注射成型工艺第一章 概论

塑料模具与设备主讲:徐洪烟福建农林大学机电工程学院三、其他塑料成型通过本课程的学习，既对基础理论有较深理解、专业上有所掌握，又能独立设计塑料成型工艺和塑料成型模具，合理选择成型设备，并具备一定的塑料制品设计能力。本课程内容一、塑料成型的理论基础。二、注射成型工艺及模具设计，注射模具与注射机的关系本课程目的第一篇塑料成型基础第一章概论一、塑料及其应用二、塑料的加工适应性三、塑料的主要成型方法重点掌握第一节塑料及其应用一、塑料的概念1、什么是塑料?塑料是以高分子聚合物为主要成分，并在加工为制品的某阶段可流动成型的材料。2、什么是高分子聚合物?高分子聚合物指由许多小分子单体通过聚合或缩聚反应形成的长链大分子。3、塑料的特性是什么？塑料具有特殊的物理力学性能和化学稳定性能，以及优良的成型加工性能，在加热和压力下，利用不同的成型方法几乎可将塑料制成任何形状的制品。4、塑料为什么会有这些特性？这归根于高分子聚合物的巨大相对分子质量。它们的原子之间具有很大的作用力，分子之间的长链蜷曲缠绕。这些缠绕在一起的分子既可互相吸引又可互相排斥，使塑料产生了弹性。高分子聚合物在受热时不像一般低分子物质那样有明显的熔点，从长链的一端加热到另一端需要时间，即需要经历一段软化的过程，因此塑料便具有可塑性。5、高分子聚合物与低分子物质的重要区别是什么？高分子聚合物没有精确、固定的相对分子质量。同一种高分子聚合物的相对分子质量的大小并不一样，只能采用平均相对分子质量来描述。组成：以合成树脂为主要成分，根据不同需要添加不同添加剂所组成的混合物。1.合成树脂什么是合成树脂？合成树脂是人们模仿天然树脂的成分，并克服了产量低、性能不理想的缺点，用化学方法人工制取的各种树脂。合成树脂决定了塑料的基本性能，作用：⑴在塑料制件中，为均一的连续相，将各种添加剂粘结成一个整体，使其具有一定的物理力学性能。⑵在成型加工中，与所加的添加剂配制成的塑料有良好的成型工艺性能。二、塑料的组成2．稳定剂作用：减缓或阻止塑料在加工和使用过程中的分解变质。分类：热稳定剂、抗氧化剂和紫外线吸收剂等。用量：塑料的0．3％～0．5％。3．填料包括：填充剂和增强剂。作用：降低塑料成本或改进塑料的性能。填充剂：碳酸钙、硫酸钙和硅酸盐、木粉、石棉等。增强剂：典型品种有玻璃纤维、棉、麻和纸筋等，性能特殊的还有碳纤维、陶瓷纤维、硼纤维及其单晶纤维。用量：塑料的40％以下。4．增塑剂作用：提高塑料的可塑性和柔软性。增塑剂：一些高沸点的液态有机化合物或低熔点的固态有机化合物。5．润滑剂作用：⑴对塑料的表面起润滑作用，防止熔融的塑料粘附在成型设备或模具上。⑵改进塑料熔体的流动性能。⑶提高制品表面的光亮度。润滑剂：硬脂酸、盐类等。用量：小于塑料的1％。7．固化剂作用：热固性塑料成型时，使合成树脂完成交联反应而固化。固化剂（或交联剂）：酚醛树脂中加六亚甲基四胺；环氧树脂中加乙二胺或顺丁烯二酸酐等。6．着色剂作用：增加塑料制品的色彩，改善塑料的耐候性。着色剂：有机颜料，颜色钠猩红、黄光硫靛红棕、颜料蓝、炭黑等；矿物颜料，铬黄、绛红镉、氧化铬、铝粉末等。三、塑料的分类1．按制造方法分类有机化学中的两种反应：聚合反应和缩聚反应。分类：聚合树脂、缩聚树脂两类。聚合反应：将许多低分子单体化合成高分子聚合物的化学反应。在此反应过程中没有低分子物质析出。这种反应既可在同一种物质的分子间进行(其反应产物称为聚合体)，也可以在不同物质的分子间进行(其反应产物称为共聚体)。缩聚反应：将相同的或不相同的低分子单体化合成高分子聚合物的化学反应。此反应过程中有低分子物质析出。2．按成型性能分类分类：热塑性塑料、热固性塑料两类。热塑性塑料的特点：受热后软化或熔融，此时可成型加工，冷却后固化，再加热仍可软化。很多凉鞋穿几天就坏了，其原因就是其塑料已经超过了最大回收利用次数。可以回收利用，不是可以无限次地回收利用，因为存在“老化”问题，所以，次数是有限的。7次常见的热塑性塑料有：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、有机玻璃、聚酰胺、聚甲醛、ABS、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜和聚四氟乙烯等。热固性塑料的特点：开始受热时也可以软化或熔融，但一旦固化成型就不再软化。此时，即使加热到接近分解的温度也无法软化，且也不会溶解在溶剂中。常见的热固性塑料有：酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂、脲醛塑料、三聚氰胺甲醛和不饱和聚酯等。酚醛塑件环氧树脂塑件为什么塑料具有热塑或热固性的特性？⑴热塑性塑料的分子结构呈链状或树枝状，称为线性聚合物。这些分子互相缠绕但并不连结在一起，受热后具有可塑性。（无定型、结晶形塑料）⑵热固性塑料加热开始时链状或树枝状结构，但受热后逐渐结合成网状(称为交联反应)，成为既不熔化又不熔解的物质，称为体型聚合物。分子的链与链间产生化合反应，再次加热时不能软化。常用成型方法：热塑性塑料，注射、挤出或吹塑等；热固性塑料，压缩或压注，有的也可以采用注射成型。3．按用途分类分类：通用塑料、工程塑料及特殊用途的塑料等。通用塑料：用途最广泛、产量最大、价格最低廉。聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、酚醛(PF)和氨基塑料六大类，约占世界塑料总产量的80％。工程塑料：可用作工程材料的塑料。主要有丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物(ABS)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、苯醚（PPO）、聚砜(PSF)及各种增强塑料。通用塑料产量占塑料总产量的一半以上！聚乙烯／管聚丙烯／纱线聚乙烯／绳ABS管材聚砜尼龙螺拴聚甲醛零件四、塑料的性能和用途1．质量轻密度与水相近，约为钢密度的1／6，但力学强度比木材、玻璃、陶瓷等要高得多，有的甚至可与钢铁媲美。用途：特别适合制造轻巧的日用品和家用电器零件，对要求减轻自重的车辆、船舶和飞机有特别重要的意义。2．比强度高按单位质量来计算材料的抗拉强度(称之为比强度)，它并不逊于金属，工程塑料、碳纤维增强塑料等，远超过金属。用途：可用于制造工程机械，纤维增强塑料可用作负载较大的结构零件，小轿车中塑料的质量约占整车质量的1／10，宇宙飞船中塑料的体积约占飞船总体积的1／2。3．耐化学腐蚀能力强对酸、碱、盐等化学物质的腐蚀均有抵抗能力。用途：硬聚氯乙烯被广泛用来制造化工管道及容器。4．绝缘性能好对电、热、声都有良好的绝缘性能，极低的介电损耗性能。用途：被广泛地用做电绝缘、绝缘保温及隔音吸音材料。其优越的电气绝缘性能和极低的介电损耗性能，可以与陶瓷和橡胶媲美。现又制造出半导体、导电导磁塑料等，它们对电子工业的发展具有独特的意义。5．光学性能好塑料的折射率较高，且有很好的光泽。用途：不加填充剂的大都可制成透光性良好的制品，如有机玻璃、聚苯乙烯、聚碳酸酯等都可制成透明的制品。广泛地用来制造玻璃窗、罩壳、透明薄膜以及光导纤维材料。6．加工性能好、经济效益显著a、容易成型，成型加工周期短；b、成型塑件所需专用设备投资少，能耗低；c、与金属制件加工相比，加工工序少；d、加工过程中的边角废料多数可回收再用，以单位体积计算，生产塑料制件的费用仅为有色金属的1／10，因此塑料制件的总体经济效益显著。但是应注意：a、一般塑料的刚性差；b、塑料的耐热性差；c、散热性差；d、若长期受载荷作用，产生“蠕变”现象。e、易燃烧.f、光和热作用下性能容易变坏，发生老化现象。第二节塑料的加工适应性温度对于塑料的加工有着重要的影响。随着加工温度的逐渐升高，塑料将经历玻璃态、高弹态、黏流态直至分解。不同状态其性能不同，决定了对加工的适应性。1、玻璃化温度θg以下，坚硬的固体。2、θg至θf为高弹态，橡皮状弹性体。3、θf（θm）开始黏流态（称为熔体）。以上讨论结论：在一定的加工温度下塑料具有可挤压性、可模塑性、可延性、可纺性、可机加工性等。第三节塑料的主要成型方法1．注射成型(注塑成型)成型原理：注射机将粒状的塑料连续输入到注射机料筒中受热并逐渐熔融，成黏性流动状态，由料筒中的螺杆或柱塞推至料筒端部。通过料筒端部的喷嘴和模具的浇注系统将熔体注入闭合的模具中，充满后经过保压和冷却，使制件固化定型，然后开启模具取出制件。应用：主要用于热塑性塑料，现也用于热固性塑料。注射成型在塑料制件成型中占有很大比例，塑料成型模具产量中半数以上是注射模具。2．挤出成型(挤塑成型)成型原理：与注射成型的原理类似，将粒状塑料在挤出机的料筒中完成加热和加压过程，熔体经过装在挤出机机头上的成型口模挤出，然后冷却定型，借助牵引装置拉出，成为具有一定横截面形状的连续制件。应用：热塑性塑料的主要成型方法之一。除了成型加工外，该法还用于塑料的混炼加工。4．压缩成型(压制成型)工作原理：把由上、下模(或凸、凹模)组成的模具安装在压力机的上、下模板之间，将塑料原料直接加在敞开的模具型腔内，再将模具闭合，塑料粒料(或粉料、预制坯料)在受热和受压的作用下充满闭合的模具型腔，固化定型后得到塑料制件。应用：主要用于热固性塑料。3．中空成型（吹塑成型）工作原理：先用挤出机或注射机挤出或注射出管筒形状的熔融坯料，然后将此坯料放人吹塑模具内，向坯料内吹入压缩空气，使中空的坯料均匀膨胀直至紧贴模具内壁，冷却定型后开启模具取出中空制件。应用：它是制造中空制件和管筒型薄膜的方法。5．压注成型（传递成型）工作原理：将塑料粒料或坯料装入模具的加料室，在受热、受压下熔融的塑料通过模具加料室底部的浇注系统充满闭合的模具型腔，然后固化成型。应用：与压缩成型一样，压注成型也是热固性塑料成型的主要方法之一，适用于形状复杂或带有较多嵌件的热固性塑料制件。6．固相成型特点：使塑料在熔融温度以下成型，在成型过程中塑料没有明显的流动状态。应用：多用于塑料板材的二次成型加工。习题与思考1、什么是合成树脂?什么是塑料?为什么塑料能得到日益广泛的应用?2、什么是热塑性塑料和热固性塑料?两者在本质上有何区别?3、试述热塑性塑料的状态与加工的关系?4、热塑性塑料的主要成型方法有哪些?热固性塑料的主要成型方法有哪些?