摘要：讲解这些结构差异对塑料性能的影响，如强度、韧性等。例如，某批次再生 HiPS 塑料因回收来源复杂，分子链断裂较多，导致其韧性明显下降，在后续成型过程中容易出现开裂现象，影响了冰箱内胆的质量和成品率。经测试，该再生 HiPS 塑料的断裂伸长率相比原生材料降低了约
《再生 HiPS 塑料挤出吸塑成型冰箱内胆生产工艺培训教案》
尊重原创 作者 王利民
一、培训目标
1. 让员工了解再生 HiPS 塑料的基本物理特性。
2. 掌握挤出吸塑成型工艺的物理原理。
3. 能够正确操作设备进行冰箱内胆的生产，确保产品质量。
二、培训对象
从事冰箱内胆生产的工厂员工
三、培训地点
工厂培训室及生产车间现场
四、培训准备
1. 再生 HiPS 塑料样品、冰箱内胆成品及次品样本。
2. 挤出吸塑成型设备模型或示意图。
3. 多媒体设备，用于播放相关视频和展示 PPT。
五、培训方法
1. 理论讲授：讲解相关物理知识和工艺原理。
2. 实物演示：通过样品和设备模型展示。
3. 实践操作：在车间进行实地操作指导。
六、培训内容
（一）再生 HiPS 塑料的物理特性（30 分钟）
1. 介绍 HiPS 塑料（聚苯乙烯）的分子结构，其为苯乙烯单体聚合而成的长链状结构，这种结构决定了它的一些基本性能。
- 通过示意图展示分子结构，对比再生 HiPS 与原生 HiPS 分子结构可能存在的差异，如可能存在的链长变化、支链情况等。
- 讲解这些结构差异对塑料性能的影响，如强度、韧性等。例如，某批次再生 HiPS 塑料因回收来源复杂，分子链断裂较多，导致其韧性明显下降，在后续成型过程中容易出现开裂现象，影响了冰箱内胆的质量和成品率。经测试，该再生 HiPS 塑料的断裂伸长率相比原生材料降低了约 30%，从原本的 20%左右降至 14%左右。
2. 物理性能指标
- 密度：讲解再生 HiPS 塑料的密度范围，一般在 1.04 - 1.06g/cm³之间，说明密度对产品质量和成本的影响，例如密度过大可能增加成本且影响产品轻量化设计，密度过小可能导致强度不足。曾有工厂为降低成本使用了密度为 1.03g/cm³的再生 HiPS 塑料，结果生产出的冰箱内胆在搬运和安装过程中容易出现变形损坏。
- 硬度：介绍硬度测试方法（如邵氏硬度计）及再生 HiPS 塑料的常见硬度范围，一般在 65 - 85 邵氏 D 之间，解释硬度与冰箱内胆使用过程中的耐磨性、抗划伤性的关系，例如硬度不够在冰箱使用过程中容易被内部物品刮花。在实际生产中，若再生 HiPS 塑料硬度为 60 邵氏 D，制成的冰箱内胆在运输过程中与其他部件相互摩擦，表面就会出现明显划痕，影响产品外观。
- 热性能：包括玻璃化转变温度（Tg），一般在 100℃左右，讲解当温度接近或超过 Tg 时，塑料的物理状态变化，从硬而脆的玻璃态向高弹态转变，这对冰箱内胆在不同环境温度下的性能有重要影响，如在高温环境下可能出现变软变形等问题，所以生产和使用过程中要控制温度范围。有一次在夏季高温仓库存储时，仓库温度达到 95℃，接近再生 HiPS 塑料的 Tg，部分冰箱内胆出现变软现象，导致无法正常安装使用。
（二）挤出吸塑成型工艺原理（60 分钟）
1. 挤出过程原理（30 分钟）
- 物料输送：讲解再生 HiPS 塑料颗粒在料斗中依靠重力进入螺杆挤出机，螺杆的旋转起到输送物料的作用，就像螺旋输送机一样，将物料向前推进。
- 熔融塑化：通过螺杆的剪切作用和外加热源（加热圈），使塑料颗粒逐渐熔融成均匀的熔体。从物理角度解释，这是因为塑料在吸收热量后，分子热运动加剧，分子间作用力减弱，从固态转变为液态，展示温度 - 粘度曲线，说明在不同温度下塑料熔体粘度的变化，强调合适的温度控制对熔体均匀性和流动性的重要性，例如温度过高可能导致塑料降解，温度过低则塑化不均匀影响产品质量。曾经有生产线因加热圈故障，局部温度过低，使得塑料塑化不完全，挤出的片材出现硬块，最终导致冰箱内胆成型后表面有凸起缺陷。正常生产时，料筒前段温度应设置在 180 - 200℃，中段温度在 200 - 220℃，后段温度在 220 - 240℃。
- 熔体挤出：在螺杆的推动下，塑化好的熔体通过具有特定形状的口模挤出，形成具有一定截面形状的连续型材，此时要考虑熔体的流变性能，遵循幂律方程等流变学规律，根据口模形状和尺寸以及所需的挤出速度来确定合适的螺杆转速、温度等工艺参数，例如口模尺寸越小，在相同流量下挤出压力越大。某厂在更换新的、尺寸更小的口模时，未相应调整螺杆转速和温度，结果导致挤出压力过大，出现熔体破裂现象，影响了片材质量。当使用常规尺寸口模时，螺杆转速一般控制在 30 - 50rpm。
2. 吸塑成型过程原理（30 分钟）
- 片材成型：挤出的片材在牵引装置作用下进入吸塑成型工位，首先要经过冷却定型，从物理原理上是使熔体的温度降低到玻璃化转变温度以下，分子运动减缓，从而固定片材的形状和尺寸，讲解冷却方式（如风冷、水冷）及其对片材性能的影响，例如水冷速度快但可能导致片材内应力大。例如在采用水冷方式时，如果冷却速度过快且不均匀，生产出的冰箱内胆在后续使用中容易出现应力开裂现象，尤其是在低温环境下更为明显。水冷时，水温一般控制在 15 - 25℃。
- 吸塑成型：将冷却后的片材置于模具上方，通过真空泵抽气，使片材与模具之间形成负压，在压差作用下片材贴合模具型腔，从物理上分析这是利用了大气压力，片材在压力差推动下发生塑性变形，讲解模具型腔设计对吸塑成型效果的影响，如型腔的深度、圆角半径等几何参数会影响片材的拉伸程度和厚度分布，例如型腔深度过大可能导致片材局部拉伸过度出现变薄甚至破裂。有一款新型冰箱内胆设计，其模具型腔深度较深，在试生产时，由于未对吸塑工艺参数进行优化，导致片材拉伸过度，内胆局部厚度过薄，影响了产品的强度和密封性。一般情况下，型腔深度与片材厚度之比应控制在 3 - 5 之间。
（三）设备操作与工艺参数设置（90 分钟）
1. 挤出机操作（30 分钟）
- 开机前准备：检查设备各部件连接是否牢固，如螺杆、料斗、加热圈等；清理设备内部残留物料，防止杂质混入影响产品质量；检查温度控制系统、动力系统（电机）等是否正常工作，讲解各部件正常工作的物理标志，例如加热圈正常工作时温度显示稳定上升，电机运转平稳无异样声音。
- 开机操作：按照正确顺序开启设备，先启动加热系统，设置各段温度（如料筒前段、中段、后段温度分别设置为 190℃、210℃、230℃），在加热过程中密切关注温度变化，当温度达到设定值后，开启螺杆电机，从低速开始逐步调整到合适的转速（如 35 - 45rpm），讲解转速调整依据的物理原理，即螺杆转速影响物料的输送量和剪切作用，进而影响熔体的塑化效果和挤出压力，在启动螺杆电机时要注意观察电流变化，防止过载。如某员工在开机时未按顺序操作，先开启了螺杆电机，导致物料在未充分熔融的情况下被强行挤出，损坏了螺杆和口模。
- 运行监控：在挤出过程中，实时监控温度、压力、螺杆转速等参数，讲解这些参数变化对挤出过程的物理影响，例如挤出压力突然升高可能是由于口模堵塞或者物料中有杂质，要及时采取相应措施，如停机清理口模或者检查物料质量；观察挤出的片材外观质量，如是否有气泡、裂纹、色泽不均等问题，从物理角度分析这些缺陷产生的原因，如气泡可能是由于物料中含有水分或挥发物在挤出过程中形成气体，裂纹可能是由于熔体温度不均匀或者挤出速度过快导致内应力过大。曾经在生产过程中，发现挤出片材有大量气泡，经检查是因为再生 HiPS 塑料在储存过程中受潮，水分含量达到 0.5%，高于正常的 0.2%以下，导致在挤出时形成气泡。
- 关机操作：生产结束后，先停止螺杆电机，然后关闭加热系统，待设备冷却后清理螺杆、料筒等部件残留物料，讲解关机顺序的物理原因，防止物料在高温下停留时间过长导致降解或碳化，影响设备寿命和下次开机生产的产品质量。
2. 吸塑成型机操作（30 分钟）
- 模具安装：选择与冰箱内胆型号匹配的模具，在安装模具时要确保模具安装牢固、定位准确，讲解模具安装精度对吸塑成型产品尺寸精度的影响，从物理上分析如果模具安装有偏差，会导致片材在吸塑过程中受力不均匀，从而使产品尺寸偏差过大甚至无法成型，例如模具上下模之间的间隙不均匀会使片材局部拉伸不一致。在一次模具更换后，由于安装工人疏忽，模具定位出现偏差，导致生产出的冰箱内胆一边大一边小，尺寸偏差达到 5mm，远超正常的±1mm 公差范围，无法正常使用。
- 片材上料：将挤出的片材正确放置在吸塑成型机的送料架上，调整片材位置和张力，使片材能够平稳地进入吸塑工位，讲解片材张力控制的物理原理，张力过大可能导致片材拉伸变形甚至断裂，张力过小则可能使片材在吸塑过程中出现褶皱影响产品外观质量。例如，当片材张力过小时，吸塑成型后的冰箱内胆表面会出现明显褶皱，影响产品美观度，需要重新调整片材张力后再生产。片材张力一般控制在 5 - 10N。
- 吸塑成型参数设置：根据片材厚度、模具型腔深度等因素设置吸塑成型的真空度（如 80 - 100kPa）、吸塑时间（如 15 - 25s）、冷却时间（如 20 - 30s）等参数，讲解这些参数对吸塑成型效果的物理影响，例如真空度越高，片材与模具贴合越紧密，但过高的真空度可能导致片材吸附过快，容易产生局部变薄现象；吸塑时间过长可能使片材过度拉伸，冷却时间过短则片材定型不完全，容易出现回弹变形。某批次生产中，因真空度设置为 110kPa，过高，部分冰箱内胆底部出现局部变薄，厚度低于标准值的 80%，影响了产品的强度和密封性。
- 成型操作与质量检查：启动吸塑成型机，观察片材在吸塑过程中的变形情况，成型后取出产品，检查产品外观质量（如表面平整度、轮廓清晰度、有无划伤等）和尺寸精度（如长、宽、高尺寸是否符合设计要求），对于不合格产品要及时分析原因并调整工艺参数或设备状态，从物理角度分析常见质量问题产生的原因，如表面不平整可能是由于片材厚度不均匀或者模具表面有瑕疵，轮廓不清晰可能是由于真空度不足或者吸塑时间不够。
3. 工艺参数优化（30 分钟）
- 介绍工艺参数优化的目标，即提高产品质量、生产效率和降低成本。
- 以产品质量指标（如内胆厚度均匀性、强度、外观质量等）为依据，通过实验设计（如正交实验法）研究不同工艺参数（如挤出温度、螺杆转速、吸塑真空度、吸塑时间等）之间的交互作用对产品质量的影响，例如采用正交实验设计，选取三个水平的挤出温度（180℃、200℃、220℃）、螺杆转速（30rpm、40rpm、50rpm）、吸塑真空度（80kPa、90kPa、100kPa）进行实验，分析实验结果得到各参数对产品厚度均匀性影响的主次顺序和最佳参数组合，讲解实验数据处理和分析的物理意义，如通过方差分析确定哪些参数对结果有显著影响，从而在实际生产中重点关注和调整这些关键参数。
- 在优化工艺参数过程中，要考虑生产效率和成本因素，例如提高螺杆转速可以提高生产效率，但可能会影响熔体塑化质量，需要综合权衡，找到最佳平衡点，同时还要考虑能源消耗等成本因素，如过高的温度设置会增加加热能耗，通过优化工艺参数使单位产品的能耗降低。
（四）质量控制与问题解决（60 分钟）
1. 质量控制要点（30 分钟）
- 原材料检验：在使用再生 HiPS 塑料前，要对其进行质量检验，包括检查塑料颗粒的外观是否有杂质、色泽是否均匀，检测其物理性能指标（如密度、熔体流动速率等）是否符合要求，讲解不符合要求的原材料对产品质量的影响，例如熔体流动速率过低的塑料在挤出过程中流动性差，容易导致挤出不稳定、产品尺寸偏差等问题。如某批再生 HiPS 塑料熔体流动速率为 3g/10min，远低于标准值的 5 - 8g/10min，在挤出时出现断流现象，严重影响了生产进度和产品质量。
- 过程质量控制：在生产过程中，按照设定的工艺参数和质量标准对每个环节进行监控，如每隔一定时间检查挤出片材的厚度、宽度等尺寸参数，抽检吸塑成型后的产品外观质量和尺寸精度，建立质量控制图表（如 X - R 控制图），对生产过程中的质量数据进行统计分析，及时发现质量波动趋势并采取预防措施，例如当控制图中出现连续多个点超出控制界限或者有异常的趋势变化时，要分析是工艺参数变化、设备故障还是原材料问题等原因导致的，并及时调整。在日常生产中，通过质量控制图表发现某段时间内冰箱内胆的厚度尺寸逐渐偏离标准值，经检查是挤出机螺杆磨损导致挤出量不稳定所致，及时更换螺杆后恢复正常生产。
- 成品检验：对最终生产的冰箱内胆成品进行全面检验，除了外观质量和尺寸精度检查外，还要进行一些功能性检测，如内胆的密封性测试（将内胆置于一定压力的气密检测设备中，观察是否有泄漏现象），从物理原理上解释密封性测试的重要性，因为冰箱内胆如果密封不好会导致制冷效果下降、能耗增加等问题，只有通过所有检验项目的产品才能包装入库。曾有一批冰箱内胆因密封检测不合格，经检查是吸塑成型时模具合模处有 0.2mm 的缝隙，导致产品密封性差，对模具进行修复后解决了问题。
2. 常见问题及解决方法（30 分钟）
- 挤出过程问题
- 挤出不稳定：现象为挤出的片材厚度或宽度波动较大。原因可能是螺杆转速不稳定（如电机故障或传动系统松动）、物料输送不均匀（料斗下料口堵塞或物料中有结块）、温度控制不稳定（加热圈故障或温控系统失灵）等。解决方法是检查电机及传动系统，清理料斗和物料，维修或更换加热圈和温控系统等。例如，某生产线因电机皮带松动，导致螺杆转速不稳定，片材挤出厚度波动在±0.5mm，远超正常的±0.1mm 公差范围，紧固皮带后恢复正常。
- 片材表面有缺陷：如气泡、麻点等。气泡产生原因可能是物料中含有水分或挥发物，在高温下形成气体；麻点可能是由于物料中有杂质或者螺杆磨损导致物料塑化不均匀。解决措施是对物料进行干燥处理，去除水分和挥发物，筛选物料去除杂质，检查并更换磨损的螺杆。有一次因塑料颗粒在运输过程中受潮，水分含量达到 0.8%，挤出片材表面出现大量气泡，对物料进行烘干处理后问题得到解决。
- 吸塑成型过程问题
- 吸塑不完全：表现为片材与模具型腔贴合不紧密，存在局部未贴合区域。原因可能是真空度不足（真空泵故障或管路泄漏）、片材温度过高或过低（冷却或加热系统问题）、模具表面有油污或杂质影响吸附效果等。解决方法是检查真空泵及管路，修复泄漏点，调整片材温度控制装置，清洁模具表面。某厂因真空泵真空管破裂，导致真空度不足，仅为 60kPa，吸塑不完全，更换真空管后恢复正常。
- 产品变形：如脱模后产品出现回弹变形或扭曲变形。回弹变形可能是由于冷却时间不够，片材未完全定型；扭曲变形可能是由于片材在吸塑过程中受力不均匀（如模具安装偏差、片材张力不均等）。解决措施是适当延长冷却时间，检查模具安装精度和片材张力调整装置，确保片材在吸塑过程中受力均匀。例如，一款冰箱内胆脱模后出现回弹变形，原冷却时间为 18s，经延长至 25s 后，变形问题得到改善。
（五）安全与环保（30 分钟）
1. 安全生产
- 设备安全：讲解挤出吸塑成型设备的安全操作规程，如在设备运行过程中禁止伸手触摸螺杆、口模、模具等运动部件，防止机械伤害；在清理设备或进行维护保养时，必须停机并切断电源，挂上警示标志，防止误操作导致设备意外启动；定期检查设备的安全防护装置（如紧急制动按钮、防护门等）是否完好有效，确保设备在安全状态下运行。曾经有员工在设备运行时伸手清理口模附近的物料，结果被螺杆卷入，造成严重伤害，
来源：度半科技圈