第2章塑料精.ppt

第2章塑料第1页，本讲稿共94页第2章 塑 料 塑料具有质量轻、比强度高、耐腐蚀、化学稳定性好；有优良的电绝缘性能、光学性能、减摩、耐磨性能和消声减震性能；又具有良好的可塑性易于成型并且成本低等优点，在工业和日常生活中得到广泛的应用，成为现代世界上不可缺少的材料。作为模具设计人员，了解塑料的基本知识对合理设计塑料制件和塑料模具结构是十分必要的。第2页，本讲稿共94页 作为日常用品，塑料的用途已经广为人知，但由于它们的一些特殊优点，塑料在工业中的应用也已经非常普遍，主要有以下几个方面：1 1、密度小、质量轻、密度小、质量轻 塑料的密度约为0.92.3gcm3，但大多数都在1.01.4gcm3左右，其中聚甲基丁烯的密度最小，大约0.83gcm3，只相当于钢材密度的0.11倍和铝材的0.5倍左右；如果采用发泡工艺生产泡沫塑料，则塑料的密度将会更小，其数值可以小到0.010.5gcm3。第3页，本讲稿共94页2 2、比强度高、比强度高 按单位质量计算的强度称为比强度。由于塑料的密度小，所以其比强度比较高，若按比强度大小来评价材料的使用性能，则一些特殊的塑料品种将会名列前茅。例如，一般钢材的拉伸比强度约160MPa，而用玻璃纤维增强的塑料拉伸比强度可高达170400MPa。第4页，本讲稿共94页 3 3、绝缘性能好、介电损耗低、绝缘性能好、介电损耗低 金属导电是其原子结构中自由电子和离子作用的结果，而塑料原子内部一般都没有自由电子和离子，所以大多数塑料都具有良好的绝缘性能以及很低的介电损耗。因此，塑料是现代电工行业和电器行业不可缺少的原材料，许多电器用的插头、插座、开关、手柄等等，都是用塑料制成的。第5页，本讲稿共94页 4 4、化学稳定性高、化学稳定性高 生产实践和科学试验已经表明，绝大多数塑料的化学稳定性都很高，它们对酸、碱和许多化学药物都具有良好的耐腐蚀能力，其中聚四氟乙烯塑料的化学稳定性最高，它的抗腐蚀能力比黄金还要好，可以承受“王水”（镪酸）的腐蚀，所以称为“塑料王”。由于塑料的化学稳定性高，所以它们在化学工业中应用很广泛，可以用来制作各种管道、密封件和换热器等。第6页，本讲稿共94页 5 5、减摩、耐磨性能好、减摩、耐磨性能好 如果用塑料制作机械零件，并在摩擦磨损的工作条件下应用，那么大多数塑料都具有良好的减摩和耐磨性能，它们可以在水、油或带有腐蚀性的液体中工作，也可以在半干摩擦或者完全干摩擦的条件下工作，这是一般金属零件无法与其相比的。因此，现代工业中已有许多齿轮、轴承和密封圈等机械零件开始采用塑料制造，特别是对塑料配方进行特殊设计后，还可以使用塑料制造自润滑轴承。第7页，本讲稿共94页6 6、减振、隔音性能好、减振、隔音性能好 塑料的减振和隔音性能来自于聚合物大分子的柔韧性和弹性。一般来讲，塑料的柔韧性要比金属大得多，所以当其遭到频繁的机械冲击和振动时，内部将产生粘性内耗，这种内耗可以把塑料从外部吸收进来的机械能量转换成内部热能，从而也就起到了吸振和减振的作用。塑料是现代工业中减振隔音性能极好的材料，不仅可以用于高速运转机械，而且还可以用作汽车中的一些结构零部件（如保险杠和内装饰板等）。据报导，国外一些轿车已经开始采用碳纤维增强塑料制造板簧。第8页，本讲稿共94页 除了上述几点之外，许多塑料还都具有透光和绝热性能，或可以与金属一样进行电镀、着色和焊接，从而使得塑料制品能够具有丰富的色彩和各种各样的结构形式。另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射以及耐瞬时烧蚀等特殊性能。第9页，本讲稿共94页 塑料虽然具有以上诸多优点和广泛用途，但它们还有一些比较严重的缺陷至今未能克服（如不耐热、容易在阳光、大气、压力和某些介质作用下老化等等）。这些缺陷的存在，严重地影响了塑料应用范围进一步扩大，使得塑料制品在许多领域还不能从根本上取代金属制品。从精度方面讲，塑料制品的使用范围也受到一定限制。换句话说就是，如果采用成型加工的方法生产塑料制品，要达到某一精度所遇到的加工难度要比金属制品成形时来得大。因此，在目前的塑料成型加工行业中，塑料制品的精度（即公差等级）有其自己单独的标准，一般都不套用金属制品的精度。第10页，本讲稿共94页 塑料模具设计及制造塑料模具制造塑料模具制造塑料产品设计塑料产品设计塑料模具设计塑料模具设计塑料产品塑料产品相互影响相互影响相互关联相互关联模塑成型工艺设计模塑成型工艺设计 工艺是模具设计的依据工艺是模具设计的依据 制造是模具设计的保证制造是模具设计的保证塑料产品生产流程塑料产品生产流程-本课程研究的内容：本课程研究的内容：第11页，本讲稿共94页nCH2CH2CHCH2 2CHCH2 2n n 乙烯乙烯聚乙烯聚乙烯链节链节链节链节：聚合物中重复出现的结构单元，如聚乙烯的结构单元聚合物中重复出现的结构单元，如聚乙烯的结构单元是是CHCH2 2CHCH2 2。分子链分子链分子链分子链：由许多链节构成的一个很长的聚合物分子。由许多链节构成的一个很长的聚合物分子。单体单体单体单体：能合成聚合物的小分子物质，如聚乙烯的单体是能合成聚合物的小分子物质，如聚乙烯的单体是CHCH2 2=CH=CH2 2。聚合度聚合度聚合度聚合度：聚合物分子结构中的聚合物分子结构中的n n n n值表示聚合物中链节的重复值表示聚合物中链节的重复次数，次数，n n值越大，相对分子质量越大。值越大，相对分子质量越大。2 2、1 1 聚合物的分子结构和物理状态聚合物的分子结构和物理状态2、1、1 聚合物的聚合物的分子结构 例：第12页，本讲稿共94页树脂和塑料 以树脂树脂树脂树脂（或在加工过程中用单体直接聚合）为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂为辅助成分，在加工过程中一定温度和压力的作用下能流动成型的高分子有机材料。塑料塑料塑料塑料第13页，本讲稿共94页 指受热时受热时通常有转化或熔融范围，转化时转化时受外力作用具有流动性，常温下常温下呈固态或半固态或液态的有机聚合物，它是塑料最基本的，也是最重要的成分。树脂树脂树脂树脂第14页，本讲稿共94页 塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，也称为高分子聚合物，简称高聚物。所谓高分子是原子数很多、相对分子量几万至上千万、分子很长的巨型分子。是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物质，如松香、琥珀、虫胶等。是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂产物。天然树脂天然树脂天然树脂天然树脂合成树脂合成树脂合成树脂合成树脂第15页，本讲稿共94页 在实际生产中所用的树脂都是合成树脂。合成树脂是人们按照天然树脂的分子结构和特性，用人工方法合成制造的。有些合成树脂可以直接作为塑料使用，如聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、尼龙(PA,也称聚酰胺)等；但有些合成树脂必须在其中加入一些助剂，才能作为塑料使用，如酚醛树脂(PF)、氨基树脂、聚氯乙烯(PVC)等。第16页，本讲稿共94页 聚合物虽然是塑料中的主要成分，但是单纯的聚合物性能往往不能满足成型生产中的工艺要求和成型后的使用要求，欲要克服这一缺陷，必须在聚合物中添加一定数量的助剂，并通过这些助剂来改善聚合物的性能。例如，添加增塑剂可以改善聚合物的流动性能和成型性能等等。因此，可以认为塑料是一种由聚合物和某些助剂结合而成的高分子化合物。第17页，本讲稿共94页聚合物的分类:1）聚合物大分子基本上都属于长链状结构，按结构不同可分为:线型聚合物:聚合物的分子链呈不规则的线状（或团状），聚合物是一根根的分子链组成的。带有支链的线型聚合物:还有一些大分子链上带有一些或长或短的小支链，整个分子链呈枝状。体型聚合物:在大分子链之间还有一些短链把它们相互交联起来，成为立体网状结构。c)体型聚合物b)带有支链的线型聚合物a)线型聚合物第18页，本讲稿共94页聚合物分子结构的特点：聚合物分子结构的特点：长链分子分子长链具有柔性高分子链间一旦有交联结构存在将不溶不熔高聚物存在晶态和非晶态两种具有取向性 第19页，本讲稿共94页 2）按分子结构及热性能不同分为：a)热塑性塑料（PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PVC（聚氯乙烯）、PS（聚苯乙烯）、ABS（丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、POM（聚甲醛）、PC（聚碳酸酯）等）b)热固性塑料（酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、有机硅塑料等）第20页，本讲稿共94页 如果聚合物分子链之间无化学键产生，加热时软化流动，冷却时变硬，而且这种过程是可逆的，可以反复成型，习惯上称这种塑料为热塑性塑料。热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构，成型前后都具有弹性和塑性，在适当的溶剂中可溶胀或溶解。有些聚合物第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生交联反应固化而变硬，这种变化是不可逆的，此后，再次加热时已不能再变软流动了，这种聚合物称为热固性塑料。热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为立体的网状结构，不仅不能再熔融，在溶剂中也不能溶解。第21页，本讲稿共94页 3）聚合物的结构按照分子排列的几何特征，可分：a)结晶型聚合物 b)无定型聚合物 注：结晶只发生在线型聚合物-即热塑性塑料中及含交联不多的体型聚合物中。聚合物由于分子特别大且分子间力也较大，容易聚集为液态或固态，而不形成气态。体型聚合物由于分子链间存在大量交联，分子链难以有序排列，所以都具有无定型结构。第22页，本讲稿共94页2、1、2 聚合物的物理状态 聚合物在不同条件下表现出的分子热运动特征称为聚合物的物理状态。聚合物的物理状态和温度密切相关，温度变化时，聚合物的受力行为发生变化，呈现出不同的物理状态。线型无定型聚合物明显存在三种物理状态：玻璃态、粘流态和高弹态。第23页，本讲稿共94页 聚合物的热力学曲线（受恒定压力时的变形程度与温度的关系曲线受恒定压力时的变形程度与温度的关系曲线）1线型无定形聚合物；2线型结晶聚合物脆化温度玻璃化温度粘流温度热分解温度/熔点温度变形程度第24页，本讲稿共94页 玻璃化温度Tg是聚合物从玻璃态转变为高弹态（或高弹态转变为玻璃态）的临界温度，也是塑件的最高使用温度。当聚合物处于玻璃态时，强度、刚度等力学性能较好，可作为结构材料使用，但使用温度不能太低。当温度低于脆化温度Tb时，物理性能将发生变化。在很小的外力作用下就会发生断裂，使塑料失去使用价值。因此脆化温度是塑料使用的下限温度。Tf称为粘流温度，是聚合物从高弹态转变为粘流态（或粘流态转变为高弹态）的临界温度。在玻璃化温度和粘流温度之间即为高弹态，聚合物处于高弹态时，在外力作用下会产生很大的弹性变形（可达100%-1000%），此时的高聚物具有橡胶的特性。第25页，本讲稿共94页 当温度高于粘流态温度，高聚物呈液体熔体，在外力作用下会产生变形量很大的粘性流动，塑料的成型加工就是在此温度范围内进行的。当温度高于热分解温度（Td）时，塑料会降解或气化分解，因此热分解温度是塑料的最高成型温度。线型结晶聚合物与无定型聚合物相似，不同的是与Tf对应的温度叫做熔点或结晶温度Tm，是其熔融或凝固的临界温度。另外它通常不存在高弹态，使用温度范围可扩大到结晶温度。热固性塑料一般随温度发生的力学状态变化很小，通常不存在粘流态，即遇热不熔，高温则分解。第26页，本讲稿共94页2、2 聚合物在成型过程中的物理化学变化2、2、1 聚合物的结晶 聚合物由非晶态转变为晶态的过程就是结晶过程，此过程是物理变化。聚合物在从高温熔体向低温固态转变的过程中，若其分子链构型（结构形态）能够得到规整排列，则该聚合物为结晶聚合物。（如：PE、PTFE、POM等）聚合物在成型时能否形成晶形结构与它的分子结构和成型时的冷却速率有很大关系。一般来说只有那些具有高度规整结构的线型或带轻微支链结构的热塑性塑料才能结晶，热固性塑料由于具有三维网状结构，根本不可能结晶。具有结晶倾向的聚合物，在成型时冷却速率快（例如当模温较低时），所得到的制品结晶度低、晶粒小，制品硬度低、韧性好，收缩率也较小；冷却速率慢时（当模温较高时）则正好相反。第27页，本讲稿共94页影响结晶的因素:温度温度 压力和切应力压力和切应力 增大压力可使聚合物在高于正常情况下的熔化温度发生结晶；切应力可导致微晶生成，产生均匀的微晶结构。分子结构分子结构 聚合物分子结构越简单、越规整，结晶越快，结晶度越高，同一种聚合物的最大结晶速率随相对分子质量的增大而减小。添加剂添加剂第28页，本讲稿共94页结晶对塑件性能的影响:密度密度 密度随结晶度的增大而提高。力学性能力学性能 抗拉强度随结晶度的增大而提高；冲击韧性将下降；弹性模量将减小。热性能热性能 结晶有助于提高聚合物的软化温度和热变形温度。翘曲翘曲 结晶程度越高，体积收缩越大，因此结晶态塑件比非结晶态塑件更容易因收缩不均而发生翘曲。表面粗糙度和透明度表面粗糙度和透明度 结晶后，塑件表面粗糙度将降低，而透明度会减小或丧失。第29页，本讲稿共94页结晶型结晶型塑料有：PE、PP、PTFE、POM、PA、CPT等。非结晶型非结晶型塑料有：PS、PMMA、PC、ABS、等。一般来说，结晶型塑料是不透明的或半透明的，非结晶型塑料是透明的。特例：聚特例：聚4-4-甲基戊烯甲基戊烯-1-1为结晶型塑为结晶型塑料，却高度透明性；料，却高度透明性；ABSABS为非结晶型塑料却为非结晶型塑料却不透明。不透明。第30页，本讲稿共94页成型结晶塑料时应注意下列问题 料温上升到成型温度所需的热量多，要用塑化能力大的设备；冷凝时放出热量大，要充分冷却；熔态与固态的比重差大，成型收缩大，易发生缩孔、气孔；各向异性显著，内应力大；结晶熔点范围窄，易发生未熔粉末注入模具或堵塞浇口。第31页，本讲稿共94页 结晶型塑料结晶型塑料结晶型塑料结晶型塑料在模具设计及选择注塑机时的要求及注意事项:冷凝时放出热量大，要充分冷却。料温上升到成形温度所需的热量多，要用塑化能力大的设备。第32页，本讲稿共94页2、2、2聚合物的取向作用 聚合物中存在的细而长的纤维状填料（如木粉、短玻璃纤维等）和聚合物分子，在聚合物成型过程中（即在充填型腔的流动过程中），由于受剪切力和拉伸力的作用，很大程度上都会顺着流动的方向作平行的排列，这种排列称为取向作用。取向也会对制品带来不利影响，会使制品在工作过程中由于解取向的进行而改变尺寸，产生变形甚至产生裂纹等。因此，在制品成型后，应预先进行必要的处理，创造出使已取向分子解取向的必要条件，避免“冻结”在制品中的分子链取向在制品工作中带来上述弊病。第33页，本讲稿共94页取向的分类：按应力性质不同分 拉伸取向拉伸取向由拉应力引起，取向方向与拉伸方向一致 流动取向流动取向在切应力作用下沿着熔体流动方向形成的 按流动性质不同，取向结构可分为 单轴取向单轴取向取向结构单元均沿着一个流动方向有序排列 多轴取向多轴取向结构单元可沿两个或两个以上流动方向有序排列 第34页，本讲稿共94页取向对塑件性能的影响：取向对塑件力学性能的影响 对单轴取向而言，取向后在取向平行方向的抗拉强度大为增强，而与取向垂直方向的抗拉强度则有所减弱；而双轴取向的薄片或薄膜在平面的任何方向上均有较高的抗拉强度、断裂伸长率和冲击韧度，抗撕裂能力也有所提高。取向使塑件具有各向异性（在光、热、电等方面）如果这些取向单元继续存在于塑件中，则塑件就会出现各向异性。在塑料制品生产过程中，常常利用取向来改善制品某个方向的力学性能。第35页，本讲稿共94页 取向对其它性能的影响 聚合物的玻璃化温度随取向程度的提高而上升；取向程度越大，回缩或热收缩越大。综上所述，聚合物的取向对塑件的性能影响很大。在塑料成型生产中，可以利用聚合物的取向来提高塑件的性能，例如吹塑薄膜就是利用聚合物双轴取向原理来提高其性能的，但并不是说聚合物取向对塑件性能均有益处，在生产厚度较大的塑件时，就应力图消除取向现象，使塑件不致发生翘曲变形或裂纹，从而保证塑件质量。第36页，本讲稿共94页1未取向区 2高度取向区3中等取向区4轻度取向区 聚合物熔体从浇口流入模腔时，熔体处于充模的初期阶聚合物熔体从浇口流入模腔时，熔体处于充模的初期阶段，料流呈辐射状，所以形成段，料流呈辐射状，所以形成平面取向平面取向平面取向平面取向结构。熔体与型腔表结构。熔体与型腔表壁接触后，开始实现充模过程，在这个过程中，先与型腔表壁接触后，开始实现充模过程，在这个过程中，先与型腔表壁接触熔体迅速冷却，形成一个壁接触熔体迅速冷却，形成一个来不及取向来不及取向来不及取向来不及取向的薄壳，以后的熔的薄壳，以后的熔体将在薄壳内流动。由于薄壳对熔体的摩擦作用，其附近的熔体体将在薄壳内流动。由于薄壳对熔体的摩擦作用，其附近的熔体流动阻力很大，熔体内会产生很大的切应力，所以大分子能在此流动阻力很大，熔体内会产生很大的切应力，所以大分子能在此处处高度取向高度取向高度取向高度取向。与此同时，熔体中部所受摩擦最小，切应力也不。与此同时，熔体中部所受摩擦最小，切应力也不太大，所以大分子一般只能太大，所以大分子一般只能轻度取向轻度取向轻度取向轻度取向。而在中部熔体与薄壳附。而在中部熔体与薄壳附近熔体之间的过渡区中，大分子近熔体之间的过渡区中，大分子取向程度中等取向程度中等取向程度中等取向程度中等。第37页，本讲稿共94页2、2、3聚合物的交联 聚合物在加工过程中，分子由线型或带有支链的线型结构形成体型结构的化学反应称为交联反应。在成型工业中，交联一词常用硬化、熟化等词代替。所谓“硬化的好”或“硬化的完全”是指交联作用发展到一种最为适宜的程度，制品的物理、力学性能等达到最佳的境界。硬化程度大于100%的为过熟，反之则为欠熟。过度硬化或过熟的塑件，在性能上会出现很多的缺陷，例如机械强度不高、发脆、变色、表面出现密集的小泡等等。第38页，本讲稿共94页 硬化不足时，分子结合的不够强，对塑件的性能也带来影响，例如机械强度、耐热性、耐化学腐蚀性、电绝缘性等的下降；热膨胀、内应力、受力时的蠕变量等会增加；塑件容易发生翘曲变形；有时还可能使塑件产生裂纹。过度硬化时，塑件机械强度不高、变色、发脆，表面有时会出现密集的小泡；可使塑件产生焦化和裂解现象。必须指出，过熟和欠熟的现象有时会发生在同一塑件上。出现的主要原因可能是成型温度过高、动定模的温度不同、塑件过大或过厚等。交联反应只发生在热固性塑料中。第39页，本讲稿共94页2、2、4聚合物的降解 聚合物在热、氧、水、光、超声波和核辐射等作用下往往会发生降解的化学过程，从而使其性能劣化。所谓降解通常是指聚合物的相对分子质量降低的现象，有时也称裂解。即由于聚合物大分子受热和应力的作用，或由于在高温下受微量水分、酸、碱等杂质及空气中氧的作用，聚合物会发生相对分子量降低或大分子结构改变等化学变化，这种现象叫降解或裂解。第40页，本讲稿共94页加工过程中减少和避免聚合物降解的措施：加工过程中减少和避免聚合物降解的措施：1)严禁控制原材料的技术指标和使用合格的原材料严禁控制原材料的技术指标和使用合格的原材料;2)使用前对聚合物进行严格的干燥使用前对聚合物进行严格的干燥;3)确定合理的加工工艺和加工条件确定合理的加工工艺和加工条件;4)使用附加剂使用附加剂(抗氧化剂、稳定剂抗氧化剂、稳定剂)。对成型来说，在正常操作的情况下，热降解是主要的。在加工过程中大多数情况下都应设法减少和避免聚合物降解。第41页，本讲稿共94页注：聚合物降解通常是有害的，但也有例外，如通过机械降解（辊压）作用使聚合物之间或两种聚合物之间进行接枝，以改良聚合物性能并扩大其应用范围就是一例。第42页，本讲稿共94页2、3 塑料的组成及分类2、3、1 塑料的组成 塑料通常由合成树脂加助剂组成。树脂和助剂按不同比例配制，就可以获得不同性能的塑料。即：塑料=合成树脂助剂 合成树脂占40%100%，受热软化后可将塑料的其它组分加以粘合，并决定塑料的类型和基本性能，赋予塑料可塑性和流动性。助剂或添加剂包括填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂和固化剂等。重要的但非必不可少的成分，可以减少树脂用量，降低塑料成本；改善塑料某些性能，扩大塑料的应用范围。第43页，本讲稿共94页 树脂的一个分子中可以包含数百、数千、数万甚至数十万个链节，因此树脂的相对分子质量（即分子量）可以是数万、数十万到数百万。因此，树脂的相对分子质量总是用平均值来表示。平均相对分子质量愈大，力学性能愈好，流动性愈差。第44页，本讲稿共94页 并非所有塑料配料中都必须加入上述各种助剂，而是根据塑料的预定用途和树脂的基本性能有选择地加入某些助剂，也有不加助剂以纯树脂形式使用的塑料。A、树 脂：树脂在塑料中的比例一般为40%-100%，主要作用是联系或粘合 塑料中的其他一切成分，并决定塑料的类型和基本性能（如热 塑性或热固性、机械、物理、电、化学性能等）。B、填充剂：又称填料，主要作用是增量和改性。如用玻璃纤维作为塑料的 填充剂，能使塑料的机械强度大幅度提高；另外有的填充剂能 使塑料具有导电性、导磁性、导热性等特性。因而正确地选择 填充剂，可以改善塑料的性能和扩大它的使用范围。第45页，本讲稿共94页填充剂分类：填充剂分类：填充剂分类：填充剂分类：按化学性能可分为有机填料无机填料按形状可分为：粉状（木粉、纸浆、滑石粉、云母粉、石棉粉等木粉、纸浆、滑石粉、云母粉、石棉粉等）纤维状（棉花、亚麻、玻璃纤维、碳纤维等棉花、亚麻、玻璃纤维、碳纤维等）层状（片状）（纸张、棉布、麻布、玻璃布等纸张、棉布、麻布、玻璃布等）第46页，本讲稿共94页C、增塑剂：有些树脂的可塑性很低，柔韧性也很差。为了 改善其成型加工性能，改进塑料的柔性、弹性 以及其他各种必要的性能，通常加入能与树脂 相溶的不易挥发的高沸点的有机化合物，这种 物质称为增塑剂。常用的增塑剂是液态或低熔点固体有机物。主 要有甲酸脂类甲酸脂类、磷酸酯类磷酸酯类和氯化石蜡氯化石蜡等。提高可塑性、流动性和柔软性；降低刚性和脆性；改善塑料的工艺性能和使用性能。增塑剂作用：作用：作用：作用：例如：硝化纤维素若无增塑剂，则既不能进行成型加工又无实用价值；硝例如：硝化纤维素若无增塑剂，则既不能进行成型加工又无实用价值；硝 酸纤维、醋酸纤维、酸纤维、醋酸纤维、PVC等也必须加入增塑剂。等也必须加入增塑剂。第47页，本讲稿共94页D、着色剂：（0.010.02%0.010.02%）又称色料，主要是起美观和装 饰作用，有的着色剂还具有防止老化，提高塑 料的稳定性等作用。常用的着色剂有有机颜料、无机颜料和染料等。无机颜料无机颜料：着色能力、透明性、鲜艳性较差，但耐光型、耐热性、化学稳定性较好，不易褪色。染料染料：色彩鲜艳、颜色齐全，着色能力、透明性好。性能与无机颜料相反。分类及特点：分类及特点：有机颜料有机颜料的特性介于无机颜料和染料之间。在塑料工业中着色剂多采用颜料。颜料。第48页，本讲稿共94页E、稳定剂：凡能阻碍塑料变质的物质称为稳定剂，分为光 稳定剂、热稳定剂、抗氧剂等。常用的稳定剂 有硬脂酸盐、铅的化合物及环氧化合物等。凡能阻缓材料变质的物质称为稳定剂。可分为以下三种：热稳定剂热稳定剂热稳定剂热稳定剂：它的主要作用就是抑制或防止树脂在加工或使用过程中受热而降解。如PVC光稳定剂光稳定剂光稳定剂光稳定剂：它的主要作用是阻止树脂在光的作用下降解（塑料变色、力学性能下降等等）。如PE、PP、PS、PC抗氧化剂抗氧化剂抗氧化剂抗氧化剂：延缓或抑制塑料氧化速度。如PE、PP、ABS（0.30.5%0.30.5%）第49页，本讲稿共94页F、润滑剂：润滑剂是为改善塑料熔体的流动性，减少或避 免对设备或模具的摩擦和粘附，以及改进塑件 的表面粗糙度等而加入的添加剂。常用的润滑 剂有硬脂酸及其盐类。（1%1%）如：如：PE、PP、PVC、PS、PA、ABS第50页，本讲稿共94页2、3、2 塑料的分类 对于品种繁多的塑料（大约有300多种），通常按如下方法分类。（1）按受热时的行为分 A、热塑性塑料 加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。其分子结构是线型或带支链线型结构。(变变化过程可逆化过程可逆)如：聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚甲醛（POM）、聚碳酸酯（PC）、聚酰胺（PA，俗称尼龙）、聚砜（PSU）、聚苯醚（PPO）、ABS塑料等都是热塑性塑料。第51页，本讲稿共94页 B、热固性塑料 第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应，交联固化而变硬，这种变化是不可逆的，再次加热时，已不能再变软流动了。正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加热时的塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为确定形状和尺寸的制品。这种材料称为热固性塑料。其分子结构最终为其分子结构最终为体型体型结构。（结构。（变化过程不可逆变化过程不可逆变化过程不可逆变化过程不可逆）热固性塑料不仅不能再熔融，在溶剂中也不能溶解。常见热固性塑料有：酚醛塑料（PF）、三聚氰胺、环氧塑料（EP）、不饱和聚酯、有机硅等。第52页，本讲稿共94页（2）按塑料的性能和应用范围分A、通用塑料 通用塑料是指生产量大、货源广、价格低、成型性能好，适于大量应用的塑料。一般说，通用塑料不具有突出的综合力学性能和耐热性，不宜用于承载要求较高的结构件和在较高温度下工作的耐热件。但通用塑料的各品种，都有各自的某些优异性能，使它具有广泛用途。聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料合称六大通用塑料。它们的产量占塑料总产量的75%以上，构成了塑料工业的主体。第53页，本讲稿共94页B、工程塑料 工程塑料是指那些具有突出的力学性能和耐热性，或优异耐化学试剂、耐溶剂性，或在变化的环境下可保持良好绝缘性能的塑料。工程塑料一般可以作为承载结构件，高温环境下的耐热件和承载件，高温条件、潮湿条件、大范围的变频条件下的制品和绝缘用品。工程塑料的生产批量小，价格也较昂贵，用途范围相对狭窄，一般都是按某些特殊用途生产一定批量的塑料。现有的工程塑料主要品种有：聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS、PET、PBT、聚砜、聚苯硫醚、聚苯醚、氯化聚醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮、氟塑料、超高分子量聚乙烯、环氧塑料和不饱和聚酯等。第54页，本讲稿共94页C、特种塑料 具有某种特殊用途的塑料，例如由于导电、导热、导磁、感光、防辐射、光导纤维、液晶、高分子分离膜、专用于减摩耐磨用途的塑料等。如氟塑料、聚酰亚胺塑料、有机硅树脂等。这类塑料产量小、价格高，但性能优异。通用塑料和工程塑料的划分范围并不很严格，如ABS是一种主要的工程塑料，但由于其产量大，所以也可划入通用塑料；聚丙烯是典型的通用塑料，而增强的聚丙烯因其有工程塑料的某些特性，故可划入工程塑料的范围。第55页，本讲稿共94页 工程塑料又可分为“通用工程塑料”和“特种工程塑料”。一般把产量大的工程塑料称为“通用工程塑料”，如尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、聚苯并噻唑(PBT)及其改性产品等，通常所说的工程塑料一般指这一部分。把生产数量少、价格昂贵、性能优异，可做结构材料或特殊用途的塑料称为“特种工程塑料”，如聚砜、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚砜、聚芳酯、热塑性氟塑料、芳香族聚酰胺、聚苯酯、聚四氟乙烯以及交联型聚氨基双马来酰亚胺、聚三嗪(BT树脂)、交联型聚酰亚胺酰亚胺、耐热环氧等。第56页，本讲稿共94页第57页，本讲稿共94页 常用塑料简介1、聚乙烯（聚乙烯（PEPE）：）：是塑料工业中产量最大的品种。1）物理形态：无毒、无味，白色或乳白色，柔软、半透明颗粒状。使用温度范围-70180；吸水性极小，且介电性能好，是最理想的高频电绝缘材料。2）分类按聚合时采用压力，分为：高压PE（低密度）：强度、耐热性低，介电性、柔软 性、耐冲击性、透明性高。中压PE（介于两者之间）低压PE（高密度）：强度、耐热性高，介电性、柔软 性、耐冲击性、透明性低。第58页，本讲稿共94页3）用途：低压聚乙烯用于制造塑料管、塑料板、塑料绳以及承载不高的零件；中压聚乙烯适宜的成型方法有高速吹塑成形，可制造瓶类、包装用的薄膜以及各种注射成型制品和旋转成型形制品；高压聚乙烯常用于制作塑料薄膜、软管、塑料瓶以及电气工业的绝缘零件和电缆外皮等。4）成型特点：收缩率范围及收缩值大，方向性明显，易变形、扭曲；流动性好且对压力变化敏感；注射成型时采用高压注射，慢速冷却。塑件可强行脱模。第59页，本讲稿共94页2 2、聚丙稀（、聚丙稀（PPPP）1）物理特性：聚丙烯无色、无味、无毒。比聚乙烯更透明、更轻。它不吸水，光泽好，易着色。介电性、耐水性、化学稳定性好，易于加工成型。能在100以上的温度下进行消毒灭菌，其最低使用温度可达-15。与PE相比较：收缩率大；力学性能好，特别抗弯曲疲劳强度高；定向拉伸后聚丙烯可制作铰链。第60页，本讲稿共94页2）用途 制作各种机械零件，如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件水蒸汽、各种酸碱等的输送管道、化工容器和其他设备的衬里、表面涂层盖和本体合一的箱壳、各种绝缘零件。3）成型特点 成型收缩范围及收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形，方向性强；流动性极好，易于成型；注射成型模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路，并注意控制成型温度。第61页，本讲稿共94页2、4 塑料成型工艺性 聚合物的流动状态分析聚合物的流动状态分析（1）聚合物结构对粘度的影响 注：注射成型生产中，依靠提高温度降低熔体粘度以改善流动性的工艺控制方法，主要适用于粘度对剪切速率不太敏感或其熔体近似服从牛顿流动规律的聚合物，如PMMA、PC、PA-66等这些材料不需要增加很多温度而它们的粘度却下降不少。（2）压力对粘度的影响 注：粘度对压力的敏感性会因聚合物不同而不同。通常认为，聚合物熔体的压缩率越大，其粘度对压力的敏感性越强。（3）温度对粘度的影响）温度对粘度的影响第62页，本讲稿共94页粘度对温度敏感的塑料：粘度对温度敏感的塑料：PMMA、PC、PA粘度对压力敏感的塑料：粘度对压力敏感的塑料：PE、PP、POM第63页，本讲稿共94页 成型过程中的流动状态分析成型过程中的流动状态分析 塑料聚合物熔体在注射机内的旋转螺杆与料筒之间进行输送、压缩、熔融塑化，并将塑化好的熔体储存在料筒的端部。储存在料筒端部的熔体受螺杆的向前推压力并通过喷嘴、模具的主流道、分流道和浇口，开始射入模腔内。塑料熔体经浇口射入模具型腔过程中的流动、相变与固化。第64页，本讲稿共94页聚合物熔体在成型流动过程中的压力损失：1.1.熔体在圆形导管内的流动时：熔体在圆形导管内的流动时：2.2.在扁形导槽内的流动时：在扁形导槽内的流动时：第65页，本讲稿共94页1)压力损失压力损失p和流动距离和流动距离L成正比，随着流动距离成正比，随着流动距离L 的增加而增大。的增加而增大。2)压力损失压力损失p和流道（包括型腔）的截面尺寸有和流道（包括型腔）的截面尺寸有 关。关。流道截面尺寸愈小，压力损失愈大。对圆形流动通道，压力损失与流道半径的对圆形流动通道，压力损失与流道半径的4次方次方 成反比；成反比；对矩形流动通道，压力损失与流道深度的对矩形流动通道，压力损失与流道深度的3次方次方 和宽度的和宽度的1次方成反比。次方成反比。3)压力损失压力损失p和熔体的表观粘度成正比，表观粘度和熔体的表观粘度成正比，表观粘度 越大，压力损失也越大。越大，压力损失也越大。影响塑料熔体流动过程中的压力损失影响塑料熔体流动过程中的压力损失p的因素：的因素：第66页，本讲稿共94页 塑料的工艺性能 塑料在成型过程中表现出来的特有性质。热塑性塑料收缩性流动性相容性吸湿性热敏性热固性塑料收缩性流动性比容和压缩比硬化速度水分及挥发物含量第67页，本讲稿共94页2、4、1 流动性 塑料在一定温度与压力下填充型腔的能力称为流动性流动性流动性流动性。所有塑料都是在熔融塑化状态下模塑加工成型的，流动性是塑料材料加工为制品的过程中所应具备的基本特性，它标志着塑料在成型条件下充满型腔的能力。流动性好的塑料容易充满复杂的型腔，获得精确的形状。第68页，本讲稿共94页 热塑性塑料的流动性是用熔体流动速率指数，简称熔融指数来表示的，测定仪如图2-1所示；或用螺旋线长度来表示其流动性，测定仪如图2-2所示。熔融指数是将塑料在规定温度下使之熔融并在规定压力下从一个规定直径（2.09mm）和长度的仪器口模中挤出，在10min内挤出的塑料质量克数。熔融指数的单位为g/10min，通常以MI代表。熔融指数MI值愈大，材料流动性越好。同一品种的塑料材料，规定出各种不同的熔融指数范围，以满足不同成型工艺的要求。第69页，本讲稿共94页图2-1 熔融指数测定仪结构示意图 返回第70页，本讲稿共94页图2-2 螺旋流动试验模具流道示意图返回返回第71页，本讲稿共94页 热固性塑料的流动性，常用拉西格流动性表示。拉西格流动性是在规定温度和压力下，在规定时间内将塑料配料从规定口径和长度的流动仪（拉西格流动仪）中所挤出的长度（毫米数）表示，这一数值愈大，材料流动性愈好。测试方法如图2-3所示。将一定质量的欲测塑料预压成圆锭，将圆锭放入压模中，在一定的温度和压力下，测定它从模孔中挤出的长度（毛糙部分不计在内），此即为拉西格流动值，以mm表示。数值大，则表明流动性好。第72页，本讲稿共94页图2-3 拉西格流动性测定模 返回第73页，本讲稿共94页 影响流动性的因素主要有以下三点：1 1）塑料品种）塑料品种 热塑性塑料根据流动性可分为三类：流动性好的（如尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素等）；流动性中等的（如改性聚苯乙烯、ABS、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、氯化聚醚等）；流动性差的（如聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、氟塑料等）。第74页，本讲稿共94页 对于热固性塑料即使是同一种塑料，由于交联反应的分子量不同，填料的性质与多少不同，增塑剂和润滑剂的多少不同，拉西格流动性也不同，同一品种塑料的流动性可分为三个不同的等级。（1）拉西格流动值为100-130mm，用于压制无嵌件、形状简单的一般厚度塑件。（2）拉西格流动值为131-150mm，用于压制中等复杂程度的塑件。（3）拉西格流动值为151-180mm，用于压制结构复杂、型腔很深、嵌件较多的薄壁塑件，或用于压注成型。第75页，本讲稿共94页2 2）模具结构）模具结构 模具成型表面光滑，型腔形状简单的有利于改善流动性。另外浇注系统的形式、尺寸、布置方式，冷却系统的设计，熔料的流动阻力等因素都直接影响融料的流动性。3 3）成型工艺参数）成型工艺参数 成型压力增大，流动性也增大；料温愈高，则流动性愈好。对于热固性塑料要在低于硬化温度的条件下，提高成型温度等来提高塑料的流动性。第76页，本讲稿共94页流动性对成型的影响：流动性过小流动性过小流动性过小流动性过小 则填充不足，不易成型，成型压力增大。流动性过大流动性过大流动性过大流动性过大 溢料过多，填充不密实，塑件组织疏松，树脂与填料混合不均，易粘模，脱模和清理困难及早硬化等缺陷；第77页，本讲稿共94页2、4、2 收缩性（1）收缩率定义 塑料制品在模具中经冷却定型或固化变硬获得确定形状，从模具中脱出后，尺寸发生缩小变化的性质称为收缩性。收缩性的大小以单位长度塑件收缩量的百分数表示，称为收缩率。收缩率 可按下面公式计算，即：应该指出，如果所测得的是模具在工作温度下的成型腔尺寸，则上式表示的是实际收缩率；若是在室温下测得，则上式表示的是计算收缩率。第78页，本讲稿共94页 由于在绝大多数情况下，人们都是测量模具室温时的型腔尺寸，且设计模具是根据塑件图样中的尺寸来计算室温下模具成型腔尺寸，故只有计算收缩率才具有工程上的实用意义，在模具设计和塑件生产中普遍采用。所有手册和技术资料中引用的都是计算收缩率数据。第79页，本讲稿共94页（2）塑料收缩特点 塑料材料收缩不同于金属、玻璃、陶瓷等材料收缩，有如下几个特点：1）绝对值大 塑料收缩率的绝对值一般在10-3-10-2（千分之几到百分之几）数量级，比金属、玻璃、陶瓷大1-2个数量级。收缩率绝对值大对塑料成型的不利影响是容易造成塑件的表面凹陷和内部缩孔，特别是当塑件壁厚增大时，也容易引起塑件的内应力。第80页，本讲稿共94页2）变化范围宽