模具设计第二章 塑料的组成性能与工艺特点

本章知识目标1．掌握塑料的概念和常用塑料的基本性能；2．掌握热固性塑料和热塑性塑料的工艺性能；3．熟悉常用塑料代号、性能、用途；本章能力目标具有塑料配料的初步能力能鉴别常用塑料能合理选择塑料，判断其性能第二章塑料的组成性能与工艺特点２.１塑料的基本组成2.1.1塑料的组成合成树脂＋添加剂1、合成树脂（40%~100%）受热软化后可将塑料的其它组分加以粘合，并决定塑料的主要性能2、添加剂包括填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂和固化剂等２.１塑料的基本组成2.添加剂⑴填充剂（填料）重要的但非必不可少的成分作用：减少树脂用量，降低塑料成本；改善塑料某些性能，扩大塑料的应用范围。２.１塑料的基本组成2.添加剂⑴填充剂（填料）分类：按化学性能可分为：有机填料、无机填料按形状可分为：粉状纤维状层状（片状）２.１塑料的基本组成2.添加剂⑵增塑剂能够增加塑料的可加工性、延展性和膨胀性的物质；它是能与树脂相溶的、不易挥发的高沸点有机化合物。常用的增塑剂是液态或低熔点固体有机物。主要有甲酸脂类、磷酸酯类和氯化石蜡等。２.１塑料的基本组成2.添加剂⑵增塑剂作用：•提高塑性、流动性和柔软性；•降低刚性和脆性；•改善塑料的工艺性能和使用性能。２.１塑料的基本组成2.添加剂⑶稳定剂凡能阻缓材料变质的物质称为稳定剂。可分为以下三种：热稳定剂：它的主要作用就是抑制或防止树脂在加工或使用过程中受热而降解。光稳定剂：它的主要作用是阻止树脂在光的作用下降解（塑料变色、力学性能下降等等）。抗氧化剂：延缓或抑制塑料氧化速度。２.１塑料的基本组成2.添加剂⑷润滑剂为防止塑料在成型过程中粘模，减少塑料对模具的摩擦，改善塑料的流动性，提高塑件表面的光泽度而加入的添加剂。２.１塑料的基本组成2.添加剂⑸着色剂起装饰美观的作用，某些着色剂还能提高塑料的光稳定性、热稳定性和耐候性。分类颜料染料有机颜料无机颜料２.１塑料的基本组成2.添加剂⑸着色剂特点：无机颜料：着色能力、透明性、鲜艳性较差，但耐光型、耐热性、化学稳定性较好，不易褪色。染料：色彩鲜艳、颜色齐全，着色能力、透明性好。性能与无机颜料相反。２.１塑料的基本组成2.添加剂⑸着色剂有机颜料的特性介于无机颜料和染料之间。还有阻燃剂、抗静电剂、发泡剂、防腐剂和加工助剂等等在塑料工业中着色剂多采用颜料并非每种塑料都要加入全部的添加剂，根据塑料品种和需求有选择性的加入某些添加剂２.１塑料的基本组成2.添加剂（6）固化剂固化剂又称硬化剂。作用：促使合成树脂进行交联反应形成体型网状结构，或者加快交联反应速度。多应用于热固性塑料中。２.１塑料的基本组成2.1.2塑料的分类1．按合成树脂的分子结构及特性分类：——在受热或其它条件下能固化成不熔不溶性物质的塑料，其分子结构最终为体型结构。（变化过程不可逆）——指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料，其分子结构是线型或支链型结构。(变化过程可逆)热塑性塑料热固性塑料２.１塑料的基本组成2.1.2塑料的分类——一般指具有特种功能（如耐热、自润滑等）应用于特殊要求的塑料。——一般指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。——一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。2．按塑料的用途分：特种塑料工程塑料通用塑料２.１塑料的基本组成2.1.3塑料的特性1.质轻、比强度高。2.优异的电绝缘性能。3.优良的化学稳定性能。4.减摩、耐磨性能好。5.透光及防护性能。6.减震、消音性能优良。比强度是按单位质量计算的材料的强度，其值等于材料强度与其表观密度之比，是衡量材料轻质高强性能的重要指标.２.１塑料的基本组成塑料的性能使用性能工艺性能体现塑料的使用价值体现塑料的成型性能2.1.3塑料的特性２.２塑料的成型工艺性２.２塑料的成型工艺性塑料的工艺性能——塑料在成形过程中表现出来的特有性质。热塑性塑料收缩性流动性相容性吸湿性热敏性热固性塑料收缩性流动性比容和压缩比硬化速度水分及挥发物含量２.２塑料的成型工艺性2.2.1塑料的成型收缩性热塑性塑料的工艺性能1、收缩性——塑件从模具中取出冷却到室温后，尺寸或体积收缩的特性称为收缩性成型收缩的大小可用收缩率来表示：%100%100bbcSbbaSjs式中Ss——实际收缩率Sj——计算收缩率a——模具或塑件在成型温度时的尺寸b——塑件在室温时的尺寸c——模具在室温时的尺寸２.２塑料的成型工艺性2.2.1塑料的成型收缩性2、成型收缩的形式塑件的尺寸收缩：由于热胀冷缩和塑件脱模时弹性恢复、塑性变形等原因，导致塑件脱模冷却到室温后其尺寸缩小。收缩的方向性：塑料在成型时由于分子的取向作用使塑件呈现各向异性，沿料流方向（即平行方向）收缩大，强度高，与料流垂直方向则收缩小，强度低。２.２塑料的成型工艺性2.2.1塑料的成型收缩性3、后收缩：塑件成型时，由于受成型压力、切应力、各向异性、密度不均、填料分布不均、模温不一致、硬化不均和塑性变形等因素的影响，塑件内存在残余应力。当脱模后，由于应力趋向平衡及储存条件的影响，使塑件再次收缩，这种收缩称为后收缩。一般塑件在脱模后10h内变化最大，24h后基本定型，但最后稳定要经过30～60天。通常热塑性塑料的后收缩比热固性塑料大，挤塑和注射的后收缩比压缩成型大。２.２塑料的成型工艺性2.2.1塑料的成型收缩性4、后处理收缩：在某些情况下，塑件按其性能和工艺要求，成型后要进行热处理，处理后也会导致塑件尺寸收缩，这种收缩叫后处理收缩。在模具设计时，对高精度塑件则应考虑后收缩及后处理收缩的偏差并予以补偿。２.２塑料的成型工艺性5、影响塑件收缩的因素：塑料的品种各种塑料都有其各自的收缩率范围，同一种塑料由于相对分子质量、填料及配比等不同，则其收缩率及各向异性也不同。塑件的结构塑件的形状、尺寸、壁厚、有无嵌件、嵌件数量及布局等，对收缩率值有很大影响。塑件的形状复杂、尺寸小、壁薄、带嵌件，收缩率就小。模具结构模具的分型面、加压方向、浇口形式、尺寸及分布等对收缩率及方向性影响也很大，如采用直接浇口，浇口截面大，收缩小，但方向性明显。成型工艺条件模具温度高、塑件冷却慢，则密度高、收缩大；注射压力高、脱模后弹性恢复大收缩小；保压时间长收缩小。2.2.1塑料的成型收缩性２.２塑料的成型工艺性2.2.2流动性：1）定义：塑料在一定的温度与压力下充满模具型腔的能力称为流动性。2）测定值：A、衡量热固性塑料流动性的指标通常用拉西格流动性表示。B、衡量热塑性塑料流动性的指标MI值（以用熔融指数、熔体流动速率）及螺旋线长度实验将常用塑料的流动性大致分为三类常用塑料的流动性大致分为三类：A、好：聚酰胺PA、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚丙烯PP、醋酸纤维素CA等；B、中等：改性聚苯乙烯、ABS、AS、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚甲醛POM、氯化聚醚等；C、差：聚碳酸酯PC、硬聚氯乙烯HPVC、聚苯醚PPO、聚砜PSF、氟塑料等。3）影响因素：品种、工艺、模具结构２.２塑料的成型工艺性2.2.3其它工艺性１．比体积与压缩率(压缩比－－热固性)1)定义：比体积（比容）是单位质(重)量塑料所占的体积；压缩率是塑料的体积与塑料制品体积之比，其值恒大于1。2）功用：比体积和压缩率都表示了各种塑料的松散程度，它们都可以作为确定加料腔大小的依据；比体积和压缩率大，内部充气多，成型时排气困难，成型周期长，生产率低。２．水分和挥发物的含量(热固性)1）来源：一是：塑料生产过程遗留下来及成型之前在运输、保管期间吸收的；二是：成型过程中化学反应产生的副产物。2）作用流动性大，易产生溢料，成型周期长，收缩率大，塑料件易产生气泡、组织疏松、变形翘曲、波纹等弊病；有的气体对模具有腐蚀作用，对人体有刺激作用。3）相应措施：成型前预热干燥；模具中开排气槽或压制操作时设排气工步；模具表面镀铬是防止腐蚀。２.２塑料的成型工艺性2.2.3其它工艺性3．吸水性即吸湿性：对水分的亲疏程度A、根据塑料吸水性大致可分为两类：具有吸水或粘附水分倾向的塑料：如聚甲基丙稀酸甲酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚砜、ABS等；既不吸水也不易粘附水分的塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等。B、危害：高温促使塑料发生水解、降解，流动性下降，塑料件内产生气泡、银丝、流纹、起泡。C、预防：在成型之前应进行干燥处理。有些塑料(如聚碳酸酯)即使含有少量水分，在高温、高压下也容易发生分解，这种性能称为水敏性。２.２塑料的成型工艺性2.2.3其它工艺性４．热敏性A、定义热敏性是指某些热稳定性差的塑料，在料温高和受热时间长的情况下就会产生降解、分解、变色的特性。如硬聚氯乙烯、聚三氟氯乙烯、聚甲醛等。B、预防加入热稳定剂；选择合适的成型设备，正确控制成型加工温度和加工周期。５．应力开裂：脆性材料：PS、PC、PSFetc.６．相容性：熔融状态下，两种塑料能否相熔到一起，不能则会分层，脱皮。７．毒性，刺激性，腐蚀性２.２塑料的成型工艺性2.2.3其它工艺性８．熔体破裂A、定义当一定熔体流动速率的塑料熔体在恒温下通过喷嘴孔时，其流速超过一定值后，挤出的熔体表面发生明显的横向凹凸不平或外形畸变以致支离或断裂，这种现象称为熔体破裂。B、影响及预防发生熔体破裂会影响塑料制品的外观和性能；所以对于熔体流动速率高的塑料，应增大喷嘴、流道和浇口截面，以减小注射速度，从而防止熔体破裂的产生。９.硬化速度(热固性)硬化是指塑料成型时完成交联反应的过程。硬化速度通常以塑料试样硬化每1mm厚度所需的秒数来表示，此值越小，硬化速度越快２.３常用塑料简介２.３.1常用热塑性塑料一、热塑性塑料(一)聚乙烯(PE)（HDPE:高密度聚乙烯、LDPE：低密度聚乙烯）1．基本特性：无毒，无味呈乳白色，密度为0.91～0.96g/cm3为结晶型塑料，使用温度-70℃～100℃2．主要用途：电绝缘塑件、耐腐蚀管道、薄膜、医疗瓶子、垫圈3．成型特点：(1)成型收缩率大(2)冷却速度慢(二)聚丙烯(PP)１．基本特性：无色，无味，无毒，外观似聚乙烯，但比聚乙烯更透明更轻，密度0.90～0.91/g/cm3，使用温度-15℃～100℃2．主要用途：法兰、泵叶轮、机械零件，耐酸碱容器，绝缘零件3．成型特点：(1)成型收缩率大(2)热容量大，冷却要求高，须充分冷却。２.３常用塑料简介２.３.1常用热塑性塑料(三)聚氯乙烯(PVC)1．基本特性：白色或浅黄色粉末，密度1.4/g/cm3，使用温度-15～55℃2．主要用途：防腐管道、线槽、插头、玩具、人造革3．成型特点：(1)成型温度下易分解放出氯化氢(2)应采用带预塑化装置的螺杆式注射机(3)模具应有冷却装置（HPVC:硬聚氯乙烯、SPVC:软聚氯乙烯(四)聚苯乙烯(PS)1．基本特性：无色透明，无毒无味，密度1.054g/cm3，使用温度70℃2．主要用途：仪表外壳、灯罩、透明模型、绝缘材料、容器、玩具3．成型特点：(1)流动性好、成品率高(2)热膨胀系数高(3)宜用高料温、高模温、低注射压力成型２.３常用塑料简介２.３.1常用热塑性塑料(五)丙烯睛一丁二烯一苯乙烯共聚物(ABS)1．基本特性：无毒，无味，呈微黄色，密度1.02～1.05g/cm3，使用温度70℃2．主要用途：广泛应用工业产品设计中3．成型特点：(1)成型压力较高，脱模斜度大(2)易吸水，成型前须干燥(3)成型模温50～60°(六)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)1．基本特性：俗称有机玻璃，透明，抗冲击性好，密度1.18g/cm32．主要用途：飞机、汽车窗玻璃、灯罩3．成型特点：(1)成型前，原料要干燥(2)低压注射２.３常用塑料简介２.３.1常用热塑性塑料(七)聚碳酸酯(PC)1．基本特性：本色微黄，透明，韧而刚，密度1.2g/cm3，使用温度120℃2．主要用途：各种机械零件、透镜3．成型特点：(1)成型前须干燥(2)成型温度高，压力高(八)聚砜(PSU)1．基本特性：琥珀色，透明，耐热，耐氧化性，使用温度-100～150℃2．主要用途：精密性，热稳性好的电视件3．成型特点：(1)