高分子材料成型原理第六章2010

高分子材料成型原理(PrinciplesofPolymerMaterialsProcessing)“高分子材料成型原理”之第六章塑料成型加工原理第一节概述塑料的应用塑料的基本概念塑料的特性及其分类几种重要的塑料塑料成型加工方法一、塑料的应用-日杂用品塑料的应用-家电用品塑料的应用-家电用品38%23%塑料是家电行业仅次于钢材的第二大类原材料，也是用量增速最快的材料，每年29.5％左右。34%贯流风叶10%塑料的应用-交通运输汽车刮雨器的马达系统发动机进气歧管前后保险杠前照灯透镜后视镜罩挡泥板仪表板燃油箱散热器护栅中央控制器箱…….提高汽车造型的美观与设计灵活性、降低成本、降低能耗在德国每辆汽车平均使用塑料制品近300公斤，占汽车总消费材料的22％左右。我国每辆轿车塑料的用量平均达到130公斤以上，汽车工业对塑料的需求量超过100万吨/年。塑料的应用-电子、信息塑料的应用-化工塑料的应用-农业塑料的应用-建筑塑钢门窗塑料的应用-包装30~40%的包装材料为塑料制品塑料的应用-其它应用最广：遍及人们生活的各个领域产量最大：目前全球料塑产量达2亿吨/年，中国塑料产量突破2200万吨/年，消费量4000万吨/年，中国塑料制品的产量排名世界第二。品种最多：百余种（成千上万种）在塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂等五大高分子材料中，塑料：塑料的应用何谓塑料？二、塑料的基本概念顾名思义，塑料就是可以塑造的材料。即我们可以借助适当的成型工具，在一定的温度和压力下将这种材料塑制成各种形状和尺寸的制品。在物质组成上，通常所用的塑料并不是一种纯物质，它是由许多材料配制而成的。其中高分子材料(或称合成树脂)是塑料的主要成分，此外，为了改进塑料的加工性能和使用性能，还要在聚合物中添加各种辅助材料，如填料、增塑剂、润滑剂、稳定剂、着色剂等，才能成为性能良好的塑料。塑料的性能指标物理机械性能屈服强度、断裂强度、弯曲强度、压缩强度、模量(拉伸、弯曲、压缩)、冲击强度、硬度热性能玻璃化转变温度、软化点、熔点、热变形温度、分解温度…光学性能透光率、雾度高分子材料的应力-应变曲线塑料的基本概念塑料的特性-优点可塑、加工简单、易成型，宜于采用机械化大规模生产。重量轻：绝大多数塑料的密度在0.８-2.2g/cm3之间,仅有钢的1/10-1/3。良好的热绝缘性：其导热系数仅有金属的1/500-1/600。泡沫塑料的导热系数只有0.02-0.046W/mK，约为金属的1/1500。良好的电绝缘性。良好的耐化学腐蚀性能。性能可设计性好，可以通过改变配方，加工工艺，得到各种特殊性能的材料。富有装饰性。三、塑料的特性及其分类塑料的特性-缺点易老化：长时间使用后，性能下降。易燃：塑料不仅可燃，而且在燃烧时发烟量大，甚至产生有毒气体。耐热性差：塑料一般都具有受热变形，甚至分解的问题。刚度小：塑料是一种粘弹性材料，弹性模量低，只有钢材的1/10-1/20，且在荷载的长期作用下易产生蠕变，即随着时间的延续变形增大。而且温度愈高，变形增大愈快。因此，用作承重结构应慎重。塑料的特性及其分类塑料的分类工程塑料通用塑料塑料的特性及其分类从应用的角度，按材料的性能特点和应用范围原料来源半合成塑料合成塑料通用塑料产量大、应用面广、性能多样化，且加工性能好、成本低，主要用于生产日用品或一般的工农业用品。如，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、酚醛塑料—五大通用塑料塑料的特性及其分类工程塑料产量不大、成本较高，但具有优良的机械强度，耐摩擦、耐热、耐化学腐蚀，可以代替金属等作为工程材料使用。如，聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)聚酯(PBT、PET)、ABS、聚苯醚、聚苯硫醚、氟塑料、聚砜、聚酰亚胺…….塑料的特性及其分类塑料的分类从加工的角度、按照材料受热时的行为特点塑料的特性及其分类热固性塑料热塑性塑料热塑性塑料固化软化以至熔融流动热塑性塑料中高分子的链结构是线型或低支化度的，粘流温度低于热分解温度，成型加工时，一般只有物理变化而无明显的化学变化。加热冷却塑料的特性及其分类结晶性塑料：机械强度、耐溶剂、耐热性较好，透明度较差非结晶性塑料：机械强度、耐溶剂、耐热性较差、透明度较好热固性塑料塑化或软化固化成型热固性塑料中高分子的链结构最初亦是线型或支链型的，加热初期，具有可塑性，可成型为一定的形状。但其分子链上通常带有可反应的官能团，继续加热时，线型分子之间（或线型分子与加入的固化剂分子）发生化学键结合（即交联），形成网状体型结构，变得既不能熔融，也不能溶解，形状被固定下来不再能变化。加热化学交联塑料的特性及其分类四、几种重要的塑料聚乙烯(PE)：[CH2CH2]n产量最大、应用最广性能特点：无色、无味、无毒的乳白色蜡状固体。软而韧，除冲击强度外，其他力学性能不是很高，但具有良好的韧性和耐低温性、优异的介电与电绝缘性、耐溶剂性主要品种：HDPE(高密度，低压、中压)、LDPE(低密度，高压)、LLDPE、交联聚乙烯、氯化聚乙烯应用：薄膜(农用、包装)、容器(工业、日用)、管材、电线电缆包皮、泡沫制品、防腐涂层PE材料的应力-应变（S-S)曲线几种重要的塑料聚丙烯(PP)：[CHCH2]n等规聚丙烯CH3发展最快，产量第四性能特点：无色、无味、无毒的白色蜡状固体。力学强度较高、密度小(0.90g/cm3)、使用温度较高、优异的抗弯曲疲劳性，韧性较差、易老化。应用：医疗器械、食品器具(蒸气消毒)；轻载结构件(反复受力的铰链、风扇叶轮)；汽车零部件(方向盘、蓄电池、空气过滤器壳、脚踏板、保险杠、仪表盘等)；洗衣机零件等聚氯乙烯[CHCH2]n第二大品种Cl性能特点：未增塑的聚氯乙烯是无臭、无味的白色或淡黄色粉末，其拉伸曲线属硬而较脆的类型，耐化学腐蚀性优异，难燃、离火后自熄，耐热性和热稳定性差，80~85℃开始软化，140℃开始分解。主要品级：硬质PVC、软质PVC、半硬质PVC应用：薄膜和人造革，电线电缆包皮，各种建筑管材、型材、板材几种重要的塑料聚苯乙烯(PS)：[CHCH2]n产量第三性能特点：无色、无味、透明的固体，刚性好，是典型的硬而脆的塑料，耐油剂性差应用：装饰品、照明制品、仪器仪表壳罩高抗冲聚苯乙烯(HIPS)：聚苯乙烯与丁苯橡胶或顺丁橡胶共混或接枝共聚改性应用：家用电器、办公用品的壳体或部件几种重要的塑料ABS树脂丙烯腈-苯乙烯共聚物与丁二烯-丙烯腈橡胶的共混物丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物性能特点：ABS树脂无毒、无臭外观呈淡黄色。具有良好的综合物理机械性能，耐冲击、耐热、表面硬度和光泽度高、尺寸稳定主要品级：通用型、高耐热型、电镀型、透明型应用：高档家用电器、办公用品的壳体或部件、冰箱内衬；机械部件(齿轮、轴承)；汽车配件(仪表板、前部格栅、车轮装饰品、反光镜护罩等)几种重要的塑料CH3聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)[CH2CH]n俗称有机玻璃COOCH3性能特点：无毒、无味、无色透明，具有良好的综合机械性能，刚性硬质、低温冲击强度高、坚韧而具有弹性，光学性能优异、耐候性好；缺点是表面硬度不足，易于擦伤、擦毛而失去光泽。应用：飞机、汽车的透明玻璃、光学玻璃、光导纤维、光学仪器、假牙、广告橱窗、广告牌、家用灯具几种重要的塑料聚碳酸酯（PC）CH3O双酚A型聚碳酸酯[OCOC]nCH3性能特点：无色透明、无臭、无味、无毒的固体。刚韧坚硬，硬度大于PMMA，具有良好的综合力学性能，拉伸、压缩、弯曲强度均与PA6、PA66相当，耐热性能良好，使用温度范围广（-130~130℃）应用：制造承载的机械零件（齿轮齿条、蜗轮蜗杆、凸轮、轴承保持架、便携工具箱），大型灯罩、飞机座舱玻璃、容器（纯净水桶）、光盘几种重要的塑料聚酰胺(尼龙)：分子主链中含酰胺键的一系列高分子PA6：[NH(CH2)5CO]nPA66：[NH(CH2)6NHOC(CH2)4CO]nPA11、PA12、PA1010性能特点：硬而韧、具有良好的冲击强度、拉伸强度、耐磨性和自润滑性，耐油性优异、气体阻隔性好，但吸湿性大、高温下易氧化降解应用：机械设备中的轴承、轴瓦、密封垫、活塞环、齿轮、涡轮、泵叶轮等、皮带轮、导辊、滑轮，电子电器上的线圈骨架、集成线路板，化工设备中的耐腐耐油管道、储油容器、电动工具外壳几种重要的塑料聚甲醛(POM)：均聚甲醛[CH2O]n共聚甲醛[CH2O]x[CH2OCH2CH2O]y性能特点：白色粉末状或粒状固体，具有优良的综合性能，强度、模量、耐磨性、韧性、耐疲劳性和抗蠕变性均较高，是替代金属的理想塑料，还具有优良的电绝缘性和耐溶剂性，但耐温性差应用：可广泛用于替代各种有色金属合金，制造各种汽车、机械、仪表、化工行业的零部件，特别是齿轮、凸轮、轴承类几种重要的塑料汽车刮雨器的马达系统氟塑料(PTFE)FF聚四氟乙烯：[CC]n“塑料王”FF性能特点：较柔软的白色固体，具有优良的化学稳定性和耐腐蚀性（除熔融金属钠和液氟外，能耐其它一切化学药品，在王水中煮沸也不起变化，能在任何种类化学介质中长期使用）。密封性好、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力，耐温优异（能在250℃至-180℃的温度下长期工作。但机械性能较差，刚度、强度、硬度均较小。应用：各种化工设备和化工机械的防腐蚀件，防腐耐热的密封件，各种活塞环、导向环，家用品防粘层(防粘锅)。几种重要的塑料几种重要的塑料酚醛树脂：酚类化合物与醛类化合物经缩聚而得到的树脂。通过不同的催化条件可以得到热塑性和热固性两种不同的酚醛树脂。热塑性酚醛树脂OHOHCH2OHOHCH2OH+HCHO或酸酚过量OHCH2OHnCH2OHCH2OHCH2~OH~线型酚醛树脂，其结构中没有残存的羟甲基，受热时仅熔化而不会继续发生缩聚反应，必须加入固化剂才能形成体型结构几种重要的塑料或OH+HCHOOHCH2OHCH2OH碱醛过量OHCH2OHCH2OHHOH2C（1）苯酚与甲醛通过加成反应生成多羟基酚热固性酚醛树脂（2）羟甲基进一步缩合反应OHCH2OHnCH2OHCH2OHCH2~OH~甲阶树脂OHCH2OHnOHCH2OHCH2OHCH2~~CH2OHCH2OHHOH2C乙阶树脂几种重要的塑料OHCH2OHCH2OHCH2~CH2OHCH2H2COH~CH2OHCH2OH~CH2OHH2C~~H2COHOHCH2CH2~OH丙阶树脂热固性酚醛树脂酚醛树脂主要用于电器绝缘件、宇航器的驾驶舱、建筑材料、卫生设备、化工设备等不饱和聚酯：首先由饱和二元酸、不饱和二元酸与二元醇经缩聚反应得到分子量不高的线型缩聚产物，由于其结构中具有不饱和双键，可以与后续加入的某些乙烯基单体进行交联反应生成热固性的体型结构。几种重要的塑料用于制造各种玻璃钢制品，不饱和二元酸OOHCCHCCOHOOCCHHCCOOHOOOCCCOOHCOOHCOOHCOOH饱和二元酸CHCH2CHCH2CHCH2交联单体制品的用途遍及我们生活的各个领域原料种类品种众多性质各异制品形状各种各样千变万化成型方式多种多样塑料成型加工方法第二节塑料成型加工方法及其原理塑料成型基础高分子材料的加工性能高分子材料的加热与冷却高分子材料的流变行为高分子材料的成型性能高分子材料加工中的结构变化塑料的组成与配制塑料成型加工方法模压成型层压成型缠绕成型手糊成型挤出成型注射成型传递模塑五、塑料成型加工方法挤出成型注射成型中空吹塑成型压延成型热成型泡沫塑料成型（干法）流延成型热固性塑料及其复合材料：热塑性塑料：其他：溶液成型（各种铸塑成型、流延、涂覆），制品的二次加工（机械加工、表面处理、焊接…..)挤出成型（口模成型）挤出成型也称挤塑成型或口模成型，它是将物料从挤出机中通过加热、混合、加压，以流动状态连续通过口模成型的方法。挤出的制品都是连续的型材，如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆包覆层等。此外，还可用于塑料的混合、塑化造粒、着色