模具设计课件

2019/8/1411.1塑料材料1.2塑料的流变性1.3塑料成型工艺性能第1章塑料材料及成型工艺性能2019/8/1421.1.1塑料的概念塑料是以高分子聚合物为主要成分，加入一定量添加剂而组成的一种混合物。1.1塑料材料2019/8/143填充剂：改善塑料性能（粉状、片状、纤维）。增塑剂：提高可塑性、流动性、柔韧性、降低脆性。稳定剂：热稳定剂、光稳定剂、抗氧化剂。润滑剂：对塑料的表面起润滑作用，防止塑料在成型加工时黏模。着色剂：无机颜料、无机颜料、染料。其它：发泡剂、阻燃剂、固化剂、防静电剂、导电剂和导磁剂等。1.1塑料材料1.1.2塑料的填充剂2019/8/1441.1塑料材料1.1.2塑料的填充剂添加剂、填充料及补强料常用村料对聚合物性质的影响强化纤维碳素、碳、矿物质纤维、玻璃、kevlar增加拉伸强度增加弯曲模数(flexuralmodulus)提高热变形温度提升抗收缩与抗翘曲能力导电性填充料铝粉、碳纤维、石墨提高电气性质提高热传导性耦合剂Silanes、titanates改善聚合物与纤维接口之键结力抗燃剂氯、溴、硫、金属盐降低燃烧发生率及扩散速度混合填充料碳酸钙、硅、粘土降低材料成本塑化剂单体液体、低分子量材料改善熔胶的流动性加强挠曲性着色剂（色料或染料）金属氧化物、铬酸盐、碳黑提供耐久的颜色防止热裂解或紫外线造成裂解发泡剂气体、氮复合物、联氨衍生物造成孔穴组织以降低材料密度2019/8/1451.1.3塑料的分类1.按塑料中树脂分子结构和受热后呈现的基本行为分类：塑料非结晶型热塑性塑料结晶型热固性塑料1.1塑料材料2019/8/146热塑性塑料与热固性塑料的结构与性质的对比1.1塑料材料受热行为图示2019/8/147非结晶性热塑性塑料结晶性热塑性塑料常用的材料ABS、压克力（PMMA、PAN）、聚碳酸脂(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)聚缩醛树脂(POM)、尼龙(PA,)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、热塑性聚脂(PBT、PET)微观结构分子在液相和固相都呈现杂乱的配向性分子在液相呈现杂乱的配向性，在固相则形成紧密堆砌的晶体。受热反应具有软化温度范围，但没有明显的熔点具有明确的熔点性质透明抗化学性差成形时体积收缩率低通常强度不高一般具有高熔胶粘度热含量低半透明或不透明抗化学性佳成形时体积收缩率高强度高熔胶粘度低热含量高1.1塑料材料2019/8/1482.按塑料的性能及用途分：通用塑料：指产量大、用途广且价廉的塑料。工程塑料：在工程技术中常作为结构材料来使用。特殊功能塑料：具有特殊性能的塑料（用于医药、光敏及液晶方面的氟塑料）。1.1塑料材料2019/8/149五大泛用塑料及用途：低密度聚乙烯(LDPE)容器、塑料袋、胶膜、管子…等。高密度聚乙烯(HDPE)胶管、胶布、胶膜…等。聚苯乙烯(PS)外壳、玩具、壁砖…等。聚氯乙烯(PVC)瓶子、塑料管、薄膜、保鲜膜…等。聚丙烯(PP)汽车保险杆、仪表板、纤维…等。1.1塑料材料2019/8/1410工程塑料：起源：自1956年杜邦推出Derlin商名新塑料,宣称可取代金属,工程塑料之名由此开始。特性：机械强度高而且有适当平衡.耐热,耐久或具特殊机能.加工性良好，价格合理且工程性良好。1.1塑料材料2019/8/14111.1.4塑料的性能密度小(重量轻，塑料比重0.9~2，铝2.7，铁7.8)。比强度(b/ρ)和比刚度(E/ρ)高。化学稳定性好。电气性能优良。减摩、耐磨和自润滑性好。成型和着色性能好。多种防护性能：除防腐外，塑料还具有防水、防潮、防透气、防振、防辐射等。耐热性差、受载荷易蠕变、老化现象。1.1塑料材料2019/8/14121.1.5塑料的可加工性1.1.5.1热塑性塑料的温度力学状态及成型加工的关系Ⅰ—非结晶Ⅱ—结晶型Tg-玻璃化温度Tm-结晶型熔点Tf-非晶型流动温度Td-分解温度1.1塑料材料2019/8/1413图1-3热固性塑料的状态与温度的关系1.1.5.2热固性塑料的状态与温度的关系1.1塑料材料2019/8/1414当温度和压力变更时，黏流态的塑料表观黏度会相应地发生变化，这称为塑料的流变性。1.2.1牛顿型流体流体在平直圆管内受切应力而发生的流动形式有层流和湍流两种。层流：被看着一层层彼此相邻且平行的薄层流体沿外力作用方向进行的相对滑移，而且各层之间无相互影响。湍流：流体各点的速度大小与方向都随时间而变化，且流体内相互干扰严重。1.2塑料的流变性2019/8/1415D:管道直径；V:流体的平均速度；ρ:流体的密度；η:流体剪切粘度。Re2100~4000时为层流，Re4000时为湍流。塑料在成型加工过程中的流动基本上属于层流。/Redv层流与湍流的区分以雷诺数（Re）为准，1.2塑料的流变性2019/8/1416牛顿流动定律：在一定温度下，当剪切力τ作用于两个相距为dr的液体平行层面并以相对速度dv移动时，则剪切力τ与剪切速率dv/dr(也称速度梯度）之间呈下列直线关系：其中：η为牛顿黏度，单位:Pa·s(N·s/m2)。符合上式的流体都称为牛顿型流体。液体流动时不服从上式规律的均称为非牛顿体。γηη(dv/dr)τ1.2塑料的流变性2019/8/1417非牛顿型流体原则上包括黏性流体、黏弹性流体及时间依赖性流体。可以将非牛顿型流体当作黏性流体看待，黏性流体又分为：宾哈流体膨胀性流体假塑性流体。aητ非牛顿流体“黏度”称为非牛顿黏度或称表观黏度（1-2aη1.2塑料的流变性2019/8/1418图1-4不同类型流体的流动曲线图1-5不同类型流体表观黏度与剪切速率的关系1.2塑料的流变性2019/8/1419图1-6温度对表观黏度的影响1.2塑料的流变性2019/8/14201.3.1流动性定义：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。实质：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,取决于分子组成、相对分子质量大小及其结构。影响：塑料的流动性差时→缺料。熔体流动性太好→溢料。1.3塑料成型工艺性能2019/8/1421热塑性塑料熔融指数(MI)单位:g/10min1—热电偶2—料筒3—出料孔4—保温层5—加热棒6—柱塞7—重锤（加柱塞共重2160g）图1-7熔融流动指数测定法热塑性塑料的流动性的测量方法1：1.3塑料成型工艺性能2019/8/14221.每转一周半径增大12.5mm2.槽断面是半圆形，直径为4.9mm3.螺旋线槽总长为1925mm。4.将塑料熔体一定压力温度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。螺旋线流动试验法模具流道示意图热塑性塑料的流动性的测量方法2：1.3塑料成型工艺性能Viscosity黏(滞)度2019/8/1423热塑性塑料的流动性分为三类：流动性好的：PE、PP、PS、流动性中等的：改性聚苯乙烯、ABS、AS、有机玻璃、POM、流动性差的：PC、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、氟塑料。1.3塑料成型工艺性能2019/8/1424①称取7.5g塑料粉，20℃±5℃温度下并以50MPa的压力下在内径为28mm的模子内预压成圆锭。②模具温度150℃±5℃,并保温5min；③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；④长度即为其流动值。图1-8拉西格流动性测定模热固性塑料的流动性的测量方法：1.3塑料成型工艺性能2019/8/14251.3.2收缩性造成成型收缩的原因：热胀冷缩因弹性回复造成的收缩结晶收缩定向收缩影响收缩率变化的因素：塑料品种塑件特征模具结构成型工艺参数1.3塑料成型工艺性能2019/8/14261）收缩率计算S实=（a-b）/bS计=c-b/c（1-5）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寸（mm)1.3塑料成型工艺性能2019/8/14271.3.3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）。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（少数例外）。结晶度对制品质量的影响：结晶度大的塑件密度大，强度、硬度高，刚度、耐磨性好，耐化学性和电性能好。结晶度小的塑料，柔软性、透明性较好，伸长率和冲击韧度较大。1.3塑料成型工艺性能2019/8/1428宜采用中等冷却速度，即将模具温度控制在Tg与Tvmax之间。保证晶体生长良好，结晶完整且生产周期短。图1-9结晶速度与温度的关系影响结晶的因素：)/tΤ(Τvgm冷却速度：1.3塑料成型工艺性能2019/8/14291.3.4热敏性及吸湿性热敏性：塑料对温度的敏感性，高温下发生变色、分解的倾向性。热敏性塑料：硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、氯乙烯和醋酸乙烯共聚物（EVA）、聚甲醛、聚三氟氯乙烯等。吸湿性：是指塑料对水分的亲疏程度。吸湿性的大小取决于聚合物组成及分子结构。例如：PA、PC、ABS、PS等，在其分子链中由于含有极性基团，对水有吸附能力，故属于吸湿倾向大的塑料1.3塑料成型工艺性能2019/8/14301.3.5聚合物降解与定向聚合物降解：聚合物分子在受到热、应力、微量水、酸、碱等杂质以及空气中的氧作用，导致聚合物链断裂、分子变小、相对分子质量降低的现象称为聚合物降解（也称裂解）。聚合物降解的影响：轻度降解会使聚合物变色；进一步降解会使聚合物分解出低分子物质，使制品出现气泡和流纹弊病，削弱制品各项物理、力学性能；严重的降解会使聚合物焦化变黑并产生大量的分解物质。1.3塑料成型工艺性能2019/8/1431聚合物定向：塑料在成型加工过程中分子发生不同程度的定向排列，即为定向（或称取向）。影响聚合物定向的因素：①随着模具温度、成型温度及塑件型腔深度的增加，分子定向程度也随之增加。②为了减少分子定向程度，通常可将浇口开设在型腔深度较大的部位。③增加浇口长度、充模压力及充模时间，分子定向程度也随之增加。1.3塑料成型工艺性能2019/8/14321.3.7压缩比与比容压缩比：塑料粉与塑件两者体积之比。比容（比体积）：单位质量塑料所占的体积。表示了各种热固性塑料的松散程度。它们都作为计算模具加料室高度的依据。1.3.8固化特性定义：热固性塑料在成型过程中，树脂发生交联反应，分子结构由线型变为体型，最后逐渐固化的特性称为固化特性。影响因素：塑料的品种、塑件壁厚及形状、模具预热温度。1.3塑料成型工艺性能