中性笔设计报告
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1、中性笔设计目录 1 防滑圈 . 41.1选材 . 4 1.2加工 . 62 胶垫 . 7 2.1选材 . 72.2加工方法 . 7 3 笔芯 .7 3.1选材 . 73.2加工方法 . 83.3其他部分 . 113.4组装方式 . 124 笔杆与笔帽 . 124.1材料选择 . 124.2配方设计 . 144.3加工成型过程 . 144.4模具设计要点 . 175 外包装设计 . 175.1材料选择 . 175.2配方设计 . 185.3加工成型过程 .
2、 196 成本计算 . 257 结语 . 19参考文献 . 22 致谢 . 231 防滑圈1.1选材1.1.1树脂为了提高中性笔的握持手感，在中性笔杆上手持的位置包覆一层弹性材料，既美观又实用。这种弹性材料被要求有如下性质：1、常温下保持橡胶态（具有一定的高弹性）；2、有一定的耐腐蚀性（考虑到握持时出汗对橡胶性能的影响）同时，考虑到加工难易程度与回收利用的难易程度，我们决定选用热塑性弹性材料。现在市面上用作中性笔防滑胶圈比较成熟的材料是SBS树脂。由于苯乙烯相中有物理交联点，SBS树脂在常温下具有橡胶的弹性，而高温的时候又能熔融流动。因此，SBS可以作为制作防滑胶
3、圈的材料。SBS树脂有线型与星型两种不同的结构，同时根据丁二烯和苯乙烯质量比的不同以及是否充油都对树脂的性能有影响。相比于线型SBS树脂，星型SBS相对分子量高，物理交联密度大，耐热性更好弹性模量更好。在此我们选择星型SBS树脂。充油可以提高SBS的流动性，耐曲挠性，增加回弹性，但是会使硬度，抗张强度和耐磨性下降。往往根据材料所需的性能灵活的选择是否填充油品。 图一、SBS样品基本特征 图二、SBS样品性能对比由于中性笔使用环境较为单一，对物理性能并无特别的要求，处于提高加工性能的因素，我们选择充油星型SBS树脂为原料。我们最后选择使用巴陵石化生产的YH-805 SBS挤出级树脂。（16800
4、元/吨）1.1.2 添加剂填充剂：有机填充剂通用级聚苯乙烯，对SBS的性能有如下影响（SBS为100份）图三、PS对SBS性能的影响如图可知，随着PS的增加，张强度变化不明显，拉断伸长率下降,硬度有明显变化。可以通过加入PS来调节SBS树脂的硬度，在产品体验上对手感有影响。无机填充剂为了降低成本，增加尺寸稳定性，可以加入无机填充剂，常用的有二氧化硅或者碳酸钙。处于价格上的考量，我们选择较为便宜的轻质碳酸钙。碳酸钙对SBS性能的影响如下图图四、碳酸钙对SBS性能的影响防老剂由于SBS树脂中含有较多的双键，在加工与使用时容易被氧化降解，因此需要添加防老剂。常用的有抗氧剂264、1076、168等。
5、（由于防滑胶圈并不需要透明，可以不加入紫外线吸收剂）隔离剂（脱模剂）由于SBS是良好的热熔型粘合剂，为了方式加工时与模具粘连，需要加入一定的隔离剂，常用的有硬脂酸或硬脂酸盐，用量一般为0.20.3%。染色剂避免可熔性染色剂，橡胶和塑料常用的染色剂都能满足需求。1.1.3配方材料份数YH-805 SBS100聚苯乙烯20碳酸钙30抗氧剂 10760.10.5硬脂酸0.20.31.2加工1.2.1工艺选择：注塑成型混合加热塑化合模注射保压冷却脱模1.2.2具体操作混合：有干法混合，挤出混合与蜜炼混合三种形式，在此推荐使用高强度捏合机和双螺杆挤出机联用的方法连续挤出。在此要注意高强度捏合机搅拌时间不
6、能过长，避免SBS熔化造成物料粘连。双螺杆挤出机各段温度如下加料段190 210 熔融段170 200 均化段160 180 机头及口模130 150 上述温度需在实际操作中受SBS流动性，添加剂与螺杆种类不同的影响，应当按具体情况调节。加热塑化：可以使用普通的塑料注射机即往复式螺杆注射机。将混合后的SBS颗粒通过料斗送入注射机中，经加热熔化呈现流动态。注塑成型：当熔化够12h的用量，经螺杆的推动下，通过喷嘴迅速的充满模具。在这个过程中要注意控制温度避免过热降解或者过低导致充模不满。具体控制参数如下螺杆进料段130150 中间段150170 喷嘴160180 注射压力2.03.0MPa注射时间
7、35s保压时间13s脱模温度1060保压时间视冷却方法决定2 胶垫2.1 选材：硅橡胶2.2 加工方法图五、硅胶的生产方法制作笔盖中的胶垫，我们选择在老化时将硅胶注入符合形状的模具即可制得符合要求的硅胶胶垫。3 笔芯3.1 选材3.1.1树脂由于笔芯使用环境极其简单，对于力学性能与热稳定性并无特殊的要求。从方便使用者观察剩余墨量，笔芯应当透明且在使用过程中不易老化变色。同时处于对成本的控制，我们决定选择聚丙烯作为笔芯的材料。PP中光学性能最好的是茂金属催化的无规共聚聚丙烯，但是这种聚丙烯的产量很少、价格较贵，我们选择普通的无规共聚聚丙烯加入成核剂的方法来达到我们所需要的性能。3.1.2 成核剂
8、PP的结晶机理有均相成核和异相成核两种，通过加入成核剂可以使PP原有的均相成核变成异相成核，增加晶核数目从而使微晶数量增多，从而使晶体尺寸变细，提高其透光率，增加折光指数。在此我们选择美国Miliken公司生产的Milad 3988(3 , 4-二甲基二亚节基山梨醇)，成核剂用量为0.2-0.4/100份PP。3.1.3 稳定剂虽然对笔芯的力学性能没有特别要求，但是为了防止聚丙烯变性或者降解带来的使用过程中的不良影响，在此我们选择加入抗氧化剂和紫外光吸收剂。抗氧化剂和紫外光吸收剂可以确保产品在使用过程中降解老化减慢甚至停滞，延长使用时间。聚丙烯最敏感的紫外光波长为310微米，因此我们选择紫外光
9、吸收剂的时候应当选择在这个波长吸收较好的。3.1.4 配方成分及牌号供应商价格配方无规PPM800e上海天源化工有限公司9300块/吨100成核剂3998美利肯化学公司13元KG0.3抗氧化剂1010东莞市常平昱信塑化经营部35元/KG0.5紫外光吸收剂UV 310天津中信凯泰化工有限公司 110元/KG0.153.2 加工3.2.1 工艺选择：挤出成型由于笔芯为结构简单的管材，且用量大，对精度要求不高，因此选用生产效率高，设备简单，成本低廉的挤出成型。混合加热塑化口模挤出牵引拉伸冷却切割3.2.2 具体操作原料准备PP对水不敏感且不易吸水，一般情况下不需要进行干燥处理。
10、为了使助剂和PP更好地混合，我们采用混合效率较高的高速混合机对原料进行混合，投入各物料助剂大概混合8-10min即得到充分混合的原料。下面是常见的高速混合机的示意图。图六、高速混合机加热塑化使用单螺杆挤出机，我们选择使用SJ55/28单螺杆塑料挤出机，下面是该型号挤出机的市售产品参数:适用原料：PP类别：管材挤出机螺杆数：单螺杆作用类型：连续挤出自动化：非自动化定位精度：0.01mm型号：SJ55/28电动机功率：22kw商标：飞鸽友联/Faygo最大挤出直径：50mm产量：60kg/H螺杆直径：55mm设备各部分参数：（此处为参考）螺杆：材质38CrMoAIA渗氮处理直径55mm长径比28：
11、1形式PP专用材质38CrMoAIA渗氮处理形式进料段配F推进槽产能棉签棒15万支小时饮料吸管7万支小时笔芯5万支小时糖果棒6万支/小时原料品种PP，PE，PS 料筒：挤出机各段温度：加料段150-160熔融段170-180均化段200-220口模挤出口模：这里我们选用直通式口模结构，通过机头将熔体均匀而平稳地导入口模，通过芯模和口模来确定管材形状和内外径。下面是设计中的细节部分：A管材的口模结构图七、直通式机头1-机头法兰；2-机头连接圈；3-分流器及其支架；4-压缩空气；5-机头体；6-调节螺栓；7-口模；8-口模压圈；9-芯模；10-电热圈本品的尺寸为，外径（直径,后同）：0.5cm 内
