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1、1 注塑工程师培训第一章 成型材料第一节注射成型的进展第二节 常用填料第二章 塑料的物理性能第一节 塑料的物理性能第二节 聚合物表面性能与相容性第三节 聚合物的力学性能第三章 制品成型机理第一节 结晶效应第二节 取向效应第三节 内应力第四节 聚合物的流变性能第四章 成型缺陷及对策见图表第一章 成型材料第一节注射成型的进展近年来无论在注塑理论和实践方面，还是在注塑工艺和成型设备方面都有较深的研究和进展。注塑时，首先遇到的是注塑的可成型性，这是衡量塑料能否快速和容易地成型出符合质量要求。并希望能在满足质量要求的前提下，以最短注塑周期进行高效率生产。不同的高分子材料对其加工的工艺条件及设备的区别很大
2、，材料特性和工艺条件将最终影响塑料制品的物理机械性能，因此全面了解注塑周期内的工作程序， 搞清材料成型特性和成型工艺条件及各种因素的相互作用和影响，对注塑加工有重要意义。在对充模压力的影响实验表明：高聚物的非牛顿特性越强，则需要的压力越低；结晶型比非结晶型高聚物制品有更大的收缩，在相变（相变材料PCM 是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热）中比容（单位质量的物质所占有的容积称为比容，用符号“V“表示。其数值是密度的倒数） 变化较大。 在对注塑过程中大分子取向的机理研究证明聚合物熔体受剪切变形时，
3、大分子由无规卷曲状态解开，并向流动方向延伸和有规则的排列，如果熔体很快冷却到相变温度以下， 则大分子没有足够的时间松驰和恢复到它原来的无规则卷曲的构造程度，这时的聚合物就要处于冻结取向状态， 这种冻结取向使注塑制品在双折射热传导以及力学性质方面显示出各向导性。由于流变学和聚合物凝固过程的形变原因，制品取向可能在一个方向占优势形成单轴取向，也2 可能在两个方向上占优势，形成双轴取向。双轴取向会使制品得到综合的机械特性，所以在注塑制品中总希望得到双轴取向制品。而在纤维抽丝过程中却希望得到单轴取向。对于取向分布的试验表明：取向最大是发生在距离制件表面20%的厚度处，发现取向程度随熔体温度与模温减小而
4、增加，而提高注射压力或延长注射时间会增加制品的取向程度。对聚苯乙烯试样表明： 拉伸强度在平行取向方向上随取向度增加而提高，在垂直方向上则下降。对聚甲醛的观察表明： 注射时间的加长会使过渡晶区的厚度增加，注射压力的提高会使制品断裂伸长加大。测试表明：注塑的残余应力与应变对制品质量有着重要影响，一般注塑制品有三种残余应变形式：A 伴随热应力而产生的应变， B 与分子冻结取向相关的残余应变，C 形体应变，对一般塑料而言注射压力的增加会增加制品中的残余应力，而对ABS 不十分明显。对于制件拉伸特点的分布研究表明：一般聚合物的密度增加会提高拉伸强度，断裂伸长率和硬度，使冲击强度降低。粘弹性：注塑过程中在
5、靠近浇口处由于高的形变速率和运动学不稳定性，可能产生足够大的粘弹效应，在前缘附近聚合物熔体受到切向拉伸，这种变形型式可称为喷泉效应，对薄模腔的高弹性聚合物熔体流动的前缘，在模腔厚度，宽度发生阶梯变化的地方， 以及浇口附近应该着重考虑粘弹效应。综上所述，如何能把这些理论应用到生产实践中去，改善工艺过程中的控制以减少材料，劳动量，达到缩短周期和减少废品的目的。第二节常用塑料一、简述 . 塑料它可以是纯的树脂，也可以是加有各种添加剂的混合物，树脂起粘结剂作用。所加添加料的目的是用来改善纯树脂的物理机械性能，改善加工性能或者为了节约树脂。因此，塑料最基本的物理化学性质是由树脂的性质所决定的。树脂可分天
6、然树脂和人造树脂，后者又称合成树脂。树脂都属高聚物，这些高聚物有独特的分子内部结构与分子外部结构。高分子内部结构决定了高聚物最基本的物理化学性质；而高分子外部结构则决定高聚物的加工性能和物理机械性能。聚合物按链之间在凝固后的结构形态可分非结晶型（无定型），半结晶型和结晶型。所以塑料也有无定型和结晶型之分。结晶型塑料在凝固时，有晶核到晶粒的生成过程，形成一定的体态。如PE，PP，PA，POM，等均属结晶型。无定型塑料在凝固时，没有晶核与晶粒的生长过程只是自由的大分子链的“冻结” 如 PS， PVC，PMMA ，PC 等。又按其塑料对热作用的反映，可分热塑性塑料与热固性塑料两类：热塑性塑料的特点是
7、加热可以软化，冷却时又重返固态。这一可逆过程，可以反复多次。如：PS，PVC，PA，PP，POM 等；而热固性塑料特点是在某一温度下能转变成可塑性熔体，但如果继续提高温度， 延长加热时间高分3 子内部将产生交联作用而固化。 再不能用加热方法使其软化到原始状态，不能反复加工。 如：环氧，呋喃，氨基，酚醛等。二、常用塑料（1）聚烯烃 ，聚烯烃是烯烃高聚物的总称，一般是指乙烯，丙烯，丁烯的均聚物与共聚物。主要品种有：低密度聚乙烯（LDPE）,线型低密度聚乙烯（ LLDPE） ，中密度聚乙烯（ MDPE） ，高密度聚乙烯（ HDPE） ，超高分子量聚乙烯（ UHMPE） ，氯化聚乙烯（ CPE） ；乙
8、烯 -丙烯共聚物，乙烯-醋酸乙烯共聚物（ EVA） ；聚丙烯（ PP） ，氯化聚丙烯（ PPC） ，增强聚丙烯（ RPP）聚丁烯（ PB）等。（2）氯乙烯 （PVC）注塑用聚氯乙烯是悬浮聚合产品，按其颗粒形态有紧密型和疏松型。聚氯乙烯的改性品种有：氯化聚氯乙烯（CPVC） ，氯乙烯 -醋酸乙烯共聚物，氯乙烯 -偏氯乙烯共聚物（ PVDC） ，氯乙烯 -乙丙橡胶接枝共聚物，耐寒PVC 即氯乙烯与马来酸酐的共聚物。注塑用 PVC 有两类：一种是湿混造粒，即把各种添加剂稳定剂加工助剂润滑剂冲击改性剂复合稳定剂等混合后挤出造粒。另一种是干混料不造粒的粉状聚氯乙烯。（3）苯乙烯系树脂 .苯乙烯系树脂是指
9、苯乙烯的均聚物与共聚物树脂的总称。近年来为改善其脆性和耐热温度低的缺点，采用与橡胶等共混和接枝的方法发展一系列改性品种。如与丙烯腈，丁二烯，a-甲基苯乙烯，甲基丙烯酸甲脂，马来酸酐等二元共聚物可改善耐热性和脆性；与丙烯腈丁二烯的共聚物 ABS 是冲击韧性和加工性能很好的工程塑料。目前苯乙烯系塑料有通用级，发泡级，冲击级和AS，ABS 等，AS 有通用级 AS（I）与耐热级AS（II） 。（4）丙烯酸脂类 ，丙烯酸脂类塑料通常包括聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA ）俗称有机玻璃，以及纤维聚合物丙烯腈。这都是从丙烯酸衍生的高聚物。供注塑级的 PMMA 用悬浮聚合制成，有通用级耐热级和高流动级。（5）酰胺
10、树脂聚 . 酰胺树脂聚又称尼龙（ PA）是早的工程塑料品种之一，用作纤维时称绵纶。我国有 PA6，PA610，PA612，PA66，PA1010以及高碳尼龙， PA66与弹性接枝共混的超韧性PA，还有芳香聚酰胺等。（6）线性聚脂类 .在聚合物链节中含有脂链或醚链，而无支链和交联结构的树脂统称为线性聚脂或线性聚醚。 国产有：聚碳酸酯双酚 A 型（PC） ，改性聚碳酸酯， 聚对苯二甲酸乙二脂 （涤纶，PET）聚对苯二甲酸丁二脂（ PBT）聚芳脂（双酚 A 型） ，聚甲醛（ POM）等。PC 是一种无定型的热塑性聚合物，纯PC 虽有好的综合性能，但容易应力开裂，耐磨性及流动性不良，目前多采用PE，A
11、BS，PS，PMMA ，与之进行共混以克服上述缺陷。PET 大部作纤维少部用于薄膜， 而注塑成型用的多是玻璃纤维增强（FRPET） ，PBT 与 PET 都属结晶型热塑性线型聚脂。聚芳脂（双酚 A 型） ，这是与 PC 相似的无定型工程塑料聚甲醛（ POM）有均聚和共聚两种，都是结晶型聚合物。均聚比共聚POM 热稳定性差加工温度范围窄。此外还有含油 POM 这是在 POM 内加液体润滑油和硬脂酸盐类的表面活性剂的共聚物。含油 POM 摩擦系数小，物料不易输送所以常用开槽料筒的注塑机进行生产。（7）氟塑料 . 氟塑料品种有：聚四乙烯（PTFE） ，聚四乙烯与六氟丙烯酸共聚物（FEP） ，三氟4
12、乙烯（ PCTFE） ，聚偏氟乙烯（ PVDF）聚氟乙烯（ PVF）等。PCTFE从分子结构上看与PTFE主要的区别在于有氯原子存在， 从而破坏了 PTFE 对称性，降低了大分子链堆砌，使其增加挠性。PCTFE 对热较敏感，易于高温下分解。聚偏氟乙烯（PVDF） ，是一种白色粉末状，结晶型热塑性树脂。（8）纤维素塑料，纤维素塑料是指由天然纤维素与无机或有机酸作用产生的纤维素树脂再加上增塑剂而制成。纤维素是最古老的半合成型的热塑性塑料，常用的有硝酸纤维素，醋酸纤维素，醋酸丁酸纤维素，用于注塑的以醋酸纤维素为主。（9）耐高温型树脂，这类有聚砜，聚芳砜，聚苯醚砜，聚苯硫醚，聚苯醚，聚酰亚胺。这类聚合
13、物由于在分子主链上含有亚芳基或杂环结构，因此具有耐高温，耐辐射的能力，并兼有很高的强度和尺寸稳定性。聚砜（ PSF） ，双酚 A 聚砜属线性热塑性聚合物，虽然有正规结构，但仍然是无定型结构形态。聚砜的粘度较大而且对温度的依赖性要比对剪切速率大。这一点正与聚乙烯相反而与聚碳醋酯类却相近。在注塑中，当剪切速率低时，温度对其膨胀效应的影响不明显。聚苯醚砜（PES） ， 在其分子结构中不含有脂肪族基团， 因此对耐热性和抗氧性较好。 可在 180200度范围内长期使用，熔融温度50350度。聚苯醚（ PPO） ，PPO和其他许多热塑性塑料不同；熔体的流变性能接近牛顿型流体，粘度对剪切速率并没有明显的依赖
14、性。用于注塑的还有改性聚苯醚及氯化聚醚。聚苯硫醚（ PPS，雷腾） ，是一种新型工程塑料它具有优良的综合性能，是目前作轴颈与轴承的最好村料。 PPS原粉熔融后流动性很大，直接加工困难因此必须经过交联预处理，提高流动性。注塑用有粉料与颗粒料两种。PPS的注塑与 HDPE 十分相似所不同是PPS 要求成型温度高些：在此343 度时其流动性相当于HDPE 的流动。三、常用填料注塑材料常用的填料有一般填料，金属填料，有机填料，短纤维填料与长纤维填料。加入这些填料可降低注塑制品的成本，提高经济效益可改善物理机械性能，化学性能以及光电性能；可改善加工性能，流变性能，降低粘度，提高分散作用。一般填料有石灰石
15、，碳酸钙，滑石粉，硅酸钙，云母，氢氧化铝，硫酸钙，以及农副产品等。有机填料是目前塑料制品中的主要填料，有天然材料和合成材料，包括：木材，木粉，胡核的壳皮，棉植纤维素等；合成材料有再生纤维素，包括：人造织物，聚丙烯腈纤维，尼龙纤维，聚酯纤维等。加到注塑材料中的一些填料，需要用表面改性剂进行处理，处理过程遵循界面化学理论，填料与聚合物表面的湿润理论酸碱的相互作用理论，以及混合理论赋予材料一些优良性质。目前常用的表面改性剂有硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂，有机硅处理剂等。这些表面改性剂加上后，能进一步提高填料效能。第二章塑料的物理性能第一节 塑料的物理性能5 物料的性能与注塑条件和制品质量有密切关系。注塑
16、材料大部分是颗粒状，这些固体物料装入料斗时，一般要先经过预热，排除湿气，然后再经过螺杆的压缩输送和塑化作用，在料筒中需要经过较长的热历程才被螺杆推入模腔，经过压力保持阶段再冷却定型。影响这个过程的主要因素是物料，温度，料筒温度，充模压力，速度。高分子物料加工的工艺性能，分子链的内部结构，分子量大小及其分布， 而且还取决高分子的外部结构。 注塑的工艺性与高分子材料的相对密度，导热系数，比热容，玻璃化与结晶温度，熔化，分解温度以及加工中所表现的力学性能，流变性能等有密切关系。一、一般物理性能1、总热容量总热容量是指注塑物料在注塑工艺温度下的总热容量。2、熔化热熔化热又称熔化潜热，是结晶型聚合物在形成或熔化晶体时所需要的能量。这部分能量是用来熔化高分子结晶结构的， 所以注塑结晶型聚合物时要比非结晶型塑料达到指定熔化温度下所需的能量要多。对于非结晶型聚合物无需熔化潜热。使POM 达到注塑温度需热约452/g(100.8cal/g),PS只需要375J/g即可熔化。3、 比热容比热容是单位重量的物料温度上升1 度时所需热量 J/kg.k。不同高聚物的比热容是不同的，结晶型比非结
