热塑性塑料

热塑性塑料热塑性塑料品种极多，即使同一品种也由于树脂分子及附加物配比不同而使其使用及工艺特性也有所不同。另外，为了改变原有品种的特性，常用共聚、交链等各种化学聚合方法在原有的树脂结构中导入一定百分比量的异种单体或高分子相等树脂，以改变原有树脂的结构成为具有新的使用及工艺特性的改性品种。例如，ABS即为在聚苯乙烯分子中导入了丙烯腈、丁二烯等异种单体后成为改性共聚物，也可称为改性聚苯乙烯，具有比聚苯乙烯优越的使用，工艺特性。由于热塑性塑料品种多、性能复杂，即使同一类的塑料也有仅供注射用或挤出用之分，故本章节主要介绍各种注射用的热塑性塑料。一、工艺特性（一）收缩率热塑性塑料成形收缩的形式及计算如前所述，影响热塑性塑料成形收缩的因素如下1、塑料品种热塑性塑料成形过程中由于还存在结晶化形起的体积变化,内应力强,冻结在塑件内的残余应力大，分子取向性强等因素，因此与热固性塑料相比则收缩率较大，收缩率范围宽、方向性明显,另外成形后的收缩、退火或调湿处理后的收缩一般也都比热固性塑料大。2、塑件特性成形时融料与型腔表面接触外层立即冷却形成低密度的固态外壳。由于塑料的导热性差,使塑件内层缓慢冷却而形成收缩大的高密度固态层。所以壁厚、冷却慢、高密度层厚的则收缩大。另外,有无嵌件及嵌件布局,数量都直接影响料流方向,密度分布及收缩阻力大小等,所以塑件的特性对收缩大小,方向性影响较大3、进料口形式、尺寸、分布这些因素直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作用及成形时间。直接进料口、进料口截面大（尤其截面较厚的）则收缩小但方向性大,进料口宽及长度短的则方向性小。距进料口近的或与料流方向平行的则收缩大。4、成形条件模具温度高,融料冷却慢、密度高、收缩大,尤其对结晶料则因结晶度高,体积变化大,故收缩更大。模温分布与塑件内外冷却及密度均匀性也有关,直接影响到各部分收缩量大小及方向性。另外,保持压力及时间对收缩也影响较大,压力大、时间长的则收缩小但方向性大。注射压力高,融料粘度差小,层间剪切应力小,脱模后弹性回跳大,故收缩也可适量的减小,料温高、收缩大,但方向性小。因此在成形时调整模温、压力、注射速度及冷却时间等诸因素也可适当改变塑件收缩情况。模具设计时根据各种塑料的收缩范围,塑件壁厚、形状,进料口形式尺寸及分布情况,按经验确定塑件各部位的收缩率,再来计算型腔尺寸。对高精度塑件及难以掌握收缩率时,一般宜用如下方法设计模具：（1）对塑件外径取较小收缩率，内径取较大收缩率，以留有试模后修正的余地。（2）试模确定浇注系统形式、尺寸及成形条件。（3）要后处理的塑件经后处理确定尺寸变化情况（测量时必须在脱模后24小时以后）。（4）按实际收缩情况修正模具。（5）再试模并可适当地改变工艺条件略微修正收缩值以满足塑件要求。（二）流动性1、热塑性塑料流动性大小,一般可从分子量大小、熔融指数、阿基米德螺旋线长度、表现粘度及流动比（流程长度/塑件壁厚）等一系列指数进行分析。分子量小,分子量分布宽,分子结构规整性差,熔融指数高、螺旋线长度长、表现粘度小,流动比大的则流动性就好,对同一品名的塑料必须检查其说明书判断其流动性是否适用于注射成形。按模具设计要求我们大致可将常用塑料的流动性分为三类：（1）流动性好尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素、聚（4）甲基戍烯；（2）流动性中等改性聚苯乙烯（例ABS·AS）、有机玻璃、聚甲醛、聚氯醚；（3）流动性差聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。2、各种塑料的流动性也因各成形因素而变,主要影响的因素有如下几点：（1）温度料温高则流动性增大,但不同塑料也各有差异,聚苯乙烯（尤其耐冲击型及MI值较高的）、聚丙烯尼龙、有机玻璃、改性聚苯乙烯（例ABS·AS）、聚碳酸酯、醋酸纤维等塑料的流动性随温度变化较大。对聚乙烯、聚甲醛、则温度增减对其流动性影响较小。所以前者在成形时宜调节温度来控制流动性。（2）压力注射压力增大则融料受剪切作用大,流动性也增大,特别是聚乙烯、聚甲醛较为敏感,所以成形时宜调节注射压力来控制流动性。（3）模具结构浇注系统的形式,尺寸,布置,冷却系统设计,融料流动阻力（如型面光洁度,料道截面厚度,型腔形状,排气系统）等因素都直接影响到融料在型腔内的实际流动性,凡促使融料降低温度,增加流动性阻力的则流动性就降低。模具设计时应根据所用塑料的流动性,选用合理的结构。成形时则也可控制料温,模温及注射压力、注射速度等因素来适当地调节填充情况以满足成形需要。（三）结晶性热塑性塑料按其冷凝时无出现结晶现象可划分为结晶形塑料与非结晶形（又称无定形）塑料两大类。所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝时,分子由独立移动,完全处于无次序状态,变成分子停止自由运动,按略微固定的位置,并有一个使分子排列成为正规模型的倾向的一种现象。作为判别这两类塑料的外观标准可视塑料的厚壁塑件的透明性而定,一般结晶性料为不透明或半透明（如聚甲醛等）,无定形料为透明（如有机玻璃等）。但也有例外情况,如聚（4）甲基戍烯为结晶性料却有高透明性,ABS为无定形料但却并不透明。在模具设计及选择注射机时应注意对结晶料有下列要求：（1）料温上升到成形温度所需的热量多,要用塑化能力大的设备。（2）冷凝时放出热量大,要充分冷却。（3）熔态与固态的比重差大,成形收缩大,易发生缩孔、气孔。（4）冷却快结晶度低,收缩小,透明度高。结晶度与塑件壁厚有关,壁厚冷却慢结晶度高,收缩大,物性好。所以结晶性料应按要求必须控制模温。（5）各向异性显著,内应力大。脱模后未结晶化的分子有继续结晶化倾向,处于能量不平衡状态,易发生变形,翘曲。（6）结晶熔点范围窄,易发生未熔粉末注入模具或堵塞进料口。（四）热敏性及水敏性1、热敏性塑料系指某些塑料对热较为敏感,在高温下受热时间较长或进料口截面过小,剪切作用大时,料温增高易发生变色、降聚,分解的倾向,具有这种特性的塑料称为热敏性塑料。如硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物,聚甲醛,聚三氟氯乙烯等。热敏性塑料在分解时产生单体、气体、固体等副产物，特别是有的分解气体对人体、设备、模具都有刺激、腐蚀作用或毒性。因此,模具设计、选择注射机及成形时都应注意,应选用螺杆式注射机,浇注系统截面宜大,模具和料筒应镀铬,不得有死角滞料,必须严格控制成形温度、塑料中加入稳定剂,减弱热敏性能。2、有的塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分,但在高温、高压下也会发生分解,这种性能称为水敏性,对此必须预先加热干燥。（五）应力开裂及熔融破裂1、有的塑料对应力敏感,成形时易产生内应力并质脆易裂,塑件在外力作用下或在溶剂作用下即发生开裂现象。为此,除了在原料内加入附加剂提高抗裂性外,对原料应注意干燥,合理的选择成形条件,以减少内应力和增加抗裂性。并应选择合理的塑件形状,不宜设置嵌件等尽量减少应力集中。模具设计时应增大脱模斜度,选用合理的进料口及顶出机构,成形时应适当的调节料温、模温、注射压力及冷却时间,尽量避免塑件过于冷脆时脱模,成形后塑件还宜进行后处理提高抗裂性,消除内应力并禁止与溶剂接触。2、当一定融熔指数的聚合物熔体,在恒温下通过喷嘴孔时其流速超过某值后,熔体表面发生明显横向裂纹称为熔融破裂,有损塑件外观及物性。故在选用熔融指数高的聚合物等,应增大喷嘴、浇道、进料口截面,减少注射速度,提高料温。（六）热性能及冷却速度1、各种塑料有不同比热、热传导率、热变形温度等热性能。比热高的塑化时需要热量大,应选用塑化能力大的注射机。热变形温度高的冷却时间可短,脱模早,但脱模后要防止冷却变形。热传导率低的冷却速度慢（如离子聚合物等冷却速度极慢）必须充分冷却,要加强模具冷却效果。热浇道模具适用于比热低,热传导率高的塑料。比热大、热传导率低,热变形温度低、冷却速度慢的塑料则不利于高速成形,必须用适当的注射机及加强模具冷却。2、各种塑料按其品种特性及塑件形状,要求必须保持适当的冷却速度。所以模具必须按成形要求设置加热和冷却系统,以保持一定模温。当料温使模温升高时应予冷却,以防止塑件脱模后变形,缩短成形周期,降低结晶度。当塑料余热不足以使模具保持一定温度时,则模具应设有加热系统,使模具保持在一定温度,以控制冷却速度,保证流动性,改善填充条件或用以控制塑件使其缓慢冷却,防止厚壁塑件内外冷却不匀及提高结晶度等。对流动性好,成形面积大、料温不匀的则按塑件成形情况有时需加热或冷却交替使用或局部加热与冷却并用。为此模具应设有相应的冷却或加热系统。各种塑料成形时要求的模温及热性能见表1-4及表1-5。（七）吸湿性塑料中因有各种添加剂，使其对水分各有不同的亲疏程度，所以塑料大致可分为吸湿、粘附水分及不吸水也不易粘附水分的两种，料中含水量必须控制在允许范围内，不然在高温、高压下水分变成气体或发生水解作用，使树脂起泡、流动性下降、外观及机电性能不良。所以吸湿性塑料必须按要求采用适当的加热方法及规范进行预热，在使用时还需用红外线照射以防止再吸湿。二、成形特性常用热塑性塑料成形特性及成形条件见表1-4及表1-5。增强塑料为了进一步改善热固及热塑性塑料的机电性能。常在塑料中加入玻璃纤维填料（简称玻纤）,作为增强材料,以树脂为粘结剂而组成新型复合材料,通称为增强塑料（热固性塑料的增强塑料又称为玻璃钢）。由于塑料配方的玻璃纤维的品种、长度、含量等不同,其工艺性及使用特性也各不相同。本节主要介绍模压用，的热固性增强塑料及注射用的热塑性增强塑料。热塑性增强塑料热塑性增强塑料一般由树脂及增强材料组成。目前常用的树脂主要为尼龙、聚苯乙烯、ABS、AS,聚碳酸酯、线型聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等。增强材料一般为无碱玻璃纤维（有长短两种,长纤维料一般与粒料长一致为2-3mm,短纤维料长一般小于0.8mm）经表面处理后与树脂配制而成。玻纤含量应按树脂比重选用最合理的配比,一般为20-40%之间。由于各种增强塑料所选用的树脂不同,玻纤长度、直径,有无含碱及表面处理剂不同其增强效果不一,成形特性也不一。如前所述增强料可改善一系列机电性能,但也存在一系列缺点：冲击强度与冲击疲劳强度低（但缺口冲击强度增高）；透明性、焊接点强度也降低,收缩、强度、热膨胀率、热传导率的异向性增大。故目前该塑料主要用于塑制小型,高强度、耐热,工作环境差及高精度要求的塑件。（一）工艺特性1、流动性差增强料熔融指数比普通料低30-70%故流动性不良,易发生填充不良,熔接不良,玻纤分布不匀等弊病。尤其对长纤维料更易发生上述缺陷,并还易损伤纤维而影响机电性能。2、成形收缩小、异向性明显成形收缩比普通料小,但异向性增大沿料流方向收缩小,垂直方向大,近进料口处小,远处大,塑件易发生翘曲、变形。3、脱模不良、磨损大该料不易脱模,并对模具磨损大,在注射时料流对浇注系统,型芯等磨损也大。4、易发生气体成形时由于纤维表面处理剂易挥发成气体、必须予以排出,不然易发生熔接不良、缺料及烧伤等弊病。（二）成形注意事项为了解决增强料上述工艺弊病在成形时应注意下列事项：1、宜用高温、高压、高速注射。2、模温宜取高（对结晶性料应按要求调节）,同时应防止树脂玻纤分头聚积,玻纤裸露及局部烧伤。3、保压补缩应充分。4、塑件冷却应均匀。5、料温、模温变化对塑件收缩影响较大,温度高收缩大,保压及注射压力增大,可使收缩变小但影响较小。6、由于热刚性好,热变形温度高可在较高温度时脱模,但要注意脱模后均匀冷却。7、应选用适当的脱模剂。8、宜用螺杆式注射机成形。尤其对长纤维料必须用螺杆式注射机加工,如果没有螺杆式注射机则应在造粒后象短纤维料一样才可在柱塞式注射机上加工。（三）成形条件常用热塑性增强塑料成形条件见表1-8。（四）模具设计注意事项1、塑件形状及壁厚特别应考虑有利于料流畅通填充型腔,尽量避免尖角、缺口。2、脱模斜度应取大,含玻璃纤维15%的可取1°-2°,含玻璃纤维30%的可取2°-3°。当不允许有脱模斜度时则应避免强行脱模,宜采用横向分型结构。3、浇注系统截面宜大,流程平直而短,以利于纤维均匀分散。4、设计进料口应考虑防止填充不足,异向性变形,玻璃纤维分布不匀,易产生熔接痕等因素。进料口宜取薄膜,宽薄，扇