01第一章 塑料及其成型工艺

第一篇基础篇第一章塑料及其成型性能•1-1塑料的组成：塑料是以合成树脂为主要成分，加入或不加入其它添加剂而形成的一种人工材料。•1、合成树脂：即高分子聚合物，作用是①起粘接作用，使塑料具有流动性和可塑性；②决定塑料的基本性能（热性能，物理及化学性能，力学性能）。•2、添加剂：包括稳定剂，填充剂，增强剂，增塑剂（用于PVC），润滑剂，着色剂，固化剂（交联剂），阻燃剂，发泡剂等。（1）稳定剂分为热稳定剂（如聚氯乙烯），抗氧化剂（酚类及胺类有机物），紫外线吸收剂（羟基类衍生物、苯甲酸酯类及炭黑）；一般用量在0.3%∽0.5%（2）填充剂：加填充剂目的是降低成本或改进塑料性能（碳酸钙、硫酸钙、硅酸盐、木粉、石棉），用量在40%以下。•（3）增强剂：增强剂是一种强度很高纤维组织材料，加入的目的是增大拉伸强度和弯曲强度。品种有玻璃纤维、棉、麻、纸筋、碳纤维、陶瓷纤维、硼纤维等用量在40%以下。•（4）增塑剂：作用是提高可塑性和柔软性，常为高沸点液态有机化合物或低熔点固态有机化合物。一般一不用或尽量减少含量。只有软聚氯乙烯PVC增塑剂含量可达100%•（5）润滑剂：作用是防止熔胶粘附在成形设备和型腔上，改进熔胶流动性及提高制品表光亮度。常用的有硬脂酸及盐类。用量小于1%•（6）着色剂：用来增加制品颜色（合成树脂本色是白色半透明或无色透明）。常用的有颜色钠猩红、黄光硫靛红棕、颜料蓝、炭黑等有机颜料和铬黄、绛红镉、氧化铬、铝粉末等矿物颜料。•（7）固化剂（交联剂）：作用是使热固性塑料在完成交联而固化，使其强度、耐热性、化学稳定性有所提高。•1-2塑料的分类•1、按制造方法分：分聚合树脂和缩聚树脂聚合反应和缩聚反应：将从煤或石油中得到的相同或不相同的低分子单体化合成高分子聚合物的反应。聚合反应没有低分子物质析出，缩聚反应有水、氨、氯化氢等低分子物质析出•1）热塑性塑料：可再利用，如聚丙烯PP，PC，ABS，聚苯乙烯PS，聚乙烯PE，聚氯乙烯PVC，聚酰胺PA（尼龙Nylon）等。常采用注射、挤出、吹塑成形•2)热固性塑料：不可再利用，如酚醛，脲醛，三聚甲氰胺甲醛，不饱和聚脂等。常采用压缩、压注成形。•3．按用途分为：•1）通用塑料：产量大，用途广，价廉。如聚乙烯PE，聚丙烯PP，聚氯乙烯PVC，聚苯乙烯PS，聚甲基丙酸甲酯（有机玻璃PMMA），酚醛PF塑料和氨基塑料等；•2)工程塑料：力学性能好，耐磨，耐腐蚀，尺寸稳定性好。如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS，聚酰胺PA（尼龙Nylon），聚碳酸脂PC，聚甲醛POM，聚砜PSF，聚苯醚PPO，PET，PBT等。•1-3塑料的性能•1．密度小质量轻；密度与水相近，为钢密度的1/6•2、抗拉强度好，如工程塑料、碳纤维增强塑料抗拉强度远超金属等；•3．化学稳定性好；耐酸、碱、盐的腐蚀。•4．电绝缘性能好；可制电线，电笔，螺丝刀等•5、部份塑料透光性能好，可制玻璃窗，灯罩，薄膜•6．成型及着色性能好；可制不同形状及颜色塑制品•7．防潮，防震，防辐射，防透气；•8.缺点是不耐热，热稳定性差，刚性差，不耐压，在阳光、大气及压力下易老化。导热系数低，不利散热。•1-4成型方法•1．热塑性塑料的成型方法：包括注射成型，挤出成型，中空成型（吹塑成型），真空成型及压缩空气成型等。•2。热固性塑料的成型方法：包括压注成型和压缩成型等。1-5塑料的流变性•1.牛顿流体与非牛顿流体：流体以切变方式流动时，其切应力与剪切速率存在线性关系的为牛顿流体，否则为非牛顿流体。•2．熔胶的流动属非牛顿流体。1-6塑料成型工艺性能•一、流动性：•1．在成型过程中，塑料熔体在一定的温度和压力下充填型腔的能力称为塑料的流动性。•2．流动性的好坏，直接影响注塑工艺参数（成型温度，压力和周期）的选择，以及模具浇注系统的类型和尺寸的确定。•3．流动性太好则易产生披锋，流涎等现象，太差则不易充满型腔，造成缺料。•4．热塑性塑料流动性分三类：•1）流动性好的：PE、PP、PS、PA，醋酸纤维等。•2）流动性中等的：HIPS、ABS、AS(丙稀腈、苯乙烯)，PMMA、POM、氯化聚醚等。•3）流动性差的：PC、硬PVC、PPO、PSF。•二、收缩性（Shrinkage）•1、两种计算方法：•a-b•S实=•b••c-b•S计=•b•其中：•S实实际收缩率（%）；•S计计算收缩率（%）；•a塑件在成型温度时单向尺寸（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（mm）。•2。造成收缩的原因：•1）热胀冷缩：出模温度高于常温。•2）因弹性回复而收缩：出模后阻止收缩的力消失。•3）结晶收缩（对结晶性塑料）：伴随着结晶而引起的收缩。•4）定向收缩（流动时分子拉长，冷却后恢复原态）•3。影响收缩率变化的因素：•1）塑料品种•2）塑件特征：一般来说，形状越复杂、尺寸越小，壁厚越薄，有嵌件或多孔时收缩率越小。•3）模具结构：如点浇口则收缩率小。4）成型工艺参数。•三。结晶性：•1．塑料分子链（结构形态）在高温熔体向低温熔体转变过程中如果能得到稳定规整的排列，则为结晶性塑料，否则为非结晶性塑料。•2．结晶性塑料：PE、PP、POM、PA、聚四氟乙烯、氯化聚醚等；•非结晶性塑料：PS、PVC、PMMA、PC、ABS、PSF等。3．一般来说，结晶性塑料不透明或半透明；而非结晶性塑料是透明的。（但ABS不透明，MBS透明----透明ABS料）。•三．热敏性：•1．塑料对热的敏感程度。具体表现在：在高温下或因剪切作用大而摩擦生热时，发生变色和分解的倾向。•2．热敏性塑料包括：PVC，POM，PVDF（聚偏氯乙烯），EVA（醋酸乙烯），PCTFE（聚三氟氯乙烯）。•3。热敏性塑料分解时产生气体，对人、设备及模具都有刺激、腐蚀作用或有毒性。模具镶件材料必须防腐蚀，如S136H，PAK90等。•四．吸湿性：指塑料对水分子的亲疏程度。•1．吸湿倾向大的塑料有：PA，PC，ABS，PPO，PSF等。•2。吸湿倾向小的塑料有：PE，PP等。•2-3塑料成型过程中的化学反应：降解和交联•一．降解：•1。概念：塑料在高温、应力、氧气和水分等外部条件作用下，发生化学反应，导致聚合物分子链断裂，使弹性消失，强度降低，制品表面粗糙，使用寿命减短。•2。避免发生降解的措施：•（1）控制塑料质量；•（2）烘料，严格控制水分含量；•（3）控制注射工艺参数；（温度、时间、压力）•(4)对热、氧稳定性差的塑料加稳定剂；•（5）、良好的成形设备及模具构。•二、交联：（硬化、熟化）•1、概念：聚合物由线性结构转变为体型结构的化学反应过程，称为交联。交联后，聚合物的强度、耐热性、化学稳定性和尺寸稳定性性能均比原来有所提高。•2、应用：主要应在热固性聚合物的成形过程中。对热塑性聚合物一般对流动性和成型不利•交联不足：欠熟（硬化不足）主因是时间短，会产生强度、耐热性、化学稳定性和绝缘性差，制品表面少光泽、裂纹、形状翘曲•交联时间过长：过熟、硬化程度过大，会产生变脆。变色表面产生小泡。主因是成形温高，模温不均、制件过大过厚