表面金属化。

④表面热压印（又称烫印和烫箔）　热压印又称烫印或烫箔，是20世纪70年代发展起来的一项表面新技术，广泛应用于塑料、纸、木材、皮革等材料的各种制品和半制品。热压印装饰使用一种特制热压印箔，热压印箔由装饰层和载体塑料膜两部分组成，装饰层可以是具有金属光泽的金属膜或各种图案的印刷层。热压印是在控制的温度、压力和时间下，将热压印箔的装饰层与载体塑料膜进行界面分离及边缘切割，而被转移到待装饰制品的表面上，完成热压印，卸压并掀去热压印箔残体，制品表面显示色泽鲜艳、美观的装饰效果。

应用领域：汽车工业、通信工业、化妆品、家庭用品/电器、影音行业、塑料卡片等。

a.热压印方法　凸面热压印制品装饰表面为平面，热压印模表面刻制凸形装饰图案或字体，热压印后，制品表面形成凹形图案或字体，热压印箔装饰层粘接在凹形图案或字体表面上，装饰层低于制品表面，装饰层不易磨损。压印模根据使用情况可用镁、铜、钢、硅橡胶等材料制成，同时应该设置电加热控温装置。

b.平面热压印　制品装饰表面为平面或凸形图案或字体，热压印模的表面为软质硅橡胶平板。热压印过程中橡胶板压紧热压印箔，热压印箔粘贴在凸形图案和字体的表面，使热压印箔装饰层转移在表面上。

平面热压印的另一种形式是滚筒热压印，压印模为滚筒形式，适合平坦表面和大曲率半径转角曲表面制品的热压印装饰。

c.热压印箔　热压印箔是热压印装饰使用的一种专用复合装饰材料，由装饰复合层和载体塑料膜两部分组成，装饰复合层与载体塑料膜之间，既要求在常温下有一定的黏附性，又要求在热压印条件下可分离性和装饰复合层的定向边缘（热压印表面形状轮廓）易切割性。热压印箔的品种不同，其组成与结构也不同。

d.热压印机　垂直热压印机（又称压烫机）由压印机构、工作台、热压印箔输送装置和控制装置组成。适合于平面或凸面热压印装饰。滚筒热压印机（滚烫机）由压印机构、旋转工作平台、热压印箔输送装置、控制装置组成。适合于平面热压印装饰。

e.热压印工艺条件

ⓐ 热压印温度　即热压印箔粘接层粘接在塑料制品装饰表面的温度，该温度决定于热压印箔热溶胶粘接层的熔融温度。若热压印温度过高，引起热压印箔整饰层变色或损坏；温度过低，热压印箔粘接层熔融不良，装饰层粘接不牢。

ⓑ 热压印压力　热压印压力是指压印箔紧贴塑料制品装饰表面上的压力，保证热压印箔平整地紧贴装饰表面，有利于装饰层粘接牢固。塑料制品装饰表面上的热压印压力一般为0.2～0.3MPa。

ⓒ 热压印时间　热压印时间是指热压印箔贴紧塑料制品装饰表面的时间，该时间关系到热溶胶粘接层的熔融粘接，时间过短粘接不牢。

ⓓ 塑料制品装饰表面预处理　塑料制品装饰表面上的油污、脱模剂等，会影响热压印箔压印层的粘接牢度，因此，热压印前制品装饰表面需要酒精、四氯化碳等溶剂擦拭。