《塑料模具设计》 陈志刚 主编第1.5

1．3塑料的组成与分类1．3．1塑料的组成组成塑料的最基本成分是合成树脂，称为基质材料。按实际需要，塑料材料中一般还含有许多其它成分，称为助剂（添加剂），这些助剂用以改善材料的使用性能或工艺性能。热塑性塑料有时也以纯树脂形式使用，热固性塑料则完全以加有助剂的形式使用。1.5常用塑料1.5.1热塑性塑料热塑性塑料指具有加热软化、冷却硬化特性的塑料。我们日常生活中使用的大部分塑料属于这个范畴。加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。热塑性塑料质轻，密度0.83~2.20g/cm3；电绝缘性好，不导电及耐电弧；化学稳定性好，能耐一般的酸、碱、盐及有机溶剂；具有良好的耐磨性和润滑性；比强度高，尤其玻璃纤维及碳纤维增强的塑料，可达到或超过钢的比强度；着色性良好，可以采用喷涂、热压印及印刷等方法获得各种外观颜色的塑件；可以采用多种成型方法加工，生产效率高。1．聚乙烯聚乙烯（Polyethylene，PE）是以乙烯为单体进行聚合而制得的聚合物。是一个由多种工艺方法生产的具有多种结构和特性的系列品种。聚乙烯的工业化生产是从1939年开始的，由于其用途广、原料来源丰富、价格低廉、生产技术成熟、便于大规模生产等原因，是目前世界塑料家族中产量最大、应用最广的品种。（1）聚乙烯的特性及用途聚乙烯是无臭、无味及无毒的可燃性白色粉未。经挤出造粒成蜡状半透明颗粒料，手触似蜡，柔而韧呈乳白色，密度0.91~0.98g/cm3，比水轻，燃烧时有石蜡气味，软化成球状，火焰上端呈黄色，中间呈蓝色，不能自熄，是典型的热塑性塑料，其分子结构式为：综上所述，聚乙烯具有如下特性：【1】优异的高频绝缘性能，由于其吸水性极小，介电性能与频率、温度及湿度无关；【2】耐化学性好，化学稳定性较高，能耐大多数酸、碱及盐的浸蚀，但不耐强氧化酸的腐蚀（如发烟硫酸及浓硝酸等），除苯和汽油外，一般不溶于有机溶剂；【3】聚乙烯的耐低温性能好，在-60℃下仍具有较好的力学性能，但使用温度不高，LDPE的使用温度在80℃以下，HDPE在110℃以下。【4】聚乙烯在热、光及氧的作用下会发生老化，逐渐变脆，机械性能和电性能下降，在成型时，氧化会引起熔体粘度下降和变色，产生条纹，影响塑件质量。因此，需添加抗氧剂及紫外线吸收剂等。2．聚丙烯聚丙烯（Polyproylene，PP）是聚烯烃类塑料中一重要品种，目前其世界产量排在聚乙烯和聚氯乙烯之后位居第三位，但其生产能力却以每年8%~12%的增长率处于各种塑料之冠。由于聚丙烯的原料来源丰富，价廉，且有优异的电、耐化学、耐溶剂等多种性能，再加上通过改性后可用于工程领域，成型方法多样，因而使其在塑料材料中用途最为广泛。美国、西欧和日本等国的聚丙烯产量以达世界总生产能力的2/3。聚丙烯是以丙烯为单体进行聚合而制得的聚合物。分子结构式为：通过聚乙烯和聚丙烯的分子结构比较我们发现，其实聚乙烯分子中每个链节的一个氢原子被甲基（-CH3）取代后，就成为聚丙烯分子了。（1）聚丙烯的特性及用途聚丙烯和聚乙烯同属聚烯烃，都是线型的碳氢高分子化合物，不含或含有极少的双键结构。二者在溶解溶胀性、电性能等方面有许多相似处。但是由于聚丙烯主链碳原子上交替存在着甲基，致使它与聚乙烯有如下差别：甲基的存在使主链略显僵硬，同时分子的对称性也随之下降，其结果是僵硬性使聚丙烯的结晶温度、熔融温度增高，而分子对称性下降又会使其熔融温度降低，二者净效应是使聚丙烯的熔点比聚乙烯提高50℃左右。聚丙烯是无毒、无味和无臭的乳白色蜡状物，密度约在0.90~0.91g/cm3之间，像聚乙烯但比聚乙烯更轻，是通用塑料中密度最小的品种之一。其燃烧容易，离火后可继续燃烧，火焰上黄下蓝，有少量黑烟，并有石油味。由于聚丙烯的晶相与非晶相的密度差小，所以聚丙烯的透明程度比聚乙烯好，且透明度随结晶度下降而增加（随晶粒细化而增大，如果在成型加工时，采取骤冷措施还会得到相当透明的产品）。聚丙烯的耐热性稍高于聚乙烯，无载下最高连续使用温度可超过120℃，轻载下可达120℃，低载下可达110℃，较重载荷下可达100℃。聚丙烯耐沸水、耐蒸汽性良好，在135℃的高压锅内可蒸煮1000h而不破坏，特别适宜制备医用高压消毒用品。（2）聚丙烯的成型特性1）聚丙烯成型加工性好，可以用注射、挤出、吹塑及真空成型等方法加工。2）吸湿性小，仅0.01%~0.03%，成型前可不用干燥，但在70~120℃条件下预热后再成型，其生产效率可提高30%。3）可能发生熔体破裂，与热金属长期接触易分解。4）流动性好，溢边值为0.03mm左右，压力对熔体粘度比温度影响显著，应在较高压力下成型。5）冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，适当延长冷却时间，以稳定尺寸。6）收缩率大而且波动范围大，方向性明显（易取向），易发生缩孔、凹陷及变形。必须指出的是，聚丙烯的收缩是一个缓慢的过程，其常常延续到制品脱模以后的相当时期内。7）应注意控制成型温度，尽量缩短受热时间。料温及模温应选择适当，料温低时方向性明显，尤其低温高压时更显著；模温低于50℃时，塑件表面不光泽，易产生熔接不良和流痕，模温高于90℃时易发生翘曲和变形。8）塑件壁厚应均匀，避免缺口和尖角，防止应力集中；塑件内不能有铜质嵌件，聚丙烯与铜接触后会变脆。9）因取向显著，不宜采用直接浇口，否则浇口附近残余应力大，易使塑件翘曲变形。（3）聚丙烯的应用由于聚丙烯价格低廉，性能优良，加工容易，因此，其应用正变的日益广泛。目前其最大市场除在包装和纺织领域外，在汽车及电器中的用量正逐年增长，特别是在汽车制造工业中，使用聚丙烯及其改性材料的增长率超过其它任何材料，另外，在建筑、家具等领域也在大量使用聚丙烯。1）汽车零部件聚丙烯及增强聚丙烯可以制成汽车方向盘、挡泥板、坐椅、蓄电池壳、空气过滤器壳、启动脚踏板、发动机舱、车厢、通风采暖系统、灯罩、工具箱等产品。2）医疗工具如注射器、盒、输液袋、输血工具、病人用具（盒、杯、壶等）。3）各类薄膜及中空制品如各种纺织品包装袋，装食物用食品袋，电缆、电机和变压器中的绝缘薄膜，打字机带和胶粘带的基膜；包装洗涤剂、化学品和药品，与其它材料复合而制成的用于盛装食油、酱油、液体燃料、化学制剂的各种容器。4）一般用途机械零件中的轻载结构件如手轮、手柄、罩、铰链、活页、法兰、接头、阀门、泵叶轮、风扇叶轮等。5）日常用品如周转箱、货箱、折叠椅、澡盆、玩具、餐具、门窗框架、盥洗室水槽、文体用品等。6）聚丙烯的单丝和纤维制品如鱼网、绳索、各种编织袋；衣料、蚊帐、地毯、人造草坪、尿布、滤布、无妨布、室内装饰材料等。7）化工制品如耐热耐腐容器、管道、设备衬里、涂层等。3．聚氯乙烯聚氯乙烯（PolyVinylChloride缩写代号PVC）树脂是由氯乙烯单体（VCM）经均聚或与其它单体共聚而成的一类高聚物的统称。由于聚氯乙烯塑料综合性能优良，原料来源丰富且低廉，为氯碱工业提供了氯平衡，再加上聚氯乙烯树脂技术的不断改进，增塑剂工业、稳定剂工业及其稳定化技术的进展和成熟，从而使得聚氯乙烯工业获得了飞速的发展。按照产量，聚氯乙烯在世界范围和我国目前皆是占据五大通用塑料中的第三位。（PE占41%，PP占22%，PVC占20%）（1）聚氯乙烯的结构与性能聚氯乙烯可以看成是聚乙烯分子链上每个单体单元中的一个氢原子交替地被氯原子（Cl）取代的结果，其分子结构式为：聚氯乙烯树脂是白色或淡黄色的坚硬粉末，密度约1.40g/cm3，纯聚氯乙烯吸湿性不大于0.05%，增塑后吸湿性增大，可达到0.5%。聚氯乙烯难于燃烧，离火即灭，火焰上黄下绿，并有白烟，有刺激性酸味。由于氯原子的存在增大了分子链间的作用力，不仅使分子链变刚，也使分子链间的距离变小，聚氯乙烯比聚乙烯具有较高的强度、刚度，但韧性，断裂伸长率和冲击强度均下降。（2）聚氯乙烯的加工特性1）聚氯乙烯可用注射、挤出、压延及吹塑等多种方法进行成型加工。2）吸湿性小，但为了提高流动性及防止产生气泡，避免制品表面缺乏光泽，应预先干燥，干燥条件为在110℃下干燥1~1.5h。3）极易分解，尤其在高温下与钢和铜等金属接触极易分解，分解产生腐蚀性气体，模腔表面应镀铬或渗氮处理。4）流动性差，聚氯乙烯熔体的表观粘度受剪切速率的影响显著。升温易分解。5）聚氯乙烯属于热敏性塑料，成型温度范围窄，必须严格控制料温。6）宜用螺杆式注射机和直通喷嘴，孔径宜大，以防死角滞料。7）聚氯乙烯是无定形聚合物，在冷却过程中不发生相的变化，收缩率硬质聚氯乙烯为0.1%~0.4%，软质聚氯乙烯为1%~5%。8）模具应有冷却系统。（3）聚氯乙烯的应用由于聚氯乙烯塑料具有很多优良的性能，因而在农业、化工、电子、轻工、机械、建筑等很多部门得到广泛应用。1）建筑行业建筑业对PVC制品需求十分旺盛，据预测，PVC全部产量的3/4将进入建筑市场，PVC门窗将占总门窗产量的40%左右，除此之外，还有建筑板材、型材、线材、防水卷材、防水密封材料、装饰材料、上下水管、泡沫塑料构件，煤气输送管道等。2）包装行业用于食品、调味品、饮料、化妆品、洗涤剂等的中空吹塑包装瓶，物品软包装薄膜、收缩膜，啤酒瓶盖和饮料瓶内衬等。3）电子电器行业电线电缆绝缘层、电线和电池套管、槽线盒，办公室器具的罩壳，收音机、电视机、电话机的壳体等。4）农业地面覆盖薄膜、大棚膜，硬塑料件，农田排灌管道、农网等。5）汽车行业仪表板、后盖板、操纵杆盖板、货车地板，顶棚衬里、座椅和车身内衬等的表皮，内饰件，电线绝缘层、护套、护管等。6）化工行业化工厂通风、排气、输送酸、碱介质及浆液等的耐腐蚀管道、管件及阀门、泵，化工设备衬里、电解槽、酸洗槽，塔器、反应器，烟囱等。7）其它产品塑料鞋和鞋底、软管、垫片、唱片、壁纸、提包、桌布、窗帘、窗纱、蚊帐、防蛀网、绳索、食品包装及医疗用的输液袋、输血袋、盆、管、盒、雨衣、阀膜等。4．聚苯乙烯聚苯乙烯（Potyslyrene，PS）是20世纪30年代出现的塑料品种，由于其具有价格低廉、透明性、刚性、着色性及模塑性好，吸湿低等多种优异性能，因而迅速发展成为热塑性塑料的大品种之一。（1）聚苯乙烯的结构及用途聚苯乙烯是典型的线型热塑性高聚物，主链为饱和碳-碳链，每个结构单元有一个较大的侧基-苯环（可称苯基或侧苯基），其分子结构式为：聚苯乙烯是一种无色透明、质坚、性脆、似玻璃状的非晶形塑料，当制品落地或被敲击时能发出具有金属般的清脆声音。聚苯乙烯无毒，不致菌类生长，无嗅，易燃烧，离火后可继续燃烧，火焰呈橙黄色并伴有浓黑烟柱，有苯乙烯单体的甜香味（略带松节油味），吹熄能拉长丝。聚苯乙烯密度为1.04~1.07g/cm3，吸水率低，约0.02%~0.05%，制品能在潮湿的环境条件下保持其强度和尺寸的稳定性。（2）聚苯乙烯的成型特性1）成型性能好，可注射、挤出、真空成型及模压成型等。2）流动性好，溢边值约0.03mm，对压力变化敏感。3）吸湿性小，成型前可不干燥。4）成型后塑件收缩率很低，尺寸稳定性好。5）可用柱塞式或螺杆式注射机成型，为防止淌料，可采用直通式或自锁式喷嘴。6）性脆易裂，热膨胀系数大，易产生内应力，成型中的内应力，可通过退火处理消除。7）宜采用高料温、高模温及低注射压力，延长注射时间，有利于减小内应力，防止缩孔和变形（尤其厚壁塑件更有效），但料温过高，塑件易出现银丝，料温过低或脱模剂用量过多，则塑件透明性变差。8）可采用各种形式浇口，浇口与塑件连接处应圆滑过渡，防止去除时损伤塑件。脱模斜度不宜太小，推出力要均匀分布，防止变形和开裂。9）塑件壁厚应均匀，不宜有嵌件、缺口及尖角，轮廓表面圆滑过渡。（3）聚苯乙烯的应用聚苯乙烯主要应用在以下几个方面：1）电器用品如计算机、电视机、CD机、录音机以及各种电器仪表零件、壳体、高频电容器、光导纤维、高频绝缘用品等。2）透明零部件如各种仪器仪表外壳、灯罩、机壳透明窗、透明模型、陈列柜、光盘盒、医疗用品、药瓶、大口杯等。3）日用杂品如梳子、瓶盖、玩具、牙刷柄，圆珠笔、学习用具、一次性用快餐包装盒、鸡蛋箱、各种盘、碗、茶具、托盘等。4）防震、保温、隔音材料如建筑上用的