第二章塑料成型技术基础

塑料成型工艺与模具设计第二章1第二章塑料成型的基础知识第一节塑料的组成和特性第二节塑料的分类与应用第三节塑料成型工艺性能第四节塑料成型流变学基础塑料成型工艺与模具设计第二章2第一节塑料的组成和特性一、塑料的组成塑料包括：天然塑料（或树脂）和合成塑料两大类塑料：广义地说，它是一种在一定的温度和压力下能塑制成一定的形状，而当外力解除后，仍能保持所成型的形状的物质，也就是能够压塑的物质都可以称为塑料。更确切地说，塑料是指具有以上特性的、以高分子化合物或以合成树脂为基础的一类物质。人们一般指的塑料是能流动、成型及固化的人造材料，是从石油、煤、空气、水和农副产品等物质提炼出的化学物质制成的。塑料成型工艺与模具设计第二章3一、塑料的组成塑料的主要成分是：合成树脂有些由于加工或性能需要需加入添加剂1、合成树脂：是人工合成的高分子有机化合物。塑料的基本性能取决于树脂的本性。2、填充剂3、增塑剂4、着色剂5、润滑剂6、稳定剂7、硬化剂8、发泡剂塑料成型工艺与模具设计第二章4二、塑料的特性质量轻电气绝缘性能好比强度（强度与相对密度之比）比刚度（弹性模量与密度之比）高化学稳定性好减震消声性好，部分材料有自润滑性能导热率低塑料成型工艺与模具设计第二章5第二节塑料的分类与应用一、塑料的分类（一）根据塑料中树脂的分子结构及热性能不同分类1、热塑性塑料：这种塑料中树脂的分子是线型或支链型结构。它在加热时软化并熔融，成为可流动的粘稠液体，可成型为一定形状，冷切后保持已成型的形状，再次加热又可软化并熔融，可再次成型为一定形状的塑件。即其加热——固化过程是可逆的。热塑性的塑料有：PE、PP、PVC、PS、ABS、PMMA、PA、POM、PC等。塑料成型工艺与模具设计第二章6二、塑料的分类2、热固性塑料这类塑料中树脂的分子最终呈体型结构。它在受热之初，因分子呈线型结构，故可具有可塑性和可溶性，可成型为一定形状。当继续加热时，线型高聚物分子主链间形成化学键结合（即交联），分子呈网型结构，当温度达到一定值后，交联反应进一步发展，分子变为体型结构，树脂变得即不熔融，也不溶解，形状固定下来不再变化，称为固化。如再加热，不再软化，不再具有可塑性。（即其加热熔融，冷却固化过程是不可逆的）热固性塑料有：酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料等塑料成型工艺与模具设计第二章7（二）按塑料性能及用途分类1、通用塑料：指产量大、用途广、价格低的塑料。如酚醛塑料、氨基塑料、PVC、PS、PE、PP等2、工程塑料：指在工程技术中作结构材料的塑料。其力学性能、耐磨性、耐腐蚀性、尺寸稳定性均较高。如：PA、PC、POM、ABS、PSF、PPO等3、改性塑料：根据制品的使用要求，在塑料中加入特殊填料，以改变塑料的某些性能。如增强塑料是在塑料中加入玻璃纤维等填料，以提高塑料的比强度和比刚度；增韧塑料是在塑料中加入聚氨脂或橡胶以提高塑料的抗冲性能。等……。塑料成型工艺与模具设计第二章8塑料的主要性能一、物理性能：密度、尺寸稳定性、透明度等；二、力学性能：抗拉强度、冲击强度、伸长率、抗弯强度等；三、热性能：线膨胀系数，比热容、热扩散率等；四、化学性能：耐酸耐碱、溶解能力等；五、电性能：介电强度、体积电阻率、功率因数等；六、加工性能塑料成型工艺与模具设计第二章9三、塑料的选用1、一般结构件用塑料零件：罩壳、支架、连接件、手轮、手柄等要求：较低的强度和耐热性能一般用料：HIPS、PE、PP、ABS等2、耐磨损传动零件用塑料零件：轴承、齿轮、凸轮、蜗轮、蜗杆等要求：较高强度、刚性、韧性、耐磨损、耐疲劳，较高耐热变形等一般用料：MC尼龙、PA、增强PA、POM、PC等塑料成型工艺与模具设计第二章10三、塑料的选用3、减摩自润滑零件用塑料零件：轴承、活塞环、运动密封圈、滑块（运动零件）等要求：有自润滑性能一般用料：改性PA、POM（或改性）、聚四氟乙烯等4、耐腐蚀零部件用塑料零部件：化工容器等要求：耐强酸、强碱一般用料：热固性塑料、含氟塑料塑料成型工艺与模具设计第二章11三、塑料的选用5、耐高温零件用塑料零部件：有耐热要求的机械零件等、导弹、太空飞行器零部件等。可选用塑料：增强尼龙、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚砜（可在-100～＋150℃长期使用）、热固性塑料（呋喃塑料可达180～200℃，增强硅树脂塑料连续使用温度350℃，可在450℃短期使用，高温下尺寸稳定性好）6、光学用塑料零部件等：相机、显微镜、望远镜、眼镜，各种显示仪器的镜片等聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、环氧树脂、硅树脂、聚酯等塑料成型工艺与模具设计第二章12第三节塑料成型工艺性能一、聚合物的热力学性能与加工工艺性（一）聚合物的热力学性能非晶态聚合物状态：玻璃态Tg以上开始转化高弹态粘流态（称为力学三态）开始转变为粘流态的温度——粘流温度Tf玻璃化温度是非晶态塑料使用的上限温度；熔点是结晶聚合物使用的上限温度；脆化温度是塑料使用的下限温度；玻璃化温度是橡胶使用的下限温度；塑料成型工艺与模具设计第二章13结晶型、线型无定形聚合物的热力学曲线塑料成型工艺与模具设计第二章14一、聚合物的热力学性能与加工工艺性（二）聚合物的加工工艺聚合物力学三态适合的加工场合玻璃态——锉、锯、钻、车、铣等机械加工高弹态——弯曲、吹塑、真空成型等粘流态——挤出、压延、注射等塑料成型工艺与模具设计第二章15第三节塑料成型工艺性能二、热塑性塑料的工艺性能（一）热塑性塑料成型的工艺性1、收缩性：收缩率的测定：用Ø100±0.8mm、厚4±0.2mm的圆片测定；或25±0.5mm的立方体模具收缩率模腔尺寸因为忽略高阶，则：Lm=L(1+S)L——收缩后塑件在室温下的实际尺寸(mm)Lm——模具在室温下型腔尺寸(mm)%100mmLLLSSLLm132111SSSS塑料成型工艺与模具设计第二章162、流动性：放映流动性的参数有熔融指数、啊基米德螺旋线长度、表观粘度、流动比等；3、吸湿性和粘水性：是指塑料具有吸湿粘附水分的倾向的程度；4、结晶性：根据塑料熔体在冷却时是否具有结晶特性可分为，结晶性塑料有：PE、PP、POM、PA等，其使用性能较好，但在熔化过程需要的热量多，冷却凝固时释放的热量也多；非结晶型塑料有PS、PC、ABS等；第三节塑料成型工艺性能（一）热塑性塑料成型的工艺性能塑料成型工艺与模具设计第二章17第三节塑料成型工艺性能（一）热塑性塑料成型的工艺性能5、热敏性和水敏性热敏性：是指某些塑料的热稳定性能较差，在料温较高或受热时间较长的情况下就会产生降解、分解、变色等特性，如：PVC、POM等。水敏性：是指塑料在高温下对水降解的敏感性。如PC；塑料成型工艺与模具设计第二章18（一）热塑性塑料成型的工艺性能6、应力开裂与熔体破裂应力开裂：是指有些塑料在加工时，容易产生内应力，因此在外力或溶剂作用下易产生开裂。如PC、PS等；熔体破裂：是指当一定熔体指数的塑料熔体在恒温下通过喷嘴时，其流速超过一定值后，挤出熔体表面发生明显的横向凹凸不平或外形畸变以及支离或断裂的现象。塑料成型工艺与模具设计第二章19（一）热塑性塑料成型的工艺性能7、相容性:它是指两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状态不产生相互分离的能力。如果不相容的塑料混容时制品会出现分层、脱皮等缺陷。共混聚合物--指具有复相结构的聚合物（接枝共聚物、嵌段共聚物、互穿网络共聚物、复合聚合物、含有晶相和非晶相的均聚物、含有不同晶型结构的结晶聚合物）共混的方法：机械共混、化学共混提高相容性可加入偶联剂塑料成型工艺与模具设计第二章20（二）热固性塑料成型的工艺性能1、收缩率收缩率的测定与热塑性塑料相同：用Ø100mm、厚4mm的圆片计算方法：Lm=L(1+S)产生收缩原因：（1）热收缩这是由于热胀冷缩而引起的尺寸变化（2）材料结构变化引起的收缩这是由于热固性树脂在型腔中进行化学反应引起的。（3）弹性恢复（4）塑性变形塑料成型工艺与模具设计第二章21（二）热固性塑料成型的工艺性能2、流动性（用拉西格流动性表示）拉西格流动性分三个等级：一级：拉西格流动性值：100～130mm（压缩成型）形状简单，壁厚一般，无嵌件二级：拉西格流动性值：131～150mm（压缩成型）形状中等复杂三级：拉西格流动性值：151mm以上（压缩、传递成型，200mm以上可用于注射成型）形状复杂、薄壁、大件、嵌件较多塑料成型工艺与模具设计第二章22（二）热固性塑料成型的工艺性能影响热固性塑料流动性的主要因素：（1）塑料原料（树脂和填料的性质和配比，树脂分子支链化程度，填料颗粒小，润滑剂、水分、挥发物含量）（2）模具及工艺条件模腔表面粗糙度、材料的预压、预热、模温等都影响其流动性3、水分及挥发物含量水分及挥发物含量的质量分数：%100abGGX塑料成型工艺与模具设计第二章23（二）热固性塑料成型的工艺性能4、硬化速度硬化速度——指热固性塑料在压制标准试样时，于模内变成为坚硬而不熔、不溶状态的速度。单位为min/mm硬化速度太快不利成型形状复杂产品；硬化速度太慢生产效率低影响固化速度的因素：塑料的性能、预压、预热、成型温度和压力等塑料成型工艺与模具设计第二章24第四节塑料成型流变学基础一、聚合物的流变学性质（一）牛顿流动（二）非牛顿流动dtd00nK塑料成型工艺与模具设计第二章25高分子液体的奇异流变现象1.“剪切变稀”行为2.Weissenberg效应3.挤出胀大现象4.不稳定流动和熔体破裂现象等塑料成型工艺与模具设计第二章26一、聚合物的流变学性质（三）聚合物熔体黏度的影响因素（1）实验条件和生产工艺条件的影响（温度、压力、剪切速率或剪切应力等）；（2）物料结构及成份的影响（配方成份）；（3）大分子结构参数的影响（平均分子量、分子量分布、链结构）等。塑料成型工艺与模具设计第二章27二、聚合物熔体在成型时的流动（一）牛顿流体在圆形管道的线速度分布与温度分布nnnzRnnKLPvnnRQv110213213122214RrzPRvz塑料成型工艺与模具设计第二章28聚合物熔体在圆形管道的线速度分布与温度分布nnnnnwRnnzPKTT132110132121424164RrzPRTTw塑料成型工艺与模具设计第二章29（二）流动的缺陷聚合物的取向及不稳定流动塑料成型工艺与模具设计第二章30LDPE型的熔体破裂塑料成型工艺与模具设计第二章31HDPE型的熔体破裂塑料成型工艺与模具设计第二章32三、聚合物成型过程的物理和化学变化（一）聚合物的结晶1、结晶2、结晶度3、结晶对塑件性能的影响（二）聚合物的取向（三）聚合物的降解1、热降解2、力降解3、氧化降解4、水降解