桂林航院塑料成型工艺及模具设计复习资料.docx
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1、塑料成型工艺及模具设计1绪 论1 塑料的概念塑料是一种以合成或自然的高分子化合物为主要成分,参加或不参加填料和添加剂等帮助成分,经加工而形成塑性的材料,或固化交联形成刚性的材料。2 现代工业生产中的四大工业材料是什么。钢铁, 木材, 高分子材料, 无机盐材料3 现代工业生产中的三大高分子材料是什么?橡胶, 塑料, 化学纤维塑料成型根底聚合物的分子构造及热力学性能1 树脂及塑料有什么区分塑料的主要成分是树脂高分子聚合物。2 高分子的化学构造组成。高分子聚合物:由成千上万的原子,主要以共价键相连接起来的大分子组成的化合物。3 聚合物分子链构造分为哪两大类,它们的性质有何不同。线型聚合物热塑性塑料体
2、型聚合物热固性塑料1.线型聚合物的物理特性:具有弹性和塑性,在适当的溶剂中可以溶解,当温度上升时那么软化至熔化状态而流淌,且这种特性在聚合物成型前, 成型后都存在,因而可以反复成型。2.体型聚合物的物理特性:脆性大, 弹性较高和塑性很低,成型前是可溶和可熔的,而一经硬化(化学交联反响),就成为不溶不熔的固体,即使在再高的温度下(甚至被烧焦碳化)也不会软化。 4 聚合物的聚集态构造分为哪两大类,它们的性质有何不同。1无定形聚合物的构造:其分子排列是杂乱无章的, 相互穿插交缠的。但在电子显微镜下视察,发觉无定形聚合物的质点排列不是完全无序的,而是大距离范围内无序,小距离范围内有序,即“远程无序,近
3、程有序。2体型聚合物:由于分子链间存在大量交联,分子链难以作有序排列,所以绝大局部是无定形聚合物。 5 无定性聚合物的三种物理状态,以及四个对应的温度,对我们在运用和成型塑料制品时有何指导意义。三种物理状态1.玻璃态:温度较低(低于g温度)时,曲线根本上是水平的,变形程度小而且是可逆流的,但弹性模量较高,聚合物处于一种刚性状态,表现为玻璃态。物体受力变形符合虎克定律,应变及应力成正比。:当温度上升(在g至f之间)时,曲线开场急剧变更,但又很快趋于水平,聚合物的体积膨胀,表现为松软而富有弹性的高弹态。聚合物变形量很大,而弹性模量显著降低,如去除外力,变形量可以回复,弹性是可逆的。 3.粘流态:假
4、如温度接着上升(高于f聚合物即产生粘性流淌,成为粘流态。聚合物的变形是不行逆的。四个对应的温度b脆化温度:当温度低于b时,物理性能将发生变更,在很小的外力作用下就会发生断裂,使塑料失去其运用价值,它是塑料制件运用的下限温度。g玻璃化温度:当温度高于g时,塑料不能保持其尺寸的稳定性和运用性能,是塑料制件运用的上限温度。从塑料制件的运用角度看,b和g间的范围越宽越好。f粘流化温度:聚合物在温度高于f时处于粘流态,粘流态也称熔融状态或熔体。f和d这一温度范围用来进展注射, 压缩, 压注和挤出成型加工等。d热分解温度:当温度上升到d时,聚合物便开场分解,d称为热分解温度。6 常见的成型方式分别是在什么
5、温度范围内进展的。驾驭热塑性塑料的:注射, 挤出, 气动gf:气动成形工艺中空吹塑, 真空吸塑, 压缩气体成形;f和d:注射, 压缩, 压注和挤出等成型工艺。聚合物流变方程及分析1, 什么是层流,什么是湍流。层流和湍流的区分通常以什么参数为准。1)层流:液体的流淌是按许多彼此平行的流层进展的,同一层之间的各点的速度彼此一样。假如增大流淌速度,使其超过确定的临界值,那么流淌即转为紊流湍流。2)紊流(湍流):液体各点速度的大小和方向都随时间而变更。层流和紊流以液体的雷诺数Re区分,通常凡Re在2100-4000时均为层流,大于4000那么为紊流湍流。由于注射成型时聚合物熔体的雷诺数一般都远远小于2
6、100,故可将它们的流淌形式视为液体层流。2, 什么是牛顿流淌定律。牛顿流体具有什么性质。志向的层流可看成是一层层相邻的薄层液体沿外力作用方向进展的滑移,各液层都具有平直的平面,彼此完全平行互不干扰每层中各点的滑移速度相等,但由于受管壁摩擦的影响,各层之间的滑移速度不同。中心处速度最大,管壁为零。牛顿流淌定律的意义应变随应力作用的时间线性地增加,且粘度保持不变(定温状况下),应变具有不行逆性质,应力解除后应变以永久变形保持下来。即:温度不变的状况下,剪切速率的变更不影响流体的粘度。 3, 假塑性聚合物熔体的流变行为具有什么性质。变形和流淌所须要的切应力随剪切速率变更,并呈指数规律增大;变形和流
7、淌所受到的粘滞阻力,即液体的表观粘度随剪切速率变更,并呈指数规律减小。这种现象称为假塑性液体的“剪切稀化。总结:提高剪切速率,对大多数塑料熔体非牛顿型而言,可以降低其表观粘度,提高成型流淌性。 4, OstwaldDe Waele 指数定律方程的意义。在指数流淌规律中, n值可以用来反映非牛顿流体偏离牛顿流体性质的程度。1其中n=1时a=K= , 为牛顿流体。2n1时,确定值|1n|越大,流体的非牛顿性越强,剪切速率对表观粘度的影响越强。n1时,称为膨胀性液体。主要是一些固体含量较高的聚合物悬浮液以及带有凝胶构造的聚合物溶液或悬浮液,处于较高剪切速率下的聚氯乙烯糊的流淌行为就近似这类液体。5,
8、 不同类型流体的粘度及剪切速率的关系如何,对指导生产有何意义。1粘度对剪切速率不太敏感或其熔体近似牛顿型聚合物:提高温度降低熔体粘度,以改善流淌性。如聚甲基丙烯酸甲酯, 聚碳酸酯, 聚酰胺66等,它们的粘度对温度较敏感。2对于大多数非牛顿型聚合物,要降低熔体粘度,主要靠增加成型时的剪切速率。6, 温度和压力对聚合物熔体的表现粘度有何影响,为什么。聚合物大分子的热运动及温度有关。温度上升,聚合物体积膨胀,分子运动猛烈,大分子间的自由空间随之增大,彼此间的范德华力减小,从而有利于大分子变形和流淌,即粘度下降。不同构造的塑料对温度的敏感程度不一样:对表观粘度随温度变更不大的聚合物,假如靠增加温度来增
9、加其流淌性使其能成型是不适宜的。因为:温度幅度增加很大,而它的表观粘度却降低有限(如聚丙烯, 聚乙烯, 聚甲醛等),大幅度地提高温度很可能使聚合物发生降解。聚合物大分子长链,在自由状态下堆砌密度很低,相互之间具有较大的自由空间。在空间三维等值的静压力作用下,大分子之间的自由空间会被压缩减小,大分子链相互接近,彼此间的作用加强,宏观上将表现出体积收缩或比容减小,变形流淌阻力也会随之增大。试验证明,聚合物熔体在成型压力增大时,熔体所受静压力也会随之提高,且伴随熔体的体积收缩,粘度也有所提高。粘度对压力的敏感性会因聚合物不同而不同。聚合物熔体的压缩率越大,其粘度对压力的敏感性越强。在注射成型时,单依
10、靠增大注射压力来提高熔体流量或充模实力并不特殊恰当。对须要增大粘度而又不宜接受降温措施的场合,可考虑接受提高压力的方法解决。在制定成型工艺参数时,应综合考虑生产的经济性,设备和模具的牢靠性以及塑件质量等因素,将成型工艺限制在最正确的注射压力和注射温度。聚合物在成型过程中的物理化学变更。1, 结晶过程是在什么温度区间发生的,晶体的生长速率在什么温度最快。聚合物的结晶过程只能发生在从熔点温度m开场冷却下来到玻璃化温度g以上的这一温度区间内。晶坯在高于熔点时,时结时散,处于动态平衡。接近m乃至刚冷至m以下时,晶坯照旧有时结时散的状况,但某些晶坯会长大,当到达临界稳定尺寸时,即变成晶核。随着的增大,晶
11、核生成速率很快上升,到达最大值。这时没有到达临界尺寸的晶坯结多散少,最有利于形成晶核。接着增大,链段运动阻力增加,晶核生成速率进一步降低,接近于玻璃化温度g时又降为零。此时,分子主链的运动停顿,晶坯的生长, 晶核的生成及晶体的生长都会随之停顿。2, 什么是取向作用,各向异性和各向同性对塑件的性能有何影响,举例说明。在聚合物成型过程中,由于受剪切力和拉伸力的作用,聚合物分子或填料中的长纤维会发生取向作用,即:分子链或长纤维会顺着流淌或受力方向排列,这种现象叫取向作用。1各向异性:塑件在某些方向上机械强度得到提高,而在另外一些方向上反而降低。如:单向拉伸的绳索,铰链;2各向同性:塑件在各方向上机械
12、强度, 力学强度一样。例如:塑料袋, 双向拉伸薄膜,手机, 电器。各向异性优点:制造取向薄膜及单丝等,能使塑件沿拉伸方向的抗拉强度及光泽程度有所增加;各向异性缺点:会使塑件在某些方向上机械强度得到提高,而在加外一些方向上反而降低,甚至会发生翘曲或裂纹。3, 什么是降解,降解的实质是什么。降解有哪些主要因素产生。聚合物在高温顺应力作用下进展成型时,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构造变更等化学变更,通常把相对分子质量降低的这种现象称为降解或裂解。聚合物降解过程的实质是大分子链发生了构造变更,如断链,
13、交联和侧基的变更等。在成型过程中,聚合物降解一般是难于完全防止的。引起降解的主要因素降解在成型过程中,热降解是主要的,而由应力, 氧, 水和其他酸碱等杂质引起的降解是次要的。塑料的组成及工艺特性1, 塑料常用的添加剂有那些。稳定剂, 增塑剂, 填充剂, 润滑剂和固化剂的作用是什么。填充剂, 增塑剂, 稳定剂, 润滑剂, 着色剂和固化剂等。增塑剂的作用:提高塑料的可塑性和松软性,降低熔融温度,改善熔体的流淌性。稳定剂的作用:抑制和防止塑料在加工(提高热分解温度)和运用过程中因受热, 光及氧等作用而分解变质,使加工顺当进展,保证塑件具有确定的运用寿命。润滑剂的作用:对塑料外表起润滑作用,防止塑料在
14、成型加工过程中粘附在模具上。同时,添加润滑剂还可以提高塑料的流淌性,便于成型加工,并使塑料外表更加光滑。固化剂的作用:促使合成树脂进展交联反响而形成体型网状构造,或加快交联反响速度。固化剂一般多用在热固性塑料中。 填充剂的作用:调整塑料的物理化学性能,提高材料强度,扩大运用范围,削减合成树脂的用量,降低塑料的本钱。2, 塑料的分类,六大通用塑料有那些。(1)按树脂的分子构造及其特性分类:1)热塑性塑料 2)热固性塑料(2)按塑料的用途分类:1)通用塑料 聚乙烯, 聚氯乙烯, 聚苯乙烯, 聚丙烯, 酚醛塑料和氨基塑料六大类。2)工程塑料3)特殊塑料3, 什么是收缩性,影响塑料制品成型收缩率的主要
15、因素有哪些方面。概 念:塑件从温度较高的模具中取出冷却到室温后,其尺寸或体积会发生收缩变更,这种性质称为收缩性。影响塑件收缩的缘由:1)塑料品种:塑料品种不同,其收缩率也各不一样。例如,树脂的相对分子质量高,填料为有机填料,树脂含量较多,那么该类塑料的收缩率就大。 2)塑件构造:塑件的形态困难, 尺寸较小, 壁薄, 有嵌件, 嵌件数量多且对称分布,其收缩率较小。3)模具构造:接受干脆浇口或大截面的浇口,可削减收缩,但各向异性大;沿料流方向收缩小,沿垂直料流方向收缩大;当浇口的厚度较小时,浇口局部会过早凝合硬化,型腔内的塑料收缩后得不到刚好补充,收缩较大。4, 什么是流淌性,影响流淌性的主要因素
16、有哪些方面。概 念:塑料在确定的温度, 压力作用下充填模具型腔的实力,称为塑料的流淌性。影响流淌性的主要因素 1)温 度:料温高,那么流淌性大,但不同塑料也各有差异。聚苯乙烯, 聚丙烯, 聚酰胺, 有机玻璃, ABS, AS, 聚碳酸酯, 醋酸纤维素等塑料的流淌性随温度变更的影响较大;聚乙烯, 聚甲醛的流淌性受温度变更的影响较小。2)压 力:注射压力增大,那么熔料受剪切作用大,流淌性也增大,尤其是聚乙烯和聚甲醛较为敏感。3)模具构造:浇注系统的形式, 尺寸, 构造(如型腔外表粗糙度, 浇道截面厚度, 型腔形式, 排气系统), 冷却系统的设计和熔料的流淌阻力等因素都会干脆影响熔料的流淌性。凡促使
17、料温降低, 流淌阻力增加的因素,都会使流淌性降低。5, 热塑性和热固性熔体流淌性的好坏通常用什么试验方法来测定。热塑性塑料的流淌性的表示方法:熔融指数法 螺旋线长度法将被测塑料装入加热料筒中并进展加热,在定的温度和压力下,测定塑料熔体在10min内从出料孔挤出的重量g,该值称为熔融指数,简写为MI。熔融指数越大,流淌性越好。将被测塑料在确定的温度及压力下注入如图2.2所示标准的阿基米德螺旋线模具内,用其所能到达的流淌长度(图中所示数字单位为cm)来表示该塑料的流淌性。流淌长度越长,流淌性就越好。 热固性塑料的流淌性通常以拉西格流淌值表示。将确定重量的欲测塑料预压成圆锭,将圆锭放入压模中,在确定
18、的温度和压力下测定它从模孔中挤出的长度(毛糙局部不计在内),此即为拉西格流淌值,以mm表示。数值大,那么说明流淌性好。6, 什么是吸湿性,塑料原料中水分过高,在成型中和成型后会对制品产生什么影响。概 念:吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。 吸湿性对塑料制品的影响:在注射成型过程中比较简洁发生水降解,成型后塑件上出现气泡, 银丝及斑纹等缺陷。7, 什么是热敏性。热敏性塑料成型时要留意哪些方面的问题。概 念:热敏性是指塑料的化学性质对热量作用的敏感程度,热敏性很强的塑料称为热敏性塑料。防止热敏性塑料在成型中出现降解现象应实行的措施:1选用螺杆式注射机;2流道截面取大一些(防止过大的摩擦热);3注射机
19、筒内壁, 流道和模腔表壁镀铬;4熔体在模内流淌时不得有死角和滞料现象;5生产时严格限制成型工艺条件等。6必要时还可在塑料中添加热稳定剂。8, 比容和压缩比的概念。比 容是指单位重量的松散塑料所占的体积,单位为cm3 /g;压缩率是指塑料原料的体积及塑料制品的体积之比,其值恒大于1。常用塑料材料热塑性材料1, 及其它材料相比,塑料的性能有什么特点。1)塑料密度小, 质量轻/cm3。2)塑料的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。钢的拉伸比强度为160MPa,而玻璃钢的拉伸比强度可高达170400MPa。3)塑料的绝缘性能好,介电损耗低。塑料原子内部一般都没
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