塑料性能及应用幻灯片.ppt
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1、塑料性能及应用第1页,共21页,编辑于2022年,星期五塑塑料的定义及来源料的定义及来源塑料为高分子聚合物的总称,它是由乙烷、甲烷、塑料为高分子聚合物的总称,它是由乙烷、甲烷、丙烷等经过转化为亚甲基、乙烯和丙烯等中间体(也叫丙烷等经过转化为亚甲基、乙烯和丙烯等中间体(也叫基体或单体),再由中间体经聚合反应形成的高分子聚基体或单体),再由中间体经聚合反应形成的高分子聚合物通称塑料(塑胶或者树脂)它的英文名为合物通称塑料(塑胶或者树脂)它的英文名为“plastics”,原意为可任意制作各种形状的材料(可塑材料),它能原意为可任意制作各种形状的材料(可塑材料),它能在一定的条件下塑化成型,成型后的产
2、品能在通常环境在一定的条件下塑化成型,成型后的产品能在通常环境下保持形状不变。另外强调一点:现在大多数塑料还含下保持形状不变。另外强调一点:现在大多数塑料还含有一定量的添加剂(如填充剂、增塑剂、稳定剂、增强有一定量的添加剂(如填充剂、增塑剂、稳定剂、增强剂、润滑剂、防静电剂、着色剂、阻燃剂、芳香剂、发剂、润滑剂、防静电剂、着色剂、阻燃剂、芳香剂、发泡剂、发光剂等等),以加强它的特殊性能,达到它的泡剂、发光剂等等),以加强它的特殊性能,达到它的使用目的。使用目的。第2页,共21页,编辑于2022年,星期五塑塑料料热热塑性塑性热固热固性性:泛用塑泛用塑料料:ABS.PVC.PS.PE泛用工程塑泛用
3、工程塑料料:PA.PC.PBT.POM.PET超超级级工程塑工程塑料料:PPS.LCPDAP.UP.EP 热塑性:在受热时会软化,经冷却会固化,若再加热塑性:在受热时会软化,经冷却会固化,若再加 热又可以软化热又可以软化。热固性:在受热时最初也是软化。射入模内在加热进热固性:在受热时最初也是软化。射入模内在加热进行中,塑料分子会化合而硬化,当硬化成形后,若再次加行中,塑料分子会化合而硬化,当硬化成形后,若再次加熟,也不会软化。熟,也不会软化。我们以后讲的塑料均为热塑性塑料。我们以后讲的塑料均为热塑性塑料。塑料的塑料的分类分类第3页,共21页,编辑于2022年,星期五塑料的主要性能塑料的主要性能
4、z1)良好的稳定性,耐腐蚀性、耐候性好,经久耐用。如)良好的稳定性,耐腐蚀性、耐候性好,经久耐用。如PTFE(聚四氟乙烯)聚四氟乙烯)在在“王水王水”中也难被腐蚀。中也难被腐蚀。z2)一般塑料的密度都比金属小,轻巧美观。)一般塑料的密度都比金属小,轻巧美观。z3)电气绝缘性好,大多数塑料都具有优良的电绝缘性,因此塑料被广泛)电气绝缘性好,大多数塑料都具有优良的电绝缘性,因此塑料被广泛应用于电子、电气、通讯、仪器等领域。应用于电子、电气、通讯、仪器等领域。z4)塑料的力学性能好,可制作许多结构性构件。)塑料的力学性能好,可制作许多结构性构件。z5)阻隔性好,能制作各种容器,有很好的防潮防水功能。
5、)阻隔性好,能制作各种容器,有很好的防潮防水功能。z6)加工性好,通过注射成型,能在很短时间可制成形状复杂、尺寸稳定、)加工性好,通过注射成型,能在很短时间可制成形状复杂、尺寸稳定、品质优良的制品。品质优良的制品。另外,塑料还有很好的耐磨性、自润性、减震性、绝热性、电镀性、焊接性、另外,塑料还有很好的耐磨性、自润性、减震性、绝热性、电镀性、焊接性、透光性等等。总之,塑料已应用各行各业之中。透光性等等。总之,塑料已应用各行各业之中。第4页,共21页,编辑于2022年,星期五塑料的热力学三态塑料的热力学三态(玻璃态、高弹态、粘流态)(玻璃态、高弹态、粘流态)z玻璃态:相当于无机物的固态,处于玻璃态
6、的塑料分子链段基本上处于停止的状玻璃态:相当于无机物的固态,处于玻璃态的塑料分子链段基本上处于停止的状态,分子只在自身的位置上振动。在这种形态下,塑料件可以进行削、切、刨等态,分子只在自身的位置上振动。在这种形态下,塑料件可以进行削、切、刨等机械加工。大多数机械加工。大多数塑料常温下都处在玻璃态形态下,如:塑料常温下都处在玻璃态形态下,如:POM、PC、PBT、ABS等等。等等。z高弹态:处于高弹态下的塑料分子,动能增加,分子的运动维持在小链段的高弹态:处于高弹态下的塑料分子,动能增加,分子的运动维持在小链段的旋转,链与链之间不会发生位移。在这种形态下,当塑料件受到外力的作用旋转,链与链之间不
7、会发生位移。在这种形态下,当塑料件受到外力的作用时会发生缓慢形变,外力除去后又慢慢恢复原来的形状。大多数塑料只有在时会发生缓慢形变,外力除去后又慢慢恢复原来的形状。大多数塑料只有在热加工过程中出现塑料的高弹态,在常温下处于高弹态的塑料有热加工过程中出现塑料的高弹态,在常温下处于高弹态的塑料有TPE、TPU等弹性体塑料。等弹性体塑料。z粘流态粘流态:所有塑料只有在热加工过程中才会出现粘流态。处于粘流态的塑料分子,:所有塑料只有在热加工过程中才会出现粘流态。处于粘流态的塑料分子,网状结构已解体,大分子链与链之间、链段与链段之间都能自由移动。外力很容网状结构已解体,大分子链与链之间、链段与链段之间都
8、能自由移动。外力很容易使塑料体变形,除去外力后不再恢复原形。易使塑料体变形,除去外力后不再恢复原形。注塑成型过程可以这样讲:通过加热和外力的作用,让塑料从室温的玻璃态(或高弹态)注塑成型过程可以这样讲:通过加热和外力的作用,让塑料从室温的玻璃态(或高弹态),经高弹态转变为粘流态,注射入具有一定形状的封闭模腔,然后在模腔中逐渐冷却,从,经高弹态转变为粘流态,注射入具有一定形状的封闭模腔,然后在模腔中逐渐冷却,从粘流态返回常态的玻璃态或高弹态,最后取出与模腔形状一致的塑料制品。粘流态返回常态的玻璃态或高弹态,最后取出与模腔形状一致的塑料制品。第5页,共21页,编辑于2022年,星期五塑料塑料的取向
9、的取向塑料在加工过程中,在力的作用下,流动的大分子链段存在的方向或区域上造成的性质差异;熔体在模腔的取向过程,直接影响制品的品质;我们下来谈谈工艺参数对取向应力及其对制品性能的影响:A、熔体温度高,粘度低,剪切力降低则取向度减少;B、在浇口封闭前,延长保压时间,会导致取向应力增加;C、提高射出压力或保压压力,会增大取向应力;D、模具温度高可使制品缓慢冷却,减缓取向作用;E、加强制品厚度可降低取向应力。制品中内应力的存在会严重影响制品的力学性能和使用性能;由于内应力的存在及分布不均,会造成制品在使用中裂纹、变形、翘曲,还会引起制品表面泛白、浑浊及光学性能变坏。第6页,共21页,编辑于2022年,
10、星期五料的粘度塑及其他因素对其的影响料的粘度塑及其他因素对其的影响粘度就是塑料熔体的粘稠程度。从剪切的意义上粘度就是塑料熔体的粘稠程度。从剪切的意义上讲粘度可以理解为熔体试图流动时在熔体层或熔体内讲粘度可以理解为熔体试图流动时在熔体层或熔体内部遇到的阻力。下面是影响它的因素:部遇到的阻力。下面是影响它的因素:A、剪切速率、剪切应力对粘度的影响:剪切应力随剪切速率的剪切速率、剪切应力对粘度的影响:剪切应力随剪切速率的提高而增加;而粘度随它们的提高而下降,如:提高而增加;而粘度随它们的提高而下降,如:PE、PP、POM等;等;B、温度对粘度的影响:在一定范围的温度内,温度升高会造成塑料温度对粘度的
11、影响:在一定范围的温度内,温度升高会造成塑料粘度下降,如粘度下降,如CA、PS、PE、PP等;等;C、压力对粘度的影响:压力的升高会造成粘度上升;压力对粘度的影响:压力的升高会造成粘度上升;D、塑料分子量对粘度的影响:分子量增加会造成粘度上升。塑料分子量对粘度的影响:分子量增加会造成粘度上升。第7页,共21页,编辑于2022年,星期五塑料的结晶、结晶度及特征塑料的结晶、结晶度及特征结晶是物质分子或分子链之间呈有序、规则的排列结构。塑料按其高分子排列结构可分为结晶型塑结晶是物质分子或分子链之间呈有序、规则的排列结构。塑料按其高分子排列结构可分为结晶型塑料和非结晶型塑料(无定型塑料)。结晶度是反映
12、结晶型塑料的结晶程度。料和非结晶型塑料(无定型塑料)。结晶度是反映结晶型塑料的结晶程度。结晶性塑胶特性结晶性塑胶特性 PE、PP、Nylon、PBT、POM、PPS LCP、SPS、PET、TPx非结晶性塑胶非结晶性塑胶 特性特性PS AS ABS CA PMMA、PC、PVC、PES(A)A)固体时分子呈规则排列,强度较强,拉力也较强;固体时分子呈规则排列,强度较强,拉力也较强;(B)B)熔解熔解时时比容比容积变积变化大,膨化大,膨胀胀30 30 左右,左右,PE PE 在在20 20 时时为为1.03 1.03 cmcm3 3/g/g,在在200200时为时为1.331.33cmcm3 3
13、/g/g,增加率增加率为为29%29%(C)C)熔解后密度值变低,所以固化后较易收缩;熔解后密度值变低,所以固化后较易收缩;(D)D)分子链排列很紧密,故内应力不易释放出来;分子链排列很紧密,故内应力不易释放出来;(E)E)冷却成形俊结混度增高,故成品呈不透明;冷却成形俊结混度增高,故成品呈不透明;(F)F)成形中散热较慢,故成品离模后特别烫手;成形中散热较慢,故成品离模后特别烫手;(G)G)冷模生产时,当时收缩率较小,乃因结晶化度低,造成冷模生产时,当时收缩率较小,乃因结晶化度低,造成日后收缩较大;日后收缩较大;(H)H)热模生产时,当时收缩率较大,乃因结晶化度高,日后热模生产时,当时收缩率
14、较大,乃因结晶化度高,日后收缩较小;收缩较小;(I I)热模生产冷却较慢,则结晶化程度越高物性状态也愈良好,热模生产冷却较慢,则结晶化程度越高物性状态也愈良好,呈现越不透明状;呈现越不透明状;(J J)具备耐热性、耐药品性等特征。具备耐热性、耐药品性等特征。(K)K)有明显熔点。有明显熔点。(A A)无明显熔点无明显熔点(B )固体时分子呈不规则排列、强固体时分子呈不规则排列、强度、拉力匀较弱。度、拉力匀较弱。(C)C)熔解时比容积不大,膨胀熔解时比容积不大,膨胀8%8%左左右,右,PS 在在 20时为时为0.97cm3/g 在在 200时为时为1.04 cm3/g增加率为增加率为8.3%(d
15、 d)熔解后密度值变化较小,固化熔解后密度值变化较小,固化后较不易收缩后较不易收缩(E)E)透明性乃因结晶化度低透明性乃因结晶化度低(F )成形中散热较快,故成品离模成形中散热较快,故成品离模后较不烫手。后较不烫手。(G )料温越高,色泽越黄料温越高,色泽越黄 第8页,共21页,编辑于2022年,星期五玻璃化温度、熔化温度及热分解温度玻璃化温度、熔化温度及热分解温度z玻璃化温度:聚合物的玻璃化温度是指线性非结玻璃化温度:聚合物的玻璃化温度是指线性非结晶型聚合物由玻璃态向高弹态或由高弹态向玻璃态晶型聚合物由玻璃态向高弹态或由高弹态向玻璃态的转化温度。的转化温度。z熔化温度:是指结晶型聚合物从高分
16、子链结构的三维有熔化温度:是指结晶型聚合物从高分子链结构的三维有序态转化为无序的粘流态时的温度。序态转化为无序的粘流态时的温度。z热分解温度:热分解温度是指在有氧气存在的条件热分解温度:热分解温度是指在有氧气存在的条件下,高分子聚合物受热后开始分解的温度。下,高分子聚合物受热后开始分解的温度。注塑成型时的温度介于玻璃化温度和热分解温度注塑成型时的温度介于玻璃化温度和热分解温度之间。具体还应根据制品的大小、厚薄、复杂程度、之间。具体还应根据制品的大小、厚薄、复杂程度、有无嵌件、着色剂的稳定性及注塑机的情况选择合适有无嵌件、着色剂的稳定性及注塑机的情况选择合适的加工温度。的加工温度。第9页,共21
17、页,编辑于2022年,星期五添加剂的种类添加剂的种类常用材料常用材料对塑料性能的影响对塑料性能的影响 强化剂强化剂碳纤维、碳纤维、玻璃纤维、玻璃纤维、矿物质纤维、矿物质纤维、kevarA、增加拉伸强度增加拉伸强度B、提高热变形温度提高热变形温度C、增加弯曲模量增加弯曲模量D、提升抗收缩与抗翘曲能力提升抗收缩与抗翘曲能力导电(热)性充填剂导电(热)性充填剂铝粉、碳纤维、铝粉、碳纤维、石墨石墨A、提高电气性能提高电气性能B、提高热传导性提高热传导性耦合剂耦合剂Silanes titanates改善聚合物与纤维介面的键合力改善聚合物与纤维介面的键合力阻燃剂阻燃剂Cl、溴、溴、S、金属盐金属盐降低燃烧
18、发生率及扩散速度降低燃烧发生率及扩散速度混合充填剂混合充填剂碳酸钙、黏土、碳酸钙、黏土、降低材料成本降低材料成本塑化剂塑化剂单体液体、单体液体、低分子量材料低分子量材料A、改善熔胶的流动性改善熔胶的流动性B、加强翘曲性加强翘曲性着色剂(颜料或色料)着色剂(颜料或色料)金属氧化物、洛酸盐、碳黑金属氧化物、洛酸盐、碳黑A、提供耐久的颜色提供耐久的颜色B、防止热裂解或紫外线造成裂解防止热裂解或紫外线造成裂解发泡剂发泡剂气体、氮复合物、氨衍生物气体、氮复合物、氨衍生物造成孔穴组织以降低材料密度造成孔穴组织以降低材料密度塑料的加工助剂及对塑料性能的影响塑料的加工助剂及对塑料性能的影响第10页,共21页,
19、编辑于2022年,星期五ABS丙烯腈丙烯腈-丁二烯丁二烯-苯乙烯共聚物苯乙烯共聚物化学和物理特性化学和物理特性:ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性:丙烯腈有高强度、热稳定性及化是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性:丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性;丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性;苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。从形态上看,学稳定性;丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性;苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。从形态上看,ABS是非结晶是非结晶性材料。性材料。三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物,一个是苯乙烯三种单体的聚合产生了具
20、有两相的三元共聚物,一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相,另一个是聚丁二丙烯腈的连续相,另一个是聚丁二烯橡胶分散相。烯橡胶分散相。ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性,并且由此产生了市场上百种不同品质的很大的灵活性,并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性,材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性,例如从中等到高等的抗冲击性,从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。例如从中等到高等的抗冲击性,从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。ABS材料
21、具有超强的易加工性,外观材料具有超强的易加工性,外观特性,低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度特性,低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。典型应用范围典型应用范围:汽车(仪表板,工具舱门,车轮盖,反光镜盒等),电冰箱,大强度工具(头发烘干机,搅拌器,食品加工汽车(仪表板,工具舱门,车轮盖,反光镜盒等),电冰箱,大强度工具(头发烘干机,搅拌器,食品加工机,割草机等),电话机壳体,打字机键盘,娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。机,割草机等),电话机壳体,打字机键盘,娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。注塑模工艺条件注塑模工艺条件:干燥处理:干燥处理:ABS
22、材料具有吸湿性,要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件材料具有吸湿性,要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为为8090C下最少干燥下最少干燥2小时。材料温度应保证小于小时。材料温度应保证小于0.1%。熔化温度:熔化温度:210280C;建议温度:建议温度:245C。模具温度:模具温度:2570C。(。(模具温度将影响塑件光洁度,温度较低则导致光洁度较低)。模具温度将影响塑件光洁度,温度较低则导致光洁度较低)。注射压力:注射压力:5001000bar。注射速度:中高速度。注射速度:中高速度。第11页,共21页,编辑于2022年,星期五PBT聚对苯二甲酸丁二醇酯聚对苯二甲酸丁二醇酯化学和物理
23、特性化学和物理特性:PBT是最坚韧的工程热塑材料之一,它是半结晶材料,有非常好的化学稳定性、机械强度、电绝缘特性和是最坚韧的工程热塑材料之一,它是半结晶材料,有非常好的化学稳定性、机械强度、电绝缘特性和热稳定性。这些材料在很广的环境条件下都有很好的稳定性。热稳定性。这些材料在很广的环境条件下都有很好的稳定性。PBT吸湿特性很小。一般材料收缩率在吸湿特性很小。一般材料收缩率在1.5%2.8%之间。含之间。含30%玻璃添加剂的材料收玻璃添加剂的材料收0.3%1.6%之间。之间。由于由于PBT的结晶速度很高,因此它的粘性很低,塑的结晶速度很高,因此它的粘性很低,塑件加工的周期时间一般也较低。件加工的
24、周期时间一般也较低。典型应用范围典型应用范围:家用器具、电器元件开关、汽车工业部件等。家用器具、电器元件开关、汽车工业部件等。注塑模工艺条件注塑模工艺条件:干燥处理:这种材料在高温下很容易水解,因此加工前的干燥处理是很重要的。建议在空气中的干燥条件为干燥处理:这种材料在高温下很容易水解,因此加工前的干燥处理是很重要的。建议在空气中的干燥条件为120C,68小时,湿度必须小于小时,湿度必须小于0.03%。熔化温度:熔化温度:225275C,建议温度:建议温度:250C。模具温度:对于未增强型的材料为模具温度:对于未增强型的材料为4060C。要很好地设计模具的冷却腔道以减小塑件的弯曲。热量的散失一
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