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1、第三章 有机高分子材料及其成形,河海大学机电工程学院,视野 决定飞翔的高度,3.3 塑料的主要成形工艺,主要内容：,1. 高分子材料工艺性能？ 2. 高分子材料成形有什么特点？,第三章 有机高分子材料及其成形,2,引言,怎么制作月饼？,第三章 有机高分子材料及其成形,3,材料？工具？,引言,怎么制作塑料瓶？,第三章 有机高分子材料及其成形,4,材料？工具？,3.3.1 塑料的工艺性能,一、热塑性塑料的工艺性能,1.收缩性,塑件从塑模中取出冷却到室温后，塑件的各部分尺寸都比原来在塑模中的尺寸有所缩小，这种性能称为收缩性。,成型收缩的形式：,塑件的线尺寸收缩,收缩方向性,后收缩,后处理收缩,5,第
2、三章 有机高分子材料及其成形,影响收缩的基本因素：,塑料品种 塑件特性 进料口的形式、尺寸、分布 成型条件,收缩率的计算：,塑件的成型收缩值可用以下公式来表示。,6,第三章 有机高分子材料及其成形,3.3.1 塑料的工艺性能,一、热塑性塑料的工艺性能,式中：, 实际收缩率（%） 计算收缩率（%） a 塑件在成型温度时的单向尺寸（mm） b 塑件在室温下的单向尺寸（mm） c 塑模在室温下的单向尺寸（mm）,(2-4),7,第三章 有机高分子材料及其成形,3.3.1 塑料的工艺性能,一、热塑性塑料的工艺性能,2.流动性,塑料在一定温度与压力下填充型腔的能力称为流动性。,流动性好、流动性中等、流动
3、性差,分子量小，分子量分布宽，分子结构规整性差，熔融指数高、螺流动长度长、表现粘度小，流动比大的塑料流动性就好。,常用塑料根据它的流动性可分为三类：,8,第三章 有机高分子材料及其成形,3.3.1 塑料的工艺性能,一、热塑性塑料的工艺性能,凡促使熔融料降低温度，增加流动性阻力的则流动性就降低。,影响流动性的主要因素：,模具结构,压力,温度,料温高则流动性增大，但不同塑料也各有差异。,注塑压力增大则熔融料受剪切作用大，流动性也增大。,9,第三章 有机高分子材料及其成形,3.3.1 塑料的工艺性能,一、热塑性塑料的工艺性能,2.流动性,所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝时，分子由独立移动，完全处
4、于无次序状态，变成分子停止自由运动，按略微固定的位置，并有一个使分子排列成为正规模型的倾向的一种现象。,结晶型塑料 非结晶型（又称无定形）塑料,10,第三章 有机高分子材料及其成形,3.3.1 塑料的工艺性能,一、热塑性塑料的工艺性能,3.结晶性,无定形料为透明（如有机玻璃等）,一般结晶性塑料为不透明或半透明,例外：,聚(4)甲基戍烯为结晶型塑料却有高透明性 ABS为无定形塑料但却并不透明,11,第三章 有机高分子材料及其成形,3.3.1 塑料的工艺性能,一、热塑性塑料的工艺性能,3.结晶性,结晶型塑料在模具设计及选择注塑机时的要求及注意事项:,冷凝时放出热量大，要充分冷却。,料温上升到成形温
5、度所需的热量多，要用塑化能力大的设备。,12,第三章 有机高分子材料及其成形,3.3.1 塑料的工艺性能,一、热塑性塑料的工艺性能,3.结晶性, 有的塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分，在高温、高压下也会发生分解，这种性能称为水敏性。, 对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截面过小，剪切作用大时，料温增高易出现变色、降解、分解的倾向。这种性能称为热敏性。,热敏性,水敏性,13,第三章 有机高分子材料及其成形,3.3.1 塑料的工艺性能,一、热塑性塑料的工艺性能,4.热敏性及水敏性,吸湿性,据此，塑料大致可分为以下两种：,不吸水也不易粘附水分,吸湿、粘附水分,聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、聚苯
6、醚、聚砜,聚乙烯、聚丙烯, 塑料对水分的亲疏程度,14,第三章 有机高分子材料及其成形,3.3.1 塑料的工艺性能,一、热塑性塑料的工艺性能,5.吸湿性, 是指当一定融熔指数的聚合物熔体，在恒温下通过喷嘴孔时，当流速超过某一数值，熔体表面即发生横向裂纹，这种现象被称为熔体破裂。, 是指有些塑料对应力比较敏感，成型时容易产生内应力，质脆易裂，当塑件在外力作用下或在溶剂作用下即发生开裂的现象，被称为应力开裂。,应力开裂,熔体破裂,15,第三章 有机高分子材料及其成形,3.3.1 塑料的工艺性能,一、热塑性塑料的工艺性能,6.应力开裂及熔体破裂, 指两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状态下不产生相
7、分离现象的能力。,相容性,8. 塑料状态与加工性,注射成型,薄膜吹塑成型,挤出成型,压延成型,中空成型,真空和压力成型,熔融纺丝成型,16,第三章 有机高分子材料及其成形,3.3.1 塑料的工艺性能,7.相容性(共混性),热固性塑料收缩的表现形式、影响因素和计算方法与热塑性塑料基本相同。,17,第三章 有机高分子材料及其成形,3.3.1 塑料的工艺性能,二、热固性塑料的工艺性能,1.收缩性,热固性塑料流动性通常以拉西格流动性（以毫米计）来表示，数值大则流动性好。,2.流动性,18,第三章 有机高分子材料及其成形,3.3.1 塑料的工艺性能,二、热固性塑料的工艺性能,每一品种的热固性塑料通常分三
8、个不同等级的流动性：,拉西格流动值为100-130mm：适用于压制无嵌件、形状简单、厚度一般的塑件；,拉西格流动值为131-150mm：用于压制中等复杂程度的塑件；,拉西格流动值为151-180mm：可用于压制结构复杂、型腔很深、嵌件较多的薄壁塑件或用于压注成型。,19,第三章 有机高分子材料及其成形,2.流动性,3.3.1 塑料的工艺性能,二、热固性塑料的工艺性能,影响流动性的因素：,塑料品种,模具结构,成型工艺,一般树脂分子量小,填料颗粒细且呈球状, 水、增塑剂、润滑剂含量高的，流动性大。,模具成型表面光滑、型腔形状简单，有利于改善流动性。,采用预压锭及先预热，提高成型压力，提高成型温度（
9、在低于塑料硬化温度的条件下）等都能提高塑料的流动性。,20,第三章 有机高分子材料及其成形,2.流动性,3.3.1 塑料的工艺性能,二、热固性塑料的工艺性能,流动性对成型的影响：,流动性过小 则填充不足，不易成型，成型压力增大。,流动性过大 溢料过多，填充不密实，塑件组织疏松，树脂与填料混合不均，易粘模，脱模和清理困难及早硬化等缺陷；,21,第三章 有机高分子材料及其成形,2.流动性,3.3.1 塑料的工艺性能,二、热固性塑料的工艺性能,比容 ,压缩率 ,每一克塑料所占有的体积（以厘米3/克计）。,塑粉与塑件两者体积或比容之比值（其值恒大于1）。,22,第三章 有机高分子材料及其成形,3.比容
10、和压缩率,3.3.1 塑料的工艺性能,二、热固性塑料的工艺性能,在热固性塑料的成型过程中，树脂发生交联反应，分子结构由线型变为体型，塑料由既可熔又可溶变为既不熔又不溶的状态，在成型工艺中把这一过程称为固化（熟化）。,23,第三章 有机高分子材料及其成形,4.固化特性,3.3.1 塑料的工艺性能,二、热固性塑料的工艺性能,塑料生产过程中遗留下来及成型之前在运输、保管期间吸收。,成型过程中化学反应的副产物。,（流动、收缩、气泡、腐蚀、气味等）,（预热干燥，开排气槽，加排气工步）,处理方法：,产生的影响：,来源：,24,第三章 有机高分子材料及其成形,5.水分及挥发物含量,3.3.1 塑料的工艺性能
11、,二、热固性塑料的工艺性能,热固性塑料：,化学作用使分子结构由线性变为网状，分子停止运动，塑料硬化成坚硬的固体。,加热时很快由固态变成粘流态，这种状态存在的时间很短；,25,第三章 有机高分子材料及其成形,6.受热时的物理状态,3.3.1 塑料的工艺性能,二、热固性塑料的工艺性能,1. 热塑性塑料的工艺性能有哪些？ 2. 热固性塑料的工艺性能有哪些？,思考题：,26,第三章 有机高分子材料及其成形,收缩性 流动性（影响因素） 结晶性 热敏性、水敏性 吸湿性 应力开裂、熔体破裂 相容性,收缩性 流动性 比容和压缩率 固化特性 水分及挥发物含量 受热时的物理状态,3.3.2塑料的主要成形方法,第三
12、章 有机高分子材料及其成形,27,按成型过程中物理状态不同分类 :, 把塑料加热至熔点以上（使之处于熔融态），对其进行成型加工的一种方法。, 塑料处在熔融温度以下（至少低于熔点10-20 ），塑料尚处于软化状态时进行的一种成型方法。,压注成型,注射成型,挤出成型,压缩成型,吹塑成型,真空及压缩空气成型,气辅成型,固相成型,熔融成型,一、注射成形,注射成型(Injection Molding )，主要用于热塑性塑料的成型，也可用于热固性塑料的成型。,第三章 有机高分子材料及其成形,28,颗粒、粉状塑料,注射机料筒,加热熔融,充模,冷却固化,塑件,一、注射成形,第三章 有机高分子材料及其成形,29
13、,1.注射机的主要作用:,顶件,开模与合模动作,注射结束，进行保压与补缩,在一定压力和速度下将塑料注入型腔,加热熔融塑料，达粘流态,2.注射机的分类:, 指塑料在料筒内经加热达到流动状态并具有良好的可塑性的过程。,按外形可分为：卧式、立式和角式注射机。,塑化,注射机按塑化方式分为：柱塞式注射机和螺杆式注射机。,一、注射成形,30,第三章 有机高分子材料及其成形,3.柱塞式注射机,31,第三章 有机高分子材料及其成形,一、注射成形,很大一部分压力用在压实固体塑料和克服塑料与料筒摩擦。,最大注射量取决于料筒的塑化能力（与塑料受热面积有关）与柱塞直径与行程。,塑料靠料筒壁和分流梭传热，柱塞推动塑料无
14、混合作用，易产生塑化不均的现象。,塑化不均：,最大注射量受限：,注射压力损失大：,柱塞式注射机存在的缺点：,32,第三章 有机高分子材料及其成形,3.柱塞式注射机,一、注射成形,从柱塞开始接触塑料到压实塑料，注射速度逐渐增加。,易产生层流现象且料筒难于清洗,注射速度不均：,4.螺杆式注射机,螺杆式注射机模塑工作循环,33,第三章 有机高分子材料及其成形,一、注射成形,螺杆式注射机的优点：,加热缸內的材料滞留处少，热稳定性差的材料也很少因滞留而分解。,由于加热缸的压力损失小，用较低的射出压力也能成型。,成型周期短、效率高，生产过程可实现自动化,可成型形状复杂、尺寸精度要求高及带各种嵌件的塑件。,
15、34,第三章 有机高分子材料及其成形,4.螺杆式注射机,一、注射成形,借助螺杆的旋转运动，材料內部也发热，均勻塑化，塑化能力大。,螺杆式较柱塞式多一旋转动作，产生分力(Ft)，可使材料在螺旋槽间产生混炼作用，增加了塑化能力。,5.螺杆式注射机与柱塞式注射机的比较,35,第三章 有机高分子材料及其成形,一、注射成形,6. 注射成型工艺,注射过程,成型后处理,成型前准备,原料的检验、染色和干燥,模具清理,嵌件预热,料筒清理,退火,调湿,36,第三章 有机高分子材料及其成形,一、注射成形,6. 注射成型工艺,(1) 成型前准备:,原料检验,原料染色,原料干燥,质量体积,流动性,水分及挥发物含量,收缩
16、率,烘箱干燥,红外线干燥,热板干燥,高频干燥,37,第三章 有机高分子材料及其成形,(2) 注射过程:,38,第三章 有机高分子材料及其成形,6. 注射成型工艺,(3) 注射成型后处理,放在一定温度的红外线或循环热风烘箱、液体介质中（矿物油，石蜡）一段时间，再缓慢冷却。,将刚从模具中脱出的塑件放在热水中(100120)，隔绝空气，进行防氧化处理，达到吸湿平衡。调湿后缓冷至室温。,退火：,调湿：,退火的温度：高于使用温度1020，低于相变温度1020。,39,第三章 有机高分子材料及其成形,6. 注射成型工艺,温度,压力,时间 （成型周期）,40,第三章 有机高分子材料及其成形,7. 注射成型工艺条件,(1) 温度,料筒温度：,喷嘴温度：,模具温度：, 成型周期长，脱模后翘曲变形，影响尺寸精度；, 产生较大内应力，开裂，表面质量下降。,温度过高,温度太低,略低于料筒最高温
