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1、塑胶材料知识 课程内容 塑料概述塑料的分类塑料的改良塑料成型理论基础常见塑料特性及应用常见塑料的识别特征塑料的选择 塑料概述 塑料 Plastic 塑料来源丰富 成本低廉 而且密度小 比强度高 绝缘性能好 化学稳定 减震和耐磨 在现代工业和日常生活中得到了日益广泛的应用 塑料是由可形成高相对分子质量聚合物的单体化学聚合而成的合成材料 低分子化合物单体经过聚合反应转变成大分子物质 其原子以共价键的方式形成大分子结构 相对分子质量一般不低于104 塑料概述 塑料的组成 聚合物大分子基本都呈长链状结构 由添加的化学成分沿着主要的分子 脊椎 形成分枝 虽然术语塑料 plastic 经常被随意地当做聚合
2、物 polymer 树脂 resin 的同义词 但是塑料通常是一种混合物 其主要成分为合成树脂 还含有助于成型的润滑剂 改进机械性能的增塑剂 抗老化的稳定剂 降低配方成本的填充剂 改进物理性能的阻燃剂 提高光学性能的成核剂和其它的添加剂等 聚合物单体 塑料组成 聚合过程 塑料概述 塑料产品制造方法 总体来讲 将塑料制成最终产品主要通过物理相变如熔化和凝固 对热塑性塑料 或化学反应 对热固性塑料 两种方式 下图是各种制造方法占塑料总量的比例 塑料概述 塑料的分类 按用途分类 塑料的分类 按成型性能分类 塑料的分类 热塑性塑料循环原理 热塑性塑料的成型过程在理论上为仅发生诸如相变的物理过程 就好像
3、加热时冰变成水 然後冷却时水又变成冰一样 故此类塑料应该很容易加以重复再生利用 如注射成型中的废料 注道 浇道等 但在成型过程中由于常常发生某些轻微的化学变化 如氧化降解 热降解 这就可能使第二代再生塑料的性能与初次所用的新塑料不尽相同 热塑性塑料循环原理 塑料的分类 塑料的分类 塑料的微观构造及受热冷的影响 Thermoset Thermoplastic 塑料的分类 Amorphous和Crystalline的比较 塑料的分类 Amorphous和Crystalline的比较 塑料的分类 Amorphous和Crystalline的比较 塑料的分类 Amorphous和Crystalline
4、的比较 Crystalline Amorphous 一般特性 透明较低的耐化学品性低成型收缩率通常低强度通常高熔融粘度较低的热含量 半透明或不透明极好的耐化学品性高成型收缩率通常高强度通常低熔融粘度较高的热含量 有结晶热 塑料的分类 塑料的改良 原料聚合物 Blends Homo polymers Co polymers 冲击改性物 刚性增强物 添加剂 冲击改性物有非常低的Tg 玻璃转化温度 刚性增强物有非常高的硬度和强度 GlassFiberCarbonFiberGlassFiber Talc 稳定剂 抗氧剂 紫外线稳定剂 抗热稳定剂阻燃剂着色剂 颜料 润滑剂隔离剂 塑料的改良 塑料改性与增
5、强的影响 冲击改性物 刚性增强物 Fiber 增加抗冲击力 增加韧性降低硬度 降低强度 增加硬度和强度 降低韧性 增加翘曲各向异性减少热膨胀 塑料的改良 塑料成型理论基础 塑料的热力学状态 塑料的物理状态与温度的关系玻璃态 0 Tg分子在冻结状态 硬而脆 遇压力则易破裂 高弹态 Tg Tf受外力可变形 未达熔化状态 不易成型 粘流态 Tf Td可随意加工成型 分解 Td 塑料开始裂解 出现气体分解物 甚至达烧焦状态 塑料成型理论基础 塑料的流变性 塑料流体的流动曲线与流变曲线在塑料熔体中 聚碳酸酯 PC 聚酰胺 PA 等少数几种熔体的粘度对剪切应变速率不敏感 可近似为牛顿流体 而绝大多数塑料熔
6、体的流动都接近于假塑性流体 只是在剪切应力很小或很大时才表现为牛顿流体 假塑性流体的剪切应力与剪切速率曲线在弯曲的起始阶段有类似塑性流动的行为 其粘度与剪切速率曲线偏离牛顿流体曲线向下弯曲 粘度随剪切速率的增大而降低 塑料成型理论基础 剪切流动 剪切流动是熔融流体在外力下的相对滑动 1 剪切流动 ShearFlow 剪切速率是熔融流体剪切流动的速率 2 剪切速率 ShearRate 剪切应力是熔融流体剪切流动的抵抗力 高粘度造成高剪切应力 3 剪切应力 ShearStress 塑料成型理论基础 粘度 Viscosity ShearStress ShearRate 剪切速率影响粘度 高剪切速率导
7、致低粘度 塑料成型理论基础 粘度 Viscosity 是抵抗运动的能力 熔体流动依赖于Viscosity特性 Viscosity又依赖于Shearrate Temperature Pressure Residencetime 塑料的成型窗口 要成型好品质的塑料产品必须使用一个合适的成型窗口 塑料成型理论基础 常见塑料的特性及应用 常见热塑性塑料 ABS丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物PA12聚酰胺12或尼龙12PA6聚酰胺6或尼龙6PA66聚酰胺66或尼龙66PBT聚对苯二甲酸丁二醇酯PC聚碳酸酯PC ABS聚碳酸酯和丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物和混合物PC PBT聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的
8、混合物PE HD高密度聚乙烯PE LD低密度聚乙烯PEI聚乙醚PET聚对苯二甲酸乙二醇酯PETG乙二醇改性 聚对苯二甲酸乙二醇酯PMMA聚甲基丙烯酸甲酯POM聚甲醛PP聚丙烯PPE PPO聚丙乙烯PS聚苯乙烯PVC聚氯乙烯SAN苯乙烯 丙烯腈共聚物 常见塑料的特性及应用 ABS 常见塑料的特性及应用 Nylons 常见塑料的特性及应用 PA12 常见塑料的特性及应用 PA6 常见塑料的特性及应用 PA66 常见塑料的特性及应用 PBT 常见塑料的特性及应用 PC 常见塑料的特性及应用 PC ABS 常见塑料的特性及应用 PC PBT 常见塑料的特性及应用 PE HD 常见塑料的特性及应用 PE
9、 LD 常见塑料的特性及应用 PEI 常见塑料的特性及应用 PET 常见塑料的特性及应用 PETG 常见塑料的特性及应用 PMMA 常见塑料的特性及应用 POM 常见塑料的特性及应用 PP 常见塑料的特性及应用 PPE PPO 常见塑料的特性及应用 PS 常见塑料的特性及应用 PVC 常见塑料的特性及应用 SAN 常见塑料的特性及应用 常见塑料的特性及应用 常见塑料的识别特征 外观识别法 聚乙烯 PE 聚丙烯 PP 尼龙 Nylon 均有不同的可弯性 手触有硬蜡样滑腻感 敲击时有软性角质类声音 PE LD未染色前呈乳白色 半透明 较软 柔而韧 稍能伸长 PE HD未染色前也呈乳白色 但不透明
10、较硬 不易延伸 PP未染色前呈白色 半透明 但比PE LD透明度略高 且更轻 更为刚硬 Nylon未染色前色泽微黄 PE PP相对密度均小于1 浮于水 Nylon12 或PA12 相对密度为1 01 1 03 在水中接近于悬浮状 常见塑料的识别特征 外观识别法 聚苯乙烯 PS 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯 ABS 聚碳酸酯 PC 有机玻璃 PMMA 均无延展性 手触有刚性感 敲击时声音较清脆 PS和ABS的区别在于PS为脆性 折弯时很易脆裂 ABS为韧性 折弯时很难断裂 在折弯部位由于分子拉伸取向而发白 裂口更是如此 PC未染色前是透明的 ABS则呈浅象牙色 原色的PS和PMMA从外观上较难识别 都
11、有较好的透光性 即使染上颜色 其透光效果 光泽度 硬度等几乎都是一样的 PS及其它绝大多数塑料 相对密度均大于1 沉于水 常见塑料的识别特征 燃烧观察法 电木 PF 及其它所有热固性塑料 受热或燃烧时都没有发软熔融过程 只会变脆和焦化 聚苯乙烯 PS 及其它所有热塑性塑料 受热或燃烧时都必先经历发软熔融过程 但不同种类塑料有不同的燃烧现象聚乙烯 PE 容易燃烧 离火源后仍能继续燃烧 燃烧时火焰上端呈黄色 下端呈蓝色 燃烧较完全 黑烟甚少 在近火焰处 塑料有熔融滴落现象 类似于矿烛蜡的流淌 熔融物亦很少被烟色熏染 火焰熄灭后 有明显的石蜡燃烧气味 聚丙烯 PP 燃烧现象与PE大体相同 可能有少量
12、黑烟 火焰熄灭后 则是有介乎煤油之类的石油味 尼龙 Nylon或PA 燃烧较为缓慢 移走火源后 若环境温度不太高 或有金属附件将热量带走 维持燃烧的时间不长 稍后便自行熄灭 火焰颜色上黄下蓝 在近火焰处 塑料表面既熔融滴落 又会起泡 熄灭后有类似烧焦羊毛或指甲气味 常见塑料的识别特征 燃烧观察法 聚苯乙烯 PS 及其它热塑性塑料 续 聚苯乙烯 PS 和丙烯腈 丁二烯 苯乙烯 ABS 容易燃烧 离火源后仍能继续燃烧 燃烧极不完全 火焰呈黄色 并夹有浓密黑烟炭束 随烟气逸 弥漫四周 但PS的炭束稍少一些 燃烧时 近火焰处的塑料表面软化而不易发生滴落 PS表面会起泡 而ABS表面不起泡而呈焦化状态
13、熄灭后 PS带苯乙烯单体味 ABS有一种非常独特的臭味 聚碳酸酯 PC 燃烧现象接近于PS 但燃烧速度缓慢 离火后会慢慢熄灭 熄灭后发出的是花果味 有机玻璃 PMMA 燃烧时没有炭束飞逸 火焰呈浅蓝色 顶端白色 燃烧后发出强烈的花果臭和腐烂的蔬菜臭味 聚氯乙烯 PVC 较难燃烧 离火源后容易自熄 燃烧时火焰上方黄色 底部绿色 有时还喷溅黄色绿色小火焰 冒出白烟 发出的气味辛辣刺鼻 熔体一边燃烧一边软化 可以拉扯出丝 常见塑料的识别特征 塑料的选择 塑料选择的基本考虑 塑料的选择 成型收缩率大小 收缩率小的塑料 PS ABS PC 的尺寸精度较易达成 而收缩率大的塑料 PP PE POM 较难做到尺寸精度 模具的公差约为产品公差的1 6 流动粘度大小 流动粘度较大的塑料 ABS 熔胶较不易流入缝隙中 流动粘度小的塑料 PA POM 即使间隙很小熔胶亦易于流入 塑料选择的基本考虑 成型温度高低 成型温度较低的塑料 PS 较易成型且成型周期亦短 而成型温度较高的塑料 PC 较难成型且成型周期亦长 是否易变质或分解 成型时不易变质或分解的塑料 PS PE PP 量产时不易引起品质不稳的不良品 而成型时易变质或分解的塑料 若不严格要求成型条件 模具可以精密控制成型条件 则无法量产 这在使用热浇道的情形下问题尤其严重 塑料的选择
