塑胶基本知识

塑胶基础理论知识培训教材－－－塑胶成型材料2006年6月第一章、塑胶成型材料一、塑胶成型的进展1、成型材料的可塑性是衡量塑料能否快速和容易成型。2、相关的实验证明：⑴充模压力实验：高聚物的非牛顿特性越强，充模压越低。⑵取向分布实验：取向最大是发生在距离制件表面20%的厚度处，取向程度随熔体温度与模温的减少而增加，随射压与时间的增加而增加。⑶应力与应变实验：一般制件有三种残余应变形式。①伴随热应力而产生的应变；（温差）②与分子冻结取向相关的残余应变；（模温、工艺参数等）③形体应变；（射压的变化而影响残余应变）第一章、塑胶成型材料二、常用塑料1、简述⑴塑料的定义：可用来塑化成型的树脂原料。⑵树脂的分类：天然树脂与人工树脂（合成树脂）。⑶树脂属于高聚物：高分子内部结构与高分子外部结构。①高分子内部结构决定高聚物最基本的物理化学性质。②高分子外部结构决定高聚物的加工性能和物理机械性能。⑷按分子链在凝固后的结构形态分类：结晶型、半结晶型、非结晶型。①结晶型塑料凝固时，有晶粒到晶核的生长过程，形成一定的体态。（例PE、PP、PA、POM等）②非结晶型塑料凝固时，没有晶粒到晶核的生长过程，只是自由的大分子链的冻结。（例PS、PVC、PMMA、PC等）⑸按塑料对热作用的反映来分类：热塑性、热固性。第一章、塑胶成型材料2、常用塑料（九大类）⑴聚烯烃：是烯烃高聚物的总称。①一般是指乙烯、丙烯、丁烯的均聚物与共聚物。②品种有：LDPE、MDPE、HDPE、LLDPE（线型聚乙烯）、CPE（氯化聚乙烯）、EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）、PP、PPC（氯化聚丙烯）、RPP（增强聚丙烯）、PB（聚丁烯）⑵氯乙烯（PVC）：注塑用的聚氯乙烯是悬浮聚合产品。①按其颗粒形态有紧密型和疏松型。②常用的改性品种有：CPVC（氯化聚氯乙烯）、PVDC（氯乙烯-偏氯乙烯共聚物）、氯乙烯-乙丙橡胶接枝共聚物、耐寒PVC（氯乙烯与马来酸酐的共聚物）③注塑用的PVC有两大类：一种是湿混造粒（即把各种添加剂、稳定剂、润滑剂、冲击改性剂、加工助剂等混合后挤出造粒）一种是干混料不造粒的粉状聚氯乙烯第一章、塑胶成型材料2、常用塑料（九大类）⑶苯乙烯树脂：是指苯乙烯的均聚物与共聚物树脂的总称。①常用的改性品种是：ABS（苯乙烯、丙烯腈、丁二烯）②另外与橡胶等共混和接枝的方法可以改善脆性和耐温低。③目前苯乙烯塑料级别有：通用级、发泡级、冲击级、ABS、AS（通用级Ⅰ、耐温级Ⅱ）。⑷丙烯酸脂类：是指从丙烯酸衍生的高聚物，通常包括PMMA（聚甲基丙烯酸甲脂）、纤维聚合物丙烯腈。①供注塑级的PMMA（有机玻璃）品种是用悬浮聚合制成。②目前PMMA塑料级别有：通用级、耐温级、高流动级。⑸酰胺树脂聚：是最早的工程塑料品种之一。①名称是尼龙（PA），用作纤维时又称绵纶。②目前PA塑料品种有：PA6、PA66、PA610、PA612、PA1010、高炭尼龙、PA66与弹性接枝共混的超韧性PA、芳香聚酰胺等。第一章、塑胶成型材料2、常用塑料（九大类）⑹线性聚脂类：是指在聚合物链节中含有脂链或醚链，而无支链和交链结构的树脂统称为线性聚脂或线性聚醚。①常用的品种有：PC（聚碳酸脂双酚A型）、改性PC、涤纶/PET（聚对苯二甲酸乙二脂）、PBT（聚对苯二甲酸丁二脂）、POM（聚甲醛）等。②PC是一种无定型的热塑性聚合物，有良好的性能，容易应力开裂，耐磨性及流动性差，目前用于成型生产的是改性PC。③PET的大部分用于纤维，少部分用于薄膜，目前用于成型生产的多是玻璃纤维增强（FRPET），与PBT一样是结晶型的热塑性线性聚脂。④POM是结晶型聚合物，有均聚和共聚两种，均聚POM比共聚POM的热稳定性差，以及加工温度范围窄，还有含油POM（是在POM内加液体润滑油和脂酸盐类的表面活性剂的共聚物），含油POM摩擦系数小，物料易打滑，选用相关的专用设备来生产（开槽料筒注塑机）。第一章、塑胶成型材料2、常用塑料（九大类）⑺氟塑料：又称为王牌塑料。①常用的品种有：PTFE（聚四乙烯）、PCTFE（三氟乙烯）、FEP（聚四乙烯与六氟丙烯酸共聚物）、PVF（聚氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）等。②PCTFE（三氟乙烯）与PTFE（聚四乙烯）的主要差别在于有氯原子存在，破坏PTFE对称性，降低大分子链的稳定性，造成PCTFE对温度较敏感，易在高温下分解。③PVDF（聚偏氟乙烯）是结晶型树脂，外观是白色粉末状。⑻纤维素塑料：是指由天然纤维素与无机酸或有机酸作用产生的纤维素树脂，再加上增塑剂而制成。它是最古老的半合成型的热塑型塑料。①常用的品种有：硝酸纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素。用于注塑的以硝酸纤维素为主。第一章、塑胶成型材料2、常用塑料（九大类）⑼耐高温型树脂：是指该类聚合物的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，并兼有高强度和尺寸稳定性。①常用的品种有：PSF（聚砜）、PES（聚苯醚砜）、PPO（聚苯醚）、PPS（聚苯硫醚）等。②PSF（聚砜）：双酚A聚砜属于线性热塑型聚合物，有正规结构，但属于无定型结构形态，粘度较大，对温度的依赖性要比剪切速率大（此点与PC相似，与PE相反）。③PES（聚苯醚砜）：耐高温和抗氧性较好（分子结构中不含脂肪族基团），制件可在180~200度范围内长期使用。④PPO（聚苯醚）：PPO的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性。目前常用还有改性聚苯醚、氯化聚醚。⑤PPS/雷腾（聚苯硫醚）：是一种新型工程塑料，有粉料和颗粒两种，是目前作轴颈和轴承的最好材料。在温度达到343时，流动性与HDPE相似。第一章、塑胶成型材料3、常用填料：是指加入填料可以降低成本，提高经济效益，改善物理机械性能，化学性能，光电性能，成型加工性能等。⑴常用填料的分为：一般填料、金属填料、有机填料、纤维填料（短、长）。⑵一般填料的品种有：石灰石、碳酸钙、滑石粉、硅酸钙、云母、氢氧化铝、硫酸钙等。⑶有机填料是目前塑料制品中的主要填料，有天然材料、合成材料。天然材料含有棉质纤维素：木材、木粉、胡核的壳皮等。合成材料含有再生纤维素：人造织物、聚并烯腈纤维、尼龙纤维、聚脂纤维等。⑷提高填料的各种性能，还需用表面改性剂来进行处理。目前的表面改性剂有：硅烷偶联剂、酞酸脂偶联剂、有机硅偶联剂等。第二章、塑料的物理性能一、塑料的物理性能1、一般物理性能⑴总热容量：是指注塑物料在注塑工艺温度下的总热容量。⑵熔化热：又叫熔化浅热，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，所以结晶型聚合物有明显的熔点。⑶比热容：是指单位重量的物体温度上升1度时所需的热量。①结晶型聚合物比非结晶型聚合物比热容要高。②注塑过程中，塑料加热或冷却特性是由聚合物的热含量与温差来决定的，而热传递速率正比于材料与热源之间的温差。③一般冷却比熔化快，炮筒的温度与材料温度接近，而模具的温度与材料温度差距很大，加热时间取决于炮筒内壁与料层之间的温差和料层厚度。⑷热扩散系数：又叫导热系数其值，是指温度在加热物料中传递的速度。是由单位质量的物料温度升高1度时所需的热量（比热容）和材料吸收热量的速度（导热系数）来决定的。压力对热扩散系数影响小，而温度对热扩散系数影响大。第二章、塑料的物理性能1、一般物理性能⑸导热系数：是指材料传播热量的速度。导热系数越高，材料内热传递越快。导热系数随温度的增加而增加，由于聚合物的导热系数很低，所以不管在炮筒中加热还是在模具中冷却，都需要一定的时间。有时为了提高加热和冷却效率，还采取一些技术措施。（炮筒内壁加厚是为了增加热惯性、热流道结构等）⑹密度与比容：密度是指聚合物单位体积内分子的数量，比容是指聚合物单位体积的大小。①密度增加会使制件中的气体和溶剂渗透率减少，制件的拉伸强度、断裂伸长、刚性、硬度、软化温度提高；也会使压缩性、冲击强度、流动性、耐蠕变性能降低。②比容是衡量不同工艺条件下高分子结构所占有的空间，各种状态下的膨胀与压缩，是制件的尺寸反面的重要参数。⑺膨胀系数与压缩系数：①膨胀系数与压缩系数是指比容在恒压下由温度变化而引起变化的特性。②聚合物比容不仅取决于温度而且取决压力。③聚合物比容在不同的温度下随压力的变化而变化，压力增高，密度加大，比容减小，这点在成型中用压力来控制产品的质量和尺寸精度很重要。第二章、塑料的物理性能2、聚合物的热物理性能⑴、玻璃化温度：是指线性非结晶型聚合物由玻璃态向高弹态或者由高弹态向玻璃态的转变温度。①大分子链段本身开始变形的温度当温度高于玻璃化温度时，大分子链开始自由活动，但还不是整个分子链段的运动，这时表现出高弹性的橡胶性能；②当低于玻璃化温度时，链段被冻结变成坚硬的固态或玻璃态；③橡胶的玻璃化温度低于室温。所以橡胶在常温下处于高弹态；而其它塑料在常温下是处于脆韧性的玻璃态。④高聚物的自由体积理论：高聚物分子结构所占有的整个体积分成两部分；一部分是分子链所占有的空间，而另一部分是分子链之间的自由空间。⑤高聚物在玻璃化温度以上的总自由体积等于玻璃化温度下的自由体积与热膨胀系数乗以温升之和。在预塑化时，位于螺槽中的高分子固态物料，在升至玻璃化温度以后，随着温度的升高物料自由体积会增加，其比容也会加大。第二章、塑料的物理性能2、聚合物的热物理性能⑵、熔化温度（熔点）：熔化温度是指结晶型聚合物从高分子链结构的三维有序态转变为无序的粘流态时的温度。①对高聚物来说，玻璃化温度，熔化温度或温度范围都是变相点。有较明显的变化范围，从分子结构观点看，都是大链段运动的结果。②一般有增塑剂的聚合物熔点要比无增塑剂的要低，共聚物的熔点要比组成共聚物中较高均聚物的熔点要低些。③转变点（熔点）对于低分子材料来说，熔化过程是非常窄的，有较明显的熔点；而对于结晶型高聚物来说，从达到玻璃化温度就开始软化，但从高弹态转变为粘流态的液相时却没有明显的熔点，而是有一个向粘流态转变的温度范围④注塑成型时，料筒的第三段温度（靠近嘴温的温度）都要设定在熔点以上，然后以降低15~20度的温度梯度依次设定第二段和第一段的料筒温度为宜。第二章、塑料的物理性能2、聚合物的热物理性能⑶、分解温度及燃烧特性：热分解温度是指在氧气存在条件下，高聚物受热后开始分解的温度范围。①依聚合物化学结构式不同而有显著的差异，此外还与物料的形态有关。②在注塑过程中，无论是在预塑阶段还是在注射阶段，只要聚合物局部温度达到分解温度，高分子物料就会讯速生成低分子量的可燃性物质。聚合物的热分解在氧气充足条件下是放热反应，产生的热会继续加热聚合物。当聚合物达到燃点时就会燃烧，燃烧体系的温度是否会上升，产生的燃烧热是否和体系进行对流，都与热分解温度，比热容以及导热系数等物理性能有密切关系。③注塑时，对聚合物分解温度的控制是十分重要的，否则分解出燃烧物质不仅会影响制品质量，还会腐蚀设备，危害人体。第二章、塑料的物理性能3、聚合物降解及热稳定性⑴降解，是指递解分解作用，在高分子化学中，通常是指在化学或物理作用下，聚合物分子的聚合度降低过程，聚合物在热，力，氧气，水及光辐射等作用下往往发生降解。降解过程实质是大分子链发生结构变化。⑵聚合物是否容易发生降解，依其分子内部和分子外部结构有关；是否有分解的杂质有关；能引起高聚物降解的杂质，一般都是热降解的崔化剂，如：PVC分解的产物是氯化氢，POM分解产物是甲醛，它们有着加剧高聚物降解的作用。⑶在注塑中，力、水、氧通过温度对聚降解起重要影响，在高温时氧和水更能使聚合物分解。剪切力的作用会因高温时聚合物粘度的降低而减小。热降解是指某些聚合物在高温下时间过长，发黄变色，降解，分解等现象。⑷热稳定性是指聚合物在高温下，分子链抗化学分解能力及耐化学变化的温度。热降解温度又称为稳定性温度，略高于分解温度。⑸温度的高低和变化范围对聚