第七章塑料及加工工艺课件

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1、第七章 塑料及加工工艺,自从1868年第一种塑料问世以来，塑料的发展迅猛，现在的塑料多达80多种，从原来利用天然纤维素添加樟脑做增塑剂制成的赛璐珞塑料，到今天研制而成的工程塑料、通用塑料和增强塑料等。无论是家电外壳还是办公用品，衣服纽扣，无论是家具拉手，数码产品还是还是机床，照明灯罩，汽车仪表盘等，都由各种塑料加工而成，塑料成为当今产品中利用率最高的材料。据有关资料统计，到2010年世界塑料的产量与钢铁产量相等，“以塑代钢”，“以塑代木”，使塑料迅速成为与钢铁、有色金属、无机非金属材料同步发展的基础材料。,赛璐珞,高分子聚合物又叫做高聚物，是由千万个原子彼此以共价键连接的大分子化合物。是各种塑

2、料、橡胶、纤维等有机非金属材料的总称。 1、高分子聚合物的特点 高分子具有和低分子截然不同的结构特性。归纳比较如下： (1)具有可分割性 低分子物质的分子不能用一般的机械方法把它分开，如果把它分开，其性质就发生了变化，成为另外的物质。而高分子则不然，因为它的分子很大，当用外力把分子拉断或切开变成两个分子后，高分子聚合物的性质一般没有明显的改变。高分子结构的这种特征称为可分割性。,塑料是一种高分子聚合物，在了解塑料之前必须先了解高分子聚合物的基本知识 71 高分子聚合物的基本知识,(2)具有弹性 所谓弹性是指材料形变的可恢复性。高分子聚合物在外力作用下发生形变，当外力解除，这种形变就可以恢复到原

3、状。弹性是高分子聚合物重要的特性之一。 (3)具有可塑性 高分子聚合物受热达到一定温度后，先是经过一个较长的软化过程，而后才能变为粘流状态。这是由于高分子聚合物是由很长的大分子链所构成，当链的某一部分受热时，须经过一定的时间和温度间隔，整个大分子链才会变软，这时高分子聚合物具有可塑性。这一特点对聚合物的加工成型十分重要。 (4)具有绝缘性 高分子聚合物对电、热、声具有良好的绝缘性能。从结构上看这是因为高分子化合物大部是有机化合物，分子中的化学键都是共价键，不能电离，因此不能传递电子；又因为大分子链呈蜷曲状态，互相纠缠在一起，在受热、受声作用之后，分子不易振动起来，因而它对热、声也具有绝缘性。,

4、(1)高分子聚合物的组成 高分子聚合物虽然分子量很大，但化学组成比较简单，都是由简单的结构单元以重复的方式连接而成。例如，聚乙烯是由乙烯单体聚合而成，可以写作（CH2CH2）n，它是由许多结构单元（CH2CH2）重复连接的，这种重复结构单元称为“链节”，重复的次数称为“聚合度”。聚合度和高分子的分子量有如下关系：Mn m M高分子的分子量 n高分子的聚合度 m链节的分子量,、高分子聚合物的组成和结构,高分子聚合物的结构包括分子链结构和聚集态结构。 分子链结构通常分为线型结构、枝链型结构和网型结构。线型结构的高分子在拉长或低温下易呈直线形状，而在较高温度下或稀溶液中，则易成蛆曲形状。这种长链形状

5、分子的特点是可溶和可熔。它可以溶解在一定的溶剂中，而加热时又可以熔化。基于这一特点，线型分子易于加工，可以反复使用；枝链型结构的高分子好象一根“节上生枝”的树干一样。它的性质和线型结构基本相同；网型结构的高分子是在长链大分子之间有若干支链把它们交联起来，构成一种网状的形状。如果这种支链向空间伸展的话，便得到体型大分子结构。这种聚合物在任何状况下部不熔化，也不溶解。 聚集态结构根据分子的排列状态分为晶态聚合物和非晶态聚合物。,(2)高分子聚合物的结构,3.高分子聚合物的分类,随着温度的变化，聚合物可以呈现不同的力学状态。在应用上，材料的耐热性(变形或变质温度)，耐寒性(变硬或易脆裂的温度)有着重

6、要意义，而热性能取决于大分子的分子结构及聚集态结构。由于温度和聚合物形变的关系能比较全面的反映高分子运动的状态，因此通过形变一温度曲线和特征温度的讨论，可了解热性能与结构的关系。在线型聚合物中，由于链段热运动程度不同，一般可出现三种不同的力学状态：玻璃态、 高弹态和粘流态。,4、 高分子聚合物的力学状态,玻璃态,高弹态,粘流态,形变,温度,Tg,Tf,(1)玻璃态 玻璃态相当于小分子物质的固态。在玻璃态时由于温度较低，大分子链和链段部不能产生运动。在外力的作用下，只能使大分子中的原子作轻微的振动，从而产生较小的可逆形变。,(2)高弹态 随着温度继续增加，到达玻璃化温度时，聚合物进入高弹态。分子

7、链段获得足够的能量而发生运动产生较大的形变高弹形变，这种形变具有可逆性，在常温下处于高弹恋的聚合物，可作为弹性材料使用。,当温度继续增加达到软化温度时，聚合物进入粘流态，整个大分子链开始运动，产生相对滑移，形成很大的形变，这种形变具有不可逆性。聚合物的粘流态不同于玻璃态和高弹态，它不是一种使用状态，而是工艺状态。,聚合物从玻璃态向高弹态转变时的温度称为玻璃化温度，用Tg表示。其转变过程称为玻璃化转变。是高分子材料使用的最高温度，如使用温度高于Tg，则要产生较大的形变或断裂。聚合物的玻璃化温度很有实际意义，聚合物的玻璃化温度越高、它的耐热性也就越好。,(3)粘流态,聚合物从高弹态向粘流态转变时的

8、温度称为粘流温度，用Tf表示。Tf是聚合物大分子链开始滑动时的温度，Tf主要和聚合物的分子量有关，而结构的影响较小。分子量越大Tf亦越高。Tf的高低决定聚合物加工成型的难易。 若聚合物在常温下呈玻璃态，则可以用来做塑料。若在常温下呈高弹态，那么可作为弹性材料使用，如橡胶。,塑料是以合成树脂为主要成分，适当加入填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂，在一定温度和压力下塑制成型的一类高分子材料； 塑料各组分在塑料中所起的作用： (1)合成树脂 人工合成的高分子化合物，是塑料的基本原料，起胶粘剂的作用，能将其它组分胶结成一个整体。并决定塑料的基本性能。 (2)添加剂 添加剂的加入，可改善塑料的某

9、些性能、以获得满足使用要求的塑料制品。 填料提高塑料的机械性能 、耐热性能和电性能。同时降低成本，通常填料的加入量为4070。主要是一些在塑料配方中相对呈惰性的粉状材料或纤维材料。,7、2塑料的基本特性 1.塑料的组成,增塑剂改进塑料的可塑性、柔软性。降低其刚性和脆性，并使塑料易于加工成型。 稳定剂防度塑料在加工和使用过程中，因受热、氧气和光线作用而变质、分解，以延长塑料的使用寿命。稳定剂在塑料成型过程中应不分解，应耐水、耐油、耐化学腐蚀，并易与树脂混溶。 润渭剂提高塑料在加工成形中的流动性和脱模性。润渭剂还可以使塑料制品的表面光亮美观。 着色剂使塑料具有一定的色彩，以满足使用要求。 固化剂与

10、树脂起化学作用，形成不溶不熔的交联网状结构。为得到热固性塑料，则须加入固化剂。 其它添加剂有的塑料制品使用中因摩擦产生静电，这种静电积蓄不散会影响制品的使用安全性、同时也易吸尘、沾污，并影响外观，对此类塑料须加入抗静电剂。其他如发泡剂、阻燃剂、荧光剂等，则根据塑料制品的需要而添加。,塑料种类繁多，常用的分类方法有按热行为分类和按应用分类两种。塑料按热行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。 A、热塑性塑料：在特定温度范围内受热软化(或熔化)，冷却后硬化、并且能多次反复，其性能也不发生显著变化的塑料。其特点是：热塑性塑料在加热软化时，具有可塑性，可以采用多种方法加工成型，成型后的机械性能较好，但耐热性

11、和刚性较差。常见的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS、聚酰胺、聚碳酸酯、聚砜等。 B、热固性塑料：在一定温度压力下或在固化剂、紫外光等条件作用下固化生成不溶或不熔性能的塑料。其特点是：热固性塑料在固化后不再具有可塑性，刚度大，硬度高，尺寸稳定，具有较高的耐热性。温度过高时，则会被分解破坏。常见的热固性塑料有：酚醛塑料、环氧塑料、氨基树脂、有机硅塑料等。,2、 塑料的分类,塑料按其应用可分为通用塑料、工程塑料、特种塑料和增强塑料。 通用塑料：通用塑料一般是指使用广泛，产量大，用途多，价格低廉的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂及氨基树脂等。 工程塑料：工程塑料通常是指

12、性能优良，能承受一定外力作用并具有较高的机械强度，适用作工程材料或结构材料的塑料，如聚酰胺、聚碳酸脂、ABS、聚甲醛、聚砜、聚苯醚等。 特种塑料：特种塑料又称功能塑料，是指具有特殊功能、能满足特殊使用要求的塑料。其特点是：耐高温、具有自润滑性、强度高缓冲性能好。如医用塑料、导电塑料、氟塑料等。 增强塑料：由树脂和增强材料相结合而成，用来提高塑料机械强度的复合材料。其特点是：质地轻、坚硬和耐腐蚀，可用作电绝缘材料、装饰材料及机械部件的外壳。如玻璃钢、碳纤维增加塑料等。,对造型材料要求其能够自由成型或易加工，并能够充分发挥材料的特性，作为人工合成开发的塑料恰好能满足这些要求。虽塑料制品的性能，根据

13、其种类、成型条件及使用环境等变化较大，但与其它材料相比较，塑料具有良好的综合特性。 (1)塑料质轻，比强度高(比强度是指强度与密度的比值)，有一定的强度： 一般塑料密度在0.92.3gcm3之间，聚乙烯、聚丙烯的密度最小，约为0.9g cm3 ，最重的聚四氟乙烯密度不超过2.3gcm3，是铝材质量的一半，是钢材质量的1/81/4，但比强度高，超过了金属材料；另外如玻璃纤维增强塑料的抗拉强度可达到170-400MPa，广泛的应用于汽车外壳、船体甚至是航天飞机上。,、塑料的一般特性,(2)多数塑料制品有透明性，并具有光泽，能着鲜艳色彩 大多数塑料可制成透明或半透明制品，其中聚苯乙烯和丙烯酸脂类塑料

14、玻璃一样透明，可以任意着色，且着色坚固，不易变色。,(3)优良的电绝缘性 大多数塑料在低频低压下具有良好的电绝缘性能，其性能几乎可以和陶瓷相当。有的即使在高频高压下也可以作电器绝缘材料或电容介质材料。塑料的导热率极小，只有金属的1600一1200，泡沫塑料的导热率与静态空气相当，被广泛用作绝热保温材料或建筑节能、冷藏等绝热装置材料。 (4)耐磨、自润滑性能好 大多数塑料具有优良的减磨、耐磨和自润滑特性，可以在无润滑条件下有效工作。产品中的很多耐磨零件就是利用工程塑料的这种特性制作的。 (5)塑料有耐化学药品性 多数塑料对一般浓度的酸、碱、盐等化学药品具有良好的耐腐蚀性能，其中最突出的是聚四氟乙

15、烯，连“王水”也不能腐蚀，是一种优良的防腐蚀材料。,塑料与金属及其他工业材料相比较有以下缺点。 耐热性差，低温容易发脆。一般塑料多在1000C以下使用，在3000C左右发生变形、燃烧时放出有毒气体。由于耐热性较差，使塑料的用途受到限制。 塑料制品易变形。热胀系数大，温度变化时尺寸稳定性较差，成型收缩较大，即使在常温负荷下也容易变形，有些塑料易溶于溶剂。 塑料有“老化”现象。塑料在长时间使用或贮藏过程中，质量会逐渐下降。这是由于受周围环境如氧气、光、热、辐射、湿气、雨雪、工业腐蚀气体、溶剂和微生物等的作用后，塑料的色泽改变、化学构造受到破坏，机械性能下降，变得硬脆或软粘而无法使用，这称为塑料的“

16、老化”，它是塑料制品性能中的一个严重缺陷。,(6) 塑料成型加工方便，能大批量生产 塑料通过加热、加压可塑制成各种形状的制品，易进行切削、焊接、表面处理等二次加工，精加工成本低，用塑料制品代替金属制品，可以节约大量金属材料。另外塑料可实现100%的回收利用率。,塑料的工艺特性是指将塑料原料转变为塑料制品的工艺特性。即塑料的成型加工性。塑料的成型方法很多，根据加工时聚合物所处状态的不同，塑料成型加工的方法大体可分为三种： 处于玻漓态的塑料，可以采用车、铣、钻、刨等机械加工方法和电镀、喷涂等表面处理方法。 当塑料处于高弹态时，可以采用热压、弯曲、真空成型等加工方法。 把塑料加热到粘流态，可以进行注射成型、挤出成型、吹塑成型等加工。 塑料成型方法的选择取决于塑料的类型(热塑性或热固性)、特性、起始状态及制成品的结构、尺寸和形状等。,73 塑料的工艺特性,塑料成型是将不同形态(粉状、粒状、溶液或分散体)的塑料原料按不同方式制成所需形状的坯件，是塑料制品生产的