塑料模具设计

内容简介：本章详细介绍了高聚物的分子结构与特性、高聚物的性能及在成型过程中的变化、塑料的组成与分类、塑料的性能、常用塑料及塑料材料的选用原则、方法及实例分析。重点讲述了塑料选材的原则与方法。学习目的与要求：⒈掌握树脂与塑料的概念；了解高分子与低分子的区别；掌握高聚物的分子结构与特性；理解结晶与非结晶的区别。⒉掌握高聚物的热力学性能；了解高聚物的加工工艺性能；理解高聚物的结晶、取向、降解的概念。⒊掌握塑料的组成与分类。⒋掌握热塑性塑料的工艺性能；了解热固性塑料的工艺性能。⒌记住常用热塑性塑料；了解热固性塑料。⒍掌握塑料材料的选用原则和方法及实例分析。第2章塑料基础重点：⒈塑料的概念、分类、成分和特性；⒉理解高聚物的热力学性能，加工工艺性能，理解高聚物的结晶、取向、降解的概念；⒊热塑性塑料的工艺性能；⒋塑料材料的选用原则。难点：⒈各种概念的理解；⒉塑料材料的选用。第2章塑料基础复习提问⒈塑料工业包括哪几部分?什么是塑料模具？有哪些优点？⒉模具标准化有哪些方面？有什么作用？2.1高聚物的分子结构与特性一、树脂与塑料的概念⒈树脂：①天然树脂：②合成树脂：高分子有机化合物⒉塑料：树脂树脂＋助剂第2章塑料基础以高分子有机化合物为基础的人造材料，它在不高的温度和压力下具有可塑性和流动性，它可塑造成型，在成型后能在一定的条件下保持既得的形状和具备必须的机械强度的材料。塑料高分子材料橡胶纤维二、高分子与低分子的区别⒈分子中所含原子数：高分子所含原子数远远多于低分子所含原子数。⒉相对分子质量：高分子化合物分子量远大于低分子化合物的分子量。⒊分子长度：高分子的分子长度远大于低分子的分子长度。三、高聚物的分子结构与特性聚合度n→化学键→聚合成线型分子结构：可多次成型体型分子结构：不能多次第2章塑料基础(a)线型(b)支链型(c)体型四、结晶型与非结晶型高聚物的结构及性能⒈结晶性：书上⒉分类：结晶型――不透明或半透明，耐热、较好的力学性能；非结晶型――（也叫无定形）相反2.2高聚物的性能及在成型过程中的变化一、高聚物的热力学性能第2章塑料基础温度和塑料状态玻璃态（相当固态）高弹态（相当液态）粘流态（相当气态）：开始流动，主要研究在模中流动。温度Tg――耐热温度Tf――粘流温度TmTd――分解温度（加热的最高温度）第2章塑料基础二、高聚物的加工工艺性能在不同温度下，塑料有不同的成型加工方法，可生产不同类型的产品。三、高聚物的结晶结晶特点：晶体不整齐，结晶不完全、结晶速度很慢及没有固定熔点。第2章塑料基础课后小结详细介绍了高聚物的分子结构与特性、高聚物的性能及在成型过程中的变化，重点掌握高聚物的热力学性能及成型过程中的变化，高聚物的结晶、取向、降解的影响，便于以后的模具设计。课后作业：（P39）2.2高分子与低分子的区别是什么？2.3高聚物的分子结构及其特性是什么？2.5什么是玻璃化温度、流动温度及分解温度？第2章塑料基础复习提问⒈什么是塑料？⒉高聚物的分子结构及其特性是什么？⒊什么是结晶？2.2高聚物的性能及在成型过程中的变化四、高聚物的取向⒈取向：指树脂的分子链在外力作用下有不同方式和不同程度的平行排列。分类：⑴流动取向：受剪切力⑵拉伸取向：受拉伸力⒉取向对聚合物性能的影响：取向后产生各向异性，机械性能提高（纵向）。⒊影响聚合物取向的主要因素：有温度、注射压力及保压压力、浇口冻结时间、模具温度等。第2章塑料基础五、高聚物的降解降解：在热、力、氧、水和辐射等因素作用下，而发生分子量降低或大分子结构改变等化学变化。⒈热降解受热时间过长。⒉力降解成型中因粉碎、高速搅伴、挤压及注射等而受到翦切和拉伸应力。⒊氧化降解和氧气发生作用而降解，热加速降解。⒋水降解高温和高压下，水促进降解。第2章塑料基础六、熔接缝是彼此分离的塑料熔体相遇后熔合固化而形成的。熔合缝的力学性能低于塑料件的其他区域，是整个塑料件中的薄弱环节。熔合缝的强度通常就是塑料制品的强度。熔合缝形成的常见原因有以下几种：①模腔内型芯或安放的嵌件使熔体分流。②同一型腔有几个浇口。③塑料件的壁厚有变化。④熔体喷射和蛇形的射流会引成彼状折叠的熔合缝。一般而言，增强熔合缝处的厚度，有利提高熔合缝强度。塑料制品设计时，必须预测熔合缝数目、位置和方向。浇口的位置和数目能改进熔合缝强度。减少熔结痕可选用流动性较好的塑料，或增加浇口数量，缩短流程，以较快时间充模；适当提高料温或模温等；增强模具排气措施；改变浇口位置使熔结痕产生在塑件的次要部位；尽量不用脱模剂等。第2章塑料基础七、溢边值是塑料可能出现溢料的最小间隙值，模具设计、制造及使用时，模腔及分型面等处间隙不得大于此值。常用塑料溢边值[δ]允许范围见表2-2所示。第2章塑料基础课后小结重点要掌握高聚物的结晶、取向、降解的影响，会对模具的设计影响，以便为模具设计打好基础。课后作业：（P39）2.6什么是取向？取向对聚合物性能有什么影响？2.8熔合缝对塑件有什么影响？第2章塑料基础复习提问⒈什么是取向？取向对聚合物性能有什么影响？⒉什么是降解？降解对聚合物性能有什么影响？⒊熔合缝对塑件有什么影响？⒋什么是溢边值？2.3塑料的组成与分类一、塑料的组成单组分：树脂或树脂＋少量助剂多组分：树脂＋少量助剂1.树脂作用：粘合剂，决定了塑料的类型（热塑性或热固性）和主要性能（物理性能、化学性能、力学性能及电性能等）。2.填充剂作用：增量和改性，扩大它的使用范围。第2章塑料基础组成：粉状的、纤维状的和层状（片状）要求：易被树脂浸润，与树脂有很好的粘附性，本身性质稳定，价格便宜，来源丰富。组成：合成树脂、纤维素酯（醚）第2章塑料基础第2章塑料基础⒊增塑剂作用：增加塑料塑性及塑件性能。组成：酯类化合物(a)不含增塑剂(b)含有增塑剂⒋着色剂：又称色料作用：起美观、装饰和抗紫外线。组成：染料和颜料⒌稳定剂作用：阻缓塑料变质组成：第2章塑料基础①光稳定剂：抑制和防止树脂降解。②热稳定剂：加工中防止受热降解（n下降），使用中防止或延缓受光、热、氧作用引起分解，提高寿命。③抗氧剂：延缓或抑制树脂在制造、贮存、加工和使用中氧化降解的速度。⒍润滑剂作用：改进流动性，便于从模具中拿出来和改进塑件表面质量。组成：①内润滑剂：起塑化和软化作用。②外润滑剂：降低摩擦。第2章塑料基础分类颜料染料有机颜料无机颜料⒎增强剂作用：能显著提高塑料的拉伸强度和挠曲强度。组成：常用玻璃纤维、棉纤维及由它们织成的绳、带及布等。另外，木材、纸、合成纤维、碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维及金属纤维也可用作增强剂。塑料中的助剂还有防静电剂、阻燃剂、增强剂、驱避剂、发泡剂、交联剂及固化剂等。二、塑料的分类⒈按塑料的使用特性分⑴通用塑料：产量大、用途广、价格低。主要有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、酚醛塑料（PF）和氨基塑料六大品种。⑵工程塑料：作为工程结构材料，具有较高机械强度，很好的耐磨、耐腐、自润滑性及尺寸稳定性，可替代某些金属构件。第2章塑料基础主要有聚酰胺（尼龙）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、ABS、聚苯醚（PPO）、聚砜（PSU）、聚酯及各种增强塑料。⑶功能塑料：在特种环境中，具有特殊性能的塑料。主要有医用塑料、光敏塑料、导磁塑料、高耐热性塑料及高频绝缘性塑料等。⒉按熔融塑料冷凝时有无结晶现象分⑴结晶型塑料：是指塑料由熔融状态到冷凝过程中，分子由无秩序自由运动而逐渐排列成为正规模型倾向的一种现象。结晶型塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚甲醛、尼龙及聚氯醚等。⑵非结晶型塑料：是指冷凝过程中，分子链无秩序排列组成的聚集体。非结晶型塑料有聚苯乙烯、有机玻璃、聚碳酸酯、ABS及聚砜等。第2章塑料基础⒊按塑料受热后呈现的基本行为分⑴热塑性塑料：多次性，只有物理变化且可逆，冷却凝固。⑵热固性塑料：一次性，既有物理变化又有化学变化，不可逆，加热固化。第2章塑料基础表热塑性塑料与热固性塑料有关成型方面的区别第2章塑料基础成型前，塑料中树脂分子结构使制品固化定型的模具温度条件成型后，塑料中树脂分子结构成型过程中树脂所发生的变化制品的熔化，溶解性能塑料的使用性常采用的成型方法热塑性塑料线型或支链状线型聚合物分子冷却基本与成型前的相同物理变化（可能有少量分解或交链现象发生）可熔化可溶解反复多次使用（可回收废料）注射、挤出、吹塑等热固性塑料线型聚合物分子加热（提供交联反应温度转变为体型分子既有物理变化，又有化学变化。有低分子析出既不可熔化，也不可溶解一次性使用，因成型过程不可逆压缩或压注。有的品种可以采用注射课后小结掌握塑料的组成与分类及各组成成分的作用，通过对塑料组成及分类的讲解有助于以后模具设计、注射机加工及选材的理解。课后作业：（P39）2.10塑料由哪些部分组成？各组成部分的作用是什么？2.11塑料是如何分类的？第2章塑料基础复习提问⒈塑料由哪些部分组成？各组成部分的作用是什么？⒉比较热塑性塑料与热固性塑料受热后的区别？2.4塑料的性能一、塑料的使用性能塑料的性能：⒈使用性能:体现了塑料的使用价值⑴物理性能：密度、透气性、透湿性、吸水性、透明性、透光率等；⑵化学性能：耐化学性、耐侯性、耐老化性、光稳定性、抗霉性等；⑶机械性能：拉伸强度、弯曲强度、断裂伸长率、冲击强度、疲劳强度、耐蠕变性、摩擦系数、磨耗、硬度等；第2章塑料基础⑷热性能：线膨胀系数、热导率（导热系数）、玻璃化温度、耐热性、热稳定性、热分解温度、耐燃性等；⑸电性能：介电常数、表面电阻率、体积电阻率、介电强度、介电损耗、耐电弧性。⒉工艺性能：体现了塑料的成型特性二、塑料的成型工艺性能●热塑性塑料的工艺性能⒈收缩性：（S）塑件从模具中取出冷却到室温后，其尺寸或体积发生收缩的现象。收缩率（S）S实＝×100%S计＝×100%（查表是计算S）第2章塑料基础bbabbca――模具在加热下尺寸b――常温下塑件尺寸c――模具在常温下尺寸a、b在100°左右相差不大。模具得大些，S不是固定值，而是一个范围。不同种塑料收缩率不同，同一种塑料批号不同，收缩率也不同。结晶型塑料件收缩率一般为1.2～4.0%，非结晶型塑料的收缩率一般为0.2～1.0%。对于模具设计者而言，在具体设计时，一般可选取平均收缩率。⑴影响热塑性塑料成型收缩的主要因素：影响收缩率的因素很多，有热收缩、弹性恢复、结晶收缩、收缩的方向性、塑件结构、浇口形式及尺寸、成型工艺条件等。在模具设计时，综合考虑各种因素的影响，按经验确定塑件各部位的收缩率。对于精度要求较高塑件，应留有修模余地。第2章塑料基础⑵收缩的形式①线尺寸收缩：模具尺寸加大，补偿。②后收缩：脱模后因残余应力变化再收缩。一般非结晶型塑料在脱模24h后，基本上完成收缩，但结晶型塑料需很长时间才能达到最终稳定状态。③后处理收缩：热处理引起塑件尺寸变化。○退火处理○调温处理调湿处理主要用于因吸湿很强，而产生较大尺寸变化，又易氧化的聚酰胺塑件。⒉流动性在一定的温度及压力作用下，充满模具型腔各部分的能力。⑴测量流动性方法：熔体指数法（mm或g/10min）⑵流动性分类：①流动性好的塑料第2章塑料基础②流动性中等的塑料。③流动性差的塑料流动性等级：测定流动性的方法用标准测试模具（仪器），测定值越高，表明流动性越好。人们习惯引用与塑料流动性相关的塑料溢料间隙（溢边值）概念。所谓溢料间隙是指熔体塑料在成型高压下不得流过的最大间隙值。⑶影响流动性的因素①温度：温度高流动性增大。②压力：压力增大流动性增大。③模具结构：使熔料温度降低，阻力增大，流动性降低。合理选择流动性：遇到成型形状复杂、壁薄或尺寸较大的制品时，产品设计者应考虑在满足制品使用性能的前提下，优先选择流动性好的塑料来成型。第2章塑料基础⒊取向与结晶⑴取向：平行方向的力学性能较高，收缩率较大，而垂直方向相反。⑵结晶：结晶型塑料一般为不透明或半透明的（聚甲醛），而非结晶型塑料是透明的（如有机玻璃）。例外：如聚4-甲基戊烯为结晶型塑料,却有高透明性，ABS为非结晶型塑料，但却不透明。第2章塑料基础成型条件与模具浇口对分子定向程度的影响第2章塑料基础影响因素定向程度增大减小