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1、了解塑料的性能与生产过程,塑料成型工艺与注射模具设计,学习情境,塑料的性能与生产过程,塑料的性能及其应用,1,1. 塑料的概念及组成,塑料是以树脂为主要成分，其他材料为辅助成分所组成的高分子聚合物，在加热、加压等条件下具有可塑性，在常温下为柔韧的固体。 树脂是塑料的主要成分，有天然树脂和合成树脂之分。,在合成树脂中加入某些添加剂，如填充剂、增塑剂和着色剂等，可以得到各种性能的塑料品种。由于添加剂所占的比例较小且是塑料的辅助成分，因而塑料的性能主要取决于合成树脂的性能。 高分子聚合物是指由许许多多结构相同的普通分子组成的大分子。,塑料的性能及其应用,1,高分子聚合物在受热时不像一般低分子物质那样
2、有明显的熔点，从长链的一端加热到另一端需要时间，即需要经历一段软化的过程，因此塑料便具有可塑性。 高分子聚合物与低分子物质的重要区别还在于高分子聚合物没有精确、固定的相对分子质量。,同一种高分子聚合物所含相对分子质量的大小并不一样，因此只能采用平均相对分子质量来描述。 例如：低密度聚乙烯的平均相对分子质量为1.5万3.5万，高密度聚乙烯的平均相对分子质量为8万14万等。高分子聚合物常用来制造合成树脂、合成橡胶和合成纤维。这三大合成材料成为目前材料工业的一个重要支柱。其中，合成树脂的产量最大，应用也最广。,塑料的性能及其应用,1,2. 塑料的命名及分类,塑料的命名,单体的名字前加上一个“聚”字，
3、例如单体乙烯、丙烯、氯乙烯、苯乙烯等，聚合物称聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。 由两种单体缩聚而得的聚合物，取其单体简名，后加“树脂”。例如单体苯酚和甲醛，聚合物称为酚醛树脂；单体尿素和甲醛聚合物称为脲醛树脂等。 以聚合物的结构特征来命名，例如大分子内含特征基团酰胺基、,塑料的命名,酯基、氨酯基，聚合物名称为聚酰胺、聚酯、聚氨酯等。 塑料除了以学名来表示外，还常用英文名称的缩写代号来表示，例如聚酰胺英文名polyamide代号是PA，聚乙烯（polyethylene）的代号是PE等。也有用“俗称”表示，例如聚酰胺（PA）俗称“尼龙”，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）俗称“有机玻璃”，酚醛树脂
4、（PF）俗称“电木”等。 不同的厂家（公司）的树脂牌号也不同，同一种名称的树脂可以有许多牌号（树脂产品型号）。,塑料的性能及其应用,1,塑料的分类,按合成树脂的分子结构及其特性分类,热塑性塑料,热塑性塑料的合成树脂都是线形或带有支链形结构的聚合物，如图（a）、（ b）所示。其特点是受热变软或熔化，成为可流动的稳定粘稠液体，在此状态具有可塑性，可塑制成一定形状的塑件；冷却后保持既得的形状；再加热，又可变软并可制成另一形状。在该过程中一般只有物理变化，其变化过程可逆。,热塑性塑料是由可以多次反复加热而仍具有可塑性的合成树脂制得的塑料。 常见的热塑性塑料有： 非结晶型塑料，如聚氯乙烯（PVC）、聚苯
5、乙烯（PS）、聚碳酸酯 （PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）和聚砜 （PSU）等； 结晶型塑料，如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚甲醛（POM）、聚酰胺 （PA）、饱和聚酯（SP）和聚四氟乙烯（PTFE）等。,热固性塑料,热固性塑料的合成树脂是带有体形网状结构的聚合物，如图（c）所示。,热固性塑料是由加热硬化的合成树脂制得的塑料。在加热之初，分子呈线形结构，具有可溶性和可塑性，可塑制成一定形状的塑件；继续加热时，温度达到一定程度后，,分子呈现网状结构，树脂变成不溶或不熔的体型结构，使形状固定下来不再变化；再加热时，也不再软化、不再具有可塑性。,其在加
6、热变化过程中既有物理变化，又有化学变化，因而这一变化过程是不可逆的。简而言之，热固性塑料是经加热硬化而得到塑料制品的合成树脂制得的塑料。 常见的热固性塑料有酚醛塑料（PF）、环氧塑料（EP）、不饱和聚酯（UP）、氨基塑料、有机硅塑料、脲醛塑料等。,塑料的性能及其应用,1,塑料的分类,按塑料的应用范围分类,通用塑料,通用塑料是指产量最大、用途最广、价格最低廉的一类塑料。目前，公认的通用塑料为聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、酚醛塑料（PF）和氨基塑料六大类。其产量占塑料总产量的80以上，构成了塑料工业的主体。,工程塑料,工程塑料是指用于工程技术中的结构材料的塑
7、料。它具有较高的机械强度、良好的耐磨性、耐腐蚀性、自润滑性及尺寸稳定性等，即具有某些金属性能，因而可以代替金属作某些机械构件。 常用的工程塑料主要有聚酰胺（PA）、聚甲醛（POM）、聚碳酸酯（PC）、丙烯睛-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚砜（PSU）、聚苯醚（PPO）、聚四氟乙烯 （PTFE）以及各种增强塑料。,特殊塑料,特殊塑料是指具有某些特殊性能的塑料。这些特殊性能包括高的耐热性、高的电绝缘性和高的耐腐蚀性等。 常见特殊塑料包括氟塑料、聚酰亚胺塑料、有机硅树脂、环氧树脂以及为某些专门用途而改性制得的塑料如导磁塑料、导热塑料等。另外还有用于特殊场合的医用塑料、光敏塑料、珠光塑料、导磁塑料和等离
8、子塑料等。,塑料的性能及其应用,1,塑料的分类,按塑料的树脂制造分类,加聚型塑料,加聚型塑料是指由通过加聚反应制得的树脂组成的塑料。所谓加聚反应是指在一定条件下，单体分子的活性链发生相互作用，加聚成一条大分子链的过程。,缩聚型塑料,缩聚型塑料是指由通过缩聚反应制得的树脂组成的塑料。所谓缩聚反应是靠单体中的可反应基团等来反应的，反应过程是逐步缩合的，并伴随某种小分子物质（氯化氢、氨、水和甲醇等）析出。,塑料的性能及其应用,1,塑料的分类,按加工方法分类,膜压塑料,膜压塑料多为物性的加工性能与一般固性塑料相类似的塑料。,层压塑料,层压塑料是指浸有树脂的纤维织物，经叠合、热压而结合成为整体的材料。,
9、注射、挤出、吹塑,注射、挤出和吹塑多为物性和加工性能与一般热塑性塑料相类似的塑料。,浇铸塑料,浇铸塑料是指能在无压或稍加压力的情况下，倾注于模具中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料，如MC尼龙等。,反应注射塑料,反应注射塑料是用液态原材料，加压注入膜腔内，使其反应固化成一定形状制品的塑料，如聚氨酯等。,塑料的性能及其应用,1,.塑料的特性与用途,.塑料的组成树脂与助剂,组成塑料的最基本成分是合成树脂，称为基质材料。按实际需要，塑料材料中一般还含有许多其他成分，称为助剂（添加剂）。这些助剂用以改善材料的使用性能或工艺性能。 塑料材料所使用的助剂品种很多，包括填充剂、增强剂、增塑剂、润滑剂、抗氧
10、剂、热稳定剂、光稳定剂、阻燃剂、着色剂、抗静电剂、固化剂、发泡剂和其他某些助剂。 对助剂的基本要求是功能上有效，在塑料加工使用条件下稳定，与树脂结合稳固，不渗析和喷霜，无毒无味，价格适宜。,塑料的性能及其应用,1,.塑料的成型工艺性能,流动性,在成型过程中，塑料熔体在一定的温度与压力作用下充填型腔的能力称为塑料的流动性。其流动性的好坏，在很大程度上直接影响着许多成型工艺参数的选择，如成型温度、压力、浇注系统类型和尺寸以及生产周期等。,流动性,从分子结构来看，产生流动的实质是由于分子间产生相互滑移，而熔体分子间的滑移又是通过分子链段运动来实现的。所以，熔体的流动性主要取决于分子组成、相对分子质量
11、大小及其结构。 当塑料的流动性差时，在注射成型过程中，就不易充满型腔而缺料。相反，若熔体流动性太好，则成型时容易产生流涎而在分型面、活动成型零件、推杆等处造成滋料飞边和毛刺。,塑料的性能及其应用,1,流动性,塑料流动性的好坏用统一的测定与表征方法。对热塑性塑料，常用熔融流动指数测定法和螺旋线长度试验法。 熔融指数测定是在如图2-2所示的标准装置内进行。将被测塑料装入其中，在一定的温度和压力下，通过测定熔体在10min内通过小孔的塑料质量来表征其流动性，也称熔融指数。单位为g/10min，通常以MI代表。,塑料的性能及其应用,1,螺旋线试验法是在螺旋线模具中进行的。其模具结构为：从中央进料，由里
12、往外按阿基米德螺旋线方向将模腔线逐层延伸（盘式蚊香式），每转一周半径增大12.5mm, 槽断面是半圆形，直径为4.9mm，螺旋线槽总长为1925mm，如图2-3所示。将塑料熔体注射入螺旋形槽中央，制成蚊香形状的试品，测定其螺旋线的总长度即为被测塑料的流动距离，并以此来表征其流动性。,塑料的性能及其应用,1,热塑性塑料的流动性分为三类：,流动性好的：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、醋酸纤维等。,流动性中等的：改性聚苯乙烯、ABS、AS、有机玻璃、聚甲醛、氯化聚醚等。,流动性差的：聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、氟塑料等。,塑料的性能及其应用,1,对热固性塑料通常是以拉西格流动值来表征其流动性。其测
13、定原理如图2-4所示。测定方法是： 称取7.5g塑料粉，在 200C50C温度下并以50MPa的压力下在内径为28mm的模子内预压成圆锭（片）； 将拉西格模具加热至1500C50C，并保温5min； 将圆锭放入拉西格模的加料室，并在20s左右将压模增至30MPa，保压3min； 压好后，卸掉压板，顶出锥形组合模，取出试样，测其长度L即为其流动值，数值越大则表明流动性越好。,塑料的性能及其应用,1,每种热固性塑料又可分为三个不同的等级，其中：,I级：L=100130，适用于压制无嵌件、形状简单且壁厚一般的塑件,级：L=131150mm，适用于压制中等复杂程度的塑件,级：L=151180mm，适用
14、于压制结构复杂、型腔很深、嵌件多的薄壁塑件或用于压注成型,塑料的性能及其应用,1,收缩性,塑件从模具中取出冷却到室温后1624h，塑件各部分尺寸都比原来在模具中的尺寸有所缩小，这种性能称为收缩性。因为这种收缩是在成型过程中受到各种因素的影响而造成的，所以又称为成型收缩。,塑料的性能及其应用,1,收缩率计算,塑件的成型收缩值可用以下两种方法计算，即： 实际收缩率：S实=（ab）/ b （2-1） 计算收缩率：S计=（cb）/ b （2-2） 式中：S实实际收缩率（%）； S计计算收缩率（%）； a塑件在成型温度时的单向尺寸（mm）； b塑件在常温下的单向尺寸（mm）； c模具型腔在常温下的单向尺
15、寸（mm）。 由于上述两种收缩率相差不大，且a值难以测定，所以通常在模具设计中采用S计作为设计参数对型腔及型芯的尺寸进行计算。,塑料的性能及其应用,1,造成成型收缩的原因,热胀冷缩。塑件成型后由成型温度冷却至室温时，会产生收缩，这是主要的成型收缩因素之一。 因弹性回复造成的收缩。塑件从模具中取出后，作用其上的压力消失，由于弹性回复会造成膨胀（负收缩）。 结晶收缩。对结晶型热塑性塑料，在成型后的冷却过程中伴随着结晶而引起体积收缩。 定向收缩。塑料熔体在注入模具型腔时，塑料中的分子沿着流动方向被定向拉直而呈有序排列。而在冷却过程中，这些分子要恢复原来状态而引起收缩，即称定向收缩。,塑料的性能及其应
16、用,1,影响收缩率变化的因素,在实际生产过程中，不仅不同品种的塑料其收缩率各异，而且同品种及同塑件的不同部位其收缩也会不同。具体影响因素如下： 塑料品种。 塑件特征。 模具结构。 成型工艺参数。,塑料的性能及其应用,1,结晶性,热塑性塑料按其冷却时是否出现结晶现象可将其分为结晶型与非结晶型（或称无定型）。 属于结晶型的常用塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚甲醛、聚酰胺、氯化聚醚等。 属于非结晶型的塑料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、有机玻璃、聚碳酸酯、ABS、聚砜等。, 结晶性,塑料在冷却结晶时，通常生成球形晶体，而这种球型晶体会引起光波的散射。所以一般来说，结晶型塑料是不透明的或半透明的，而非结晶型塑料是透明的。但也有例外，如典型的离子聚合
