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1、版权所有：河海大学机电工程学院 赵占西 2015-2-11 第四章 非金属材料成形第四章 非金属材料成形 4.1 塑料成形4.1 塑料成形 4.2 4.2 塑料制品的结构工艺性塑料制品的结构工艺性 4.3 4.3 橡胶成形橡胶成形 4.4 4.4 陶瓷成形陶瓷成形 4.5 4.5 复合材料成形复合材料成形 zhaozx1963 Ch4 非金属材料成形非金属材料成形 2015-2-1河海大学机电工程学院 赵占西河海大学机电工程学院 赵占西2 1 塑料成形1 塑料成形 4.1 塑料成形4.1 塑料成形 一、工程塑料的成形性能 二、注射成形 三、压塑成形 四、其它成形方法 一、工程塑料的成形性能 二
2、、注射成形 三、压塑成形 四、其它成形方法 zhaozx1963 Ch4 非金属材料成形非金属材料成形 2015-2-1河海大学机电工程学院 赵占西河海大学机电工程学院 赵占西3 非金属材料：非金属材料：除金属以外的工程材料。除金属以外的工程材料。 工程上常用：工程上常用：塑料、橡胶、陶瓷、复合材料等。塑料、橡胶、陶瓷、复合材料等。 非金属材料成形特点：非金属材料成形特点： （1）（1）流态流态或或固态固态成形复杂的零件。成形复杂的零件。 塑料：塑料：注塑、挤塑、压塑成形、浇注和粘接等成形；注塑、挤塑、压塑成形、浇注和粘接等成形； 陶瓷：陶瓷：注浆成形，也可用注射、压注等方法成形。注浆成形，也
3、可用注射、压注等方法成形。 （2）（2）通常在通常在较低温度较低温度下成型，工艺较简便。下成型，工艺较简便。 （3）（3）成形与材料的生产工艺结合。成形与材料的生产工艺结合。 Ch4 非金属材料成形非金属材料成形 2015-2-1河海大学机电工程学院 赵占西河海大学机电工程学院 赵占西4 1 塑料的成形1 塑料的成形 塑料的组成：塑料的组成： 合成树脂合成树脂（主要成分）（主要成分） 增塑剂增塑剂、润滑剂润滑剂、稳定剂稳定剂及及填料填料等组成。等组成。 塑料制品的优点：塑料制品的优点： 质量轻，比强度高； 耐腐蚀，化学稳定性好； 优良的电绝缘性能、光学性能、减摩性等； 加工成形方便成本低。 质
4、量轻，比强度高； 耐腐蚀，化学稳定性好； 优良的电绝缘性能、光学性能、减摩性等； 加工成形方便成本低。 主要不足：主要不足： 耐热性、刚性和尺寸稳定性差、易老化。耐热性、刚性和尺寸稳定性差、易老化。 Ch4 非金属材料成形非金属材料成形 2015-2-1河海大学机电工程学院 赵占西河海大学机电工程学院 赵占西5 1 塑料的成形1 塑料的成形 塑料的分类：塑料的分类： 热塑性塑料；热固性塑料热塑性塑料；热固性塑料 常见热塑性塑料：常见热塑性塑料： 聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、 ABS 塑料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA ，有机玻璃)、聚酰胺 (PA ，尼龙
5、)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚砜(PSF)、聚 四氟乙烯(PTFE)等。 这些塑料可加热后软化再使用_ 聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、 ABS 塑料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA ，有机玻璃)、聚酰胺 (PA ，尼龙)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚砜(PSF)、聚 四氟乙烯(PTFE)等。 这些塑料可加热后软化再使用_可溶可熔可溶可熔。 常见热固性塑料：常见热固性塑料： 酚醛塑料(PF)、环氧塑料(EP)等。 这些塑料加热塑化后成形， 酚醛塑料(PF)、环氧塑料(EP)等。 这些塑料加热塑化后成形，再加热不能软化再加热不能软化。 Ch
6、4 非金属材料成形非金属材料成形 2015-2-1河海大学机电工程学院 赵占西河海大学机电工程学院 赵占西6 一、工程塑料的成形性能一、工程塑料的成形性能 （一）塑料形变与温度的关系（一）塑料形变与温度的关系 塑料的形变 与温度的关系 热固性塑料受热后 的状态变化曲线 塑料的形变 与温度的关系 热固性塑料受热后 的状态变化曲线 1 塑料的成形1 塑料的成形 版权所有：河海大学机电工程学院 赵占西 Ch4 非金属材料成形非金属材料成形 2015-2-1河海大学机电工程学院 赵占西河海大学机电工程学院 赵占西7 一、工程塑料的成形性能 塑料具有高分子聚合物独特的大分子链结构，这 种结构决定了塑料的
7、成形性能。 一、工程塑料的成形性能 塑料具有高分子聚合物独特的大分子链结构，这 种结构决定了塑料的成形性能。 （一）塑料形变与温度的关系（一）塑料形变与温度的关系 热塑性塑料形变特性(力学性能)。 低于玻璃化温度 热塑性塑料形变特性(力学性能)。 低于玻璃化温度T Tg g为为玻璃态玻璃态； 高于粘流温度 ； 高于粘流温度T Tf f(或结晶温度(或结晶温度T Tm m)温度为)温度为粘流态粘流态； 玻璃化温度和粘流温度之间为 ； 玻璃化温度和粘流温度之间为高弹态高弹态； 高于热分解温度 ； 高于热分解温度T Td d时，塑料会降解或气化分解。时，塑料会降解或气化分解。 1 塑料的成形1 塑料
8、的成形 Ch4 非金属材料成形非金属材料成形 2015-2-1河海大学机电工程学院 赵占西河海大学机电工程学院 赵占西8 一、工程塑料的成形性能一、工程塑料的成形性能 （一）塑料形变与温度的关系（一）塑料形变与温度的关系 玻璃态：玻璃态：强度、刚性较好，作为结构材料使用。强度、刚性较好，作为结构材料使用。 高弹态：高弹态：外力作用下，会产生很大的弹性形变 (100%1000%），此时的高聚物具有橡胶的特性。 外力作用下，会产生很大的弹性形变 (100%1000%），此时的高聚物具有橡胶的特性。 粘流态：粘流态：高聚物开始粘性流动，变形不可逆，一般 在此温度范围成形。 高聚物开始粘性流动，变形不
9、可逆，一般 在此温度范围成形。 固化：固化：热固性塑料在成形过程中，由于高聚物发 生交联反应，分子将由线型结构变为体型结构，这一 过程称为固化。 热固性塑料在成形过程中，由于高聚物发 生交联反应，分子将由线型结构变为体型结构，这一 过程称为固化。 1 塑料的成形1 塑料的成形 Ch4 非金属材料成形非金属材料成形 2015-2-1河海大学机电工程学院 赵占西河海大学机电工程学院 赵占西9 一、工程塑料的成形性能一、工程塑料的成形性能 （二）塑料的流变性能（二）塑料的流变性能 使用中：使用中：正常使用中处于玻璃态。正常使用中处于玻璃态。 成形时：成形时：要求塑料处于粘流态(或塑化态)。要求塑料处
10、于粘流态(或塑化态)。 粘流体：粘流体：聚合物熔体是聚合物熔体是非牛顿流体(称粘流体)非牛顿流体(称粘流体)， 其粘度随流动中的剪切速率、温度、压力的变化而 有较大的变化。对于一种塑料，通常其粘度随温度 的升高而降低，塑料的粘度愈小流动性也愈好。 ， 其粘度随流动中的剪切速率、温度、压力的变化而 有较大的变化。对于一种塑料，通常其粘度随温度 的升高而降低，塑料的粘度愈小流动性也愈好。 1 塑料的成形1 塑料的成形 Ch4 非金属材料成形非金属材料成形 2015-2-1河海大学机电工程学院 赵占西河海大学机电工程学院 赵占西10 一、工程塑料的成形性能一、工程塑料的成形性能 （三）塑料的成形工艺
11、性（三）塑料的成形工艺性 塑料的成形工艺性主要表现在以下几个方面：塑料的成形工艺性主要表现在以下几个方面： 1流动性1流动性塑料在一定的温度与压力下填充模具型 腔的能力称为塑料的流动性。 塑料在一定的温度与压力下填充模具型 腔的能力称为塑料的流动性。 1 塑料的成形1 塑料的成形 Ch4 非金属材料成形非金属材料成形 2015-2-1河海大学机电工程学院 赵占西河海大学机电工程学院 赵占西11 一、工程塑料的成形性能一、工程塑料的成形性能 （三）塑料的成形工艺性（三）塑料的成形工艺性 1流动性1流动性 常用塑料的流动性分为三类：常用塑料的流动性分为三类： 流动性好：流动性好：尼龙、聚乙烯、聚苯
12、乙烯、聚丙烯等；尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等； 流动性中：流动性中：改性聚苯乙烯、ABS、聚甲基丙烯酸甲酯、 聚甲醛等； 改性聚苯乙烯、ABS、聚甲基丙烯酸甲酯、 聚甲醛等； 流动性差：流动性差：聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚砜、氟塑料等聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚砜、氟塑料等。 1 塑料的成形1 塑料的成形 Ch4 非金属材料成形非金属材料成形 2015-2-1河海大学机电工程学院 赵占西河海大学机电工程学院 赵占西12 一、工程塑料的成形性能一、工程塑料的成形性能 （三）塑料的成形工艺性（三）塑料的成形工艺性 2收缩性2收缩性塑料的热膨胀系数较钢大310倍，制 件的成形收缩值可用收缩率表示： 式
13、中： 塑料的热膨胀系数较钢大310倍，制 件的成形收缩值可用收缩率表示： 式中：k k塑料收缩率；塑料收缩率；L Lm m模具在室温的尺寸mm；模具在室温的尺寸mm； L L1 1塑件在室温时的尺寸mm。 收缩率是成形加工和模具设计的重要工艺参数， 影响塑料件尺寸精度及质量。 塑件在室温时的尺寸mm。 收缩率是成形加工和模具设计的重要工艺参数， 影响塑料件尺寸精度及质量。 1 塑料的成形1 塑料的成形 版权所有：河海大学机电工程学院 赵占西 Ch4 非金属材料成形非金属材料成形 2015-2-1河海大学机电工程学院 赵占西河海大学机电工程学院 赵占西13 一、工程塑料的成形性能一、工程塑料的成
14、形性能 （三）塑料的成形工艺性（三）塑料的成形工艺性 3结晶性3结晶性塑料分为结晶型塑料和无定形塑料。如果高聚 物的分子呈规则紧密排列则称为结晶型塑料，否则为无定型塑 料。 固体中晶相所占质量分数称为 塑料分为结晶型塑料和无定形塑料。如果高聚 物的分子呈规则紧密排列则称为结晶型塑料，否则为无定型塑 料。 固体中晶相所占质量分数称为结晶度结晶度。该值大该值大，则密度 大，分子间作用力强，塑料的硬度和刚度提高，力学性能和耐 磨性增高，耐热性、电性能及化学稳定性亦有所提高；反之， ，则密度 大，分子间作用力强，塑料的硬度和刚度提高，力学性能和耐 磨性增高，耐热性、电性能及化学稳定性亦有所提高；反之，
15、 结晶度低或无定形结晶度低或无定形塑料，其与分子链运动有关的性能，如柔韧 性、耐折性，伸长率及冲击强度等则较大，透明度也较高。 塑料，其与分子链运动有关的性能，如柔韧 性、耐折性，伸长率及冲击强度等则较大，透明度也较高。 1 塑料的成形1 塑料的成形 Ch4 非金属材料成形非金属材料成形 2015-2-1河海大学机电工程学院 赵占西河海大学机电工程学院 赵占西14 一、工程塑料的成形性能一、工程塑料的成形性能 （三）塑料的成形工艺性（三）塑料的成形工艺性 4热敏性和水敏性4热敏性和水敏性 热敏性是指塑料对热降解的敏感性热敏性是指塑料对热降解的敏感性。有些塑料对 温度比较敏感，如果成形时温度过高
16、容易变色、降 解，如聚氯乙烯、聚甲醛等。 。有些塑料对 温度比较敏感，如果成形时温度过高容易变色、降 解，如聚氯乙烯、聚甲醛等。 水敏性指塑料对水降解的敏感性，也称吸湿性水敏性指塑料对水降解的敏感性，也称吸湿性。 水敏性高的塑料，在成形过程中由于高温高压，使塑 料产生水解或使塑件产生气泡缺陷。所以塑料在成形 前要干燥除湿，并严格控制水分。 。 水敏性高的塑料，在成形过程中由于高温高压，使塑 料产生水解或使塑件产生气泡缺陷。所以塑料在成形 前要干燥除湿，并严格控制水分。 1 塑料的成形1 塑料的成形 Ch4 非金属材料成形非金属材料成形 2015-2-1河海大学机电工程学院 赵占西河海大学机电工程学院 赵占西15 一、工程塑料的成形性能一、工程塑料的成形性能 （三）塑料的成形工艺性（三）塑料的成形工艺性 5毒性、刺激性和腐蚀性5毒性、刺激性和腐蚀性 有些塑料在加工时会分解出有毒性、刺激性和腐 蚀性的气体。 例如，聚甲醛会分解产生刺激性气体 有些塑料
