常用塑料材料介绍

第2章 常用塑料材料2.1 塑料的组成与工艺特性一、塑料的组成 塑料的基本组成：塑料是以合成树脂为主要成分，加入适量的添加剂组成的。(1)合成树脂 合成树脂是由低分子化合物经聚合反应所获得的高分子化合物，如聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂等。树脂受热软化后，可将塑料的其他组分加以粘合，并决定塑料的主要性能，如物理性能、化学性能、力学性能及电性能等。塑料中树脂含量为40-100。(2)添加剂 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。塑料助剂又叫塑料添加剂，是聚合物（合成树脂）进行成型加工时为改善其加工性能或为改善树脂本身性能所不足而必须添加的一些化合物。助剂类别繁多，约有上百种。品种成千上万。助剂的选择与应用，必须兼顾应用对象种类、加工方式、制品特征及配合组分等多种因素。选择助剂时应考虑以下几个问题：1）助剂与制品的配伍性 助剂应与聚合物匹配，这是选用助剂时首先要考虑的问题。助剂与聚合物的配伍性包括它们之间的相容性以及对稳定性方面的影响。一般地说，助剂必须长期，稳定、均匀地存在于制品中才能发挥其应用的效能。所以通常要求所选择的助剂与聚合物要有良好的相容性。如果相容性不好，助剂就容易析出。固体助剂的析出俗称为“喷霜”，液体助剂的析出则称作“渗出”或“出汗”。助剂析出后不仅失去作用，而且影响制品的外观和手感。助剂与聚合物的相容性主要取决于它们结构的相似性。 并非要求所有的助剂都必须与聚合物有良好的相容性。如无机填充剂和无机颜料，它们不溶于聚合物，无相容性而言，它们在聚合物中的分散是非均相的，不全析出。对这类助剂则要求它们细度小、分散性好。也不是所有的助剂与聚合物的相容性愈大愈好。如润滑剂的相容性如果过大，就会起到增塑剂的作用，造成聚合物的软化。 助剂与聚合物配伍性的另一个重要问题是它们在稳定性方面的影响。有些聚合物（如聚氯乙烯）的分解产物是酸性的（放出HCl），会使一些助剂失效，如与碱性助剂成盐。也有些助剂会加速聚合物的降解。 2）助剂的耐久性 聚合物材料在使用条件下，仍可保持原来性能的能力叫耐久性。保持耐久性就是防止助剂的损失。助剂的损失主要通过三条途径：挥发、抽出和迁移。挥发性大小取决于助剂本身的结构。一般来讲，分子量愈小，挥发性愈大。抽出性与助剂在不同介质中的溶解度直接相关。要根据制品的使用环境来选择适当的助剂品种。迁移性是指聚合物中某些助剂组分可以转移到与其接触的材料上的性质。迁移性大小与助剂在不同聚合物中的溶解度有关，同时要求助剂应具有耐水、耐油、耐溶剂的能力。 3、助剂对加工条件的适应性 加工条件对助剂的要求，最主要是耐热性，即要求助剂在加工温度下不分解、不易挥发和升华。对加工设备和模具不产生腐蚀作用。同一种聚合物，由于加工成型的方法不同，所需要的助剂可能有所不同。 4、助剂对制品用途的适应性 制品用途往往对助剂的选择有一定的制约。不同用途的制品对所欲采用的助剂的外观、气味、污染性、耐久性、电性能、热性能、耐候性、毒性等都有一定要求。 5、助剂配合中的协同作用与对抗作用 一种聚合物往往同时使用多种助剂，这些助剂同时处在一个聚合物体系中，彼此之间有所影响。如产生协同效应、加和效应、对抗效应等。加和效应是指两种或两种以上助剂并用时，它们的总效应等于它们各自单独使用效能的加和。协同效应是指两种或两种以上助剂并用时，它们的总效应超过它们各自单独使用效能的加和。对抗效应则相反，是指两种或两种以上助剂并用时，它们的总效应小于它们各自单独使用的效能或加和。因此选择助剂配合时一定要考虑选择具有协同作用的不同助剂，而防止对抗效应产生。（1)填 充 剂(填料)填充剂的作用：是调整塑料的物理化学性能，提高材料强度，扩大使用范围，以及减少合成树脂的用量，降低塑料的成本。常用的填充剂：粉状填料、纤维状填料、层状填料。1）碳酸钙、硅石、硅藻土、云母、石棉、石墨、木粉、金属粉；2）棉花、亚麻、石棉纤维、玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、金属短须。3）纸张及棉布屑、玻璃布。塑料中的填充剂含量一般为2050，这是塑料制件品种多、性能各异的主要原因之一。附表 常用部分塑料填料及其作用序号填料名称作 用1碳酸钙(CaCO3)用于聚氯乙烯、聚烯烃等提高制件耐热性、硬度；塑件稳定性好；降低收缩率、降低成本因遇酸易分解，不宜用于耐酸制件2粘土(Al203)高岭土(Al、SiO2)滑石粉(Mg、SiO2)石棉(Ca、Mg、SiO2)云母(硅酸盐)用于聚氯乙烯、聚烯烃等 改善加工性能，降低收缩率，提高制件的耐热、耐燃、耐水性及降低成本；提高制件刚性、尺寸稳定性以及使制件具有某些特性(如滑石粉可降低摩擦系数，云母可提高介电性能)3碳黑(C) 用于聚氯乙烯、聚烯烃等 提高制件导热、导电性能，也作着色、光屏蔽剂4二氧化硅(Si02)(白碳黑) 用于聚氯乙烯、聚烯烃、不饱和聚酯、环氧树脂等 提高制件介电性、冲击性能；可调节树脂的流动性5硫酸钙(石膏CaSO4)亚硫酸钙 用于聚氯乙烯、丙烯酸类树脂等 降低成本，提高制件尺寸稳定性、耐磨性6金属粉(铜、铝、锌等) 用于各种热塑性工程塑料、环氧树脂等提高塑料导电、传热、耐热等性能7二硫化钼石墨(C) 用于尼龙浇铸制件等 提高表面硬度，降低摩擦系数、热膨胀系数，提高耐磨性8聚四氟乙烯粉(或纤维) 用于聚氯乙烯、聚烯烃及各种热塑性工程塑料提高制件的耐磨性、润滑性9玻璃纤维 提高制件机械强度10木粉 用于酚醛树脂及聚氯乙烯等塑料的增量。塑件电性能优异，抗冲击性好，但色调、耐水性及耐热性稍差加入不同的填充剂，可以制成不同性能的塑料。如：如酚醛树脂中加人木粉后，可获得机械强度高的胶木；加入云母、石英和石棉可提高塑料的耐热性和绝缘性；聚酰胺、聚甲醛等树脂中加入二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯后，明显地改善了塑料的耐磨性、抗水性、耐热性、机械强度和硬度等性能；用玻璃纤维作为塑料的填充剂，能大幅度提高塑料的机械强度。有的添加剂还可使塑料具有树脂所没有的性能，如加入银、铜等金属粉末，可制成导电塑料，加入磁铁粉，可制成磁性塑料。（2）增 塑 剂增塑剂的作用：提高塑料的可塑性和柔软性，降低熔融温度，改善熔体的流动性。加入它可加大分子间的距离，削弱大分子间的作用力。常用的增塑剂是一些不易挥发的高沸点的液体有机化合物或低熔点的固体有机化合物。理想的增塑剂必须在一定范围内能与合成树脂很好地相溶，并具有良好的耐热、耐光、不燃及无毒的性能。缺点：增塑剂的加入会降低塑料的稳定性、介电性能和机械强度，因此在塑料中应尽可能地减少增塑剂的含量。大多数塑料一般不添加增塑剂，唯有软质聚氯乙烯含有大量的增塑剂(邻苯二甲酸二丁酯)。（3)稳 定 剂作 用：抑制和防止塑料在加工和使用过程中因受热、光及氧等作用而分解变质，使加工顺利进行，保证塑件具有一定的使用寿命。（提高热分解温度）热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂、紫外线抗御剂等。光稳定剂是抑制或减缓由于光氧化作用而使高分子材料发生降解的助剂。按其作用机理可分为：紫外线吸收剂（UVA）、猝灭剂（又称能量转移剂）、自由基捕获剂、光屏蔽剂。如在聚氯乙烯中加入硬脂酸盐，可防止热成型时的分解；在塑料中加入炭黑作紫外线吸收剂，可提高其耐光辐射的能力。对稳定剂的要求是，除对聚合物的稳定效果好外，还应能耐水、耐油、耐化学药品，并能与树脂相溶，在成型过程中不分解、挥发小、无色。常用的稳定剂有硬脂酸盐、铅的化合物及环氧化合物等。稳定剂用量一般为塑料的0.30.5。（4)润 滑 剂作用：润滑剂对塑料表面起润滑作用，防止塑料在成型加工过程中粘附在模具上。同时，添加润滑剂还可以提高塑料的流动性，便于成型加工，并使塑料表面更加光滑。常用的润滑剂为硬脂酸及其盐类，其加入量通常小于1。需加入润滑剂的常用塑料：聚烯烃、PS、醋酸纤维素、PA、ABS、PVC,硬质PVC更突出。常用的润滑剂有：脂肪酸皂类、合成蜡及某些有机硅化合物。（5)着 色 剂作用：为满足塑件使用上的美观要求，给予塑料以色彩及特殊的光学性能，有时还能改善塑料制品的耐候性，常加入着色剂。种类：1. 给予塑料色彩的色料：有机颜料、无机颜料和染料作着色剂。 2. 给予塑料特殊的光学性能的有光学絮片：（铝、铜、铜合金等）珠光色料：使塑料呈珠光；磷光色料：经光线照射后，能在黑暗中发光；荧光色料：能放出与吸收不同波长的光线，因而形成闪烁的辉光，但不能在黑暗中发光。着色剂应具有的性能：应具有着色力强、色泽鲜艳、分散性好的特点，不易与其他组分起化学变化，且具有耐热、耐光等性能。着色剂的用量一般为塑料的0.010.02。塑料中加入色料的方法： 1.用挤出造粒机，混色后挤出切断造粒，得到已混色好的树脂原料，用于大批量生产同色的产品。 2.用色母加入到原色的树脂中，混合均匀，假如注射机塑化；用于小批量、多品种生产。缺点是：混色不够均匀，不同批次的产品存在色差。 3.将粉状染料加入到原色的树脂中，混合均匀，假如注射机塑化；用于小批量、多品种生产。缺点是：混色不够均匀，不同批次的产品存在色差。目前注射塑料的着色已广泛使用色母粒着色的方法，只要在注射成型之前，在本色塑料粒子中，拌入一定比例的浓缩色母粒（简称色母粒）即可。色母粒是由着色剂、分散剂、载体等组分经特定的预分散造粒工艺而制得的。着色剂的含量较高的颗粒状物质和待着色的塑料粒子之间容易拌和均匀，拌和时不产生粉尘，劳动条件良好，而且由于色母粒中含有分散剂等助剂，着色剂容易分散到待着色的塑料中，注射成型以前不必再经过挤出机熔混造粒处理，着色效果好，着色成本亦较低，是一种值得推广应用的着色方法。（6）固 化 剂固化剂又称硬化剂、交联反应剂。它的作用：促使合成树脂进行交联反应而形成体型网状结构，或加快交联反应速度。固化剂一般多用在热固性塑料中。如在酚醛树脂中加入六次甲基四胺、在环氧树脂中加入乙二胺或顺丁烯二酸酐等，此外在注射热固性塑料时加入氧化镁可促使塑件快速硬化。7)其他添加剂1）驱避剂：塑料在贮存、使用的过程中，可能遭受老鼠、昆虫、细菌、霉菌等的危害，用以抵御、避免和消灭这类情况发生的物质，统称驱避剂。2）防静电剂：聚烯烃、PS、PA、PVC等制品表面，常因成型过程中与模具或设备表面分离而积累了电荷，这种电荷还会在以后的加工和运转中增加。带电荷的制品对生产和使用不利，也容易在制品表面积累灰尘。为使塑件具有适量的导电性，以消除带静电的影响，可加入防静电剂。 这类物质具有微弱的电离性，又有适当的吸水性，致使塑件表面具有导电的分子层。如果这种导电层被擦掉，则制件内的防静电剂将继续移至塑件表面重新形成导电层，以保证塑件在较长的时间内不带电。3）阻燃剂：不少塑料可燃，这给使用带来很多限制。阻止或减缓塑料燃烧而加入的一些物质，叫阻燃剂。如：含磷、卤素的有机物或三氧化锑等物质。4）发泡剂：为生产泡沫塑料用。5）开口剂：为防止聚烯烃和PVC薄膜自身之间的粘黏，所加入的改性酯脂酸类，在吹塑薄膜中使用常叫“开口剂”。6）表面活化剂：避免农用薄膜因水汽凝结而出现雾层，而加入的非离子性表面活化剂。导电及导磁剂等。二、塑料的分类 (1)按合成树脂的分子结构及其特性分类 1)热塑性塑料热塑性塑料是由可以多次反复加热而仍具有可塑性的合成树脂制得的塑料。这类塑料的合成树脂分子结构呈线型或支链型，通常互相缠绕但并不连结在一起，受热后能软化或熔融，从而可以进行成型加工，冷却后固化。如再加热，又可变软，可如此反复进行多次。常用的热塑性塑料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、有机玻璃、聚酰胺、ABS、聚碳酸酯、聚酯、聚甲醛、聚苯醚、聚氨酯、聚砜、聚四氟乙烯等。 2)热固性塑料热固性塑料是由加热硬化的合成树脂制得的塑料，这类塑料的合成树脂分子结构的支链型呈网状。在开始受热时其分子结构为线型或支链型，因此，可以软化或熔融但受热后这些分子逐渐结合成网状结构(称之为交联反应)，成为既不熔化又不溶解的物质，称为体型聚合物。此时，即使加热到接近分解的温度也无法软化；而且也不会溶解在溶剂中。常用的热固性塑料：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。 (2)按塑料的用途分类 1)通用塑料 通用塑料是一种非结构用塑料，它的产量大，价格低，性能一般。这类塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料六大类。它们可作为日常生活用品，包装材料以及一般小型机械零件，其产量约占塑料总产量的80。 2)工程塑料 工程塑料可作为结构材料。和通用塑料相比，它们产量较小，价格较高，但具有优异的力学性能、电性能、化学性能以及耐热性、耐磨性和尺寸稳定性等。常见的工程塑料有聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯醚、ABS、聚砜、聚四氟乙烯、有机玻璃和环氧树脂等。这类材料在汽车、机械、化工等部门用来制造机械零件和工程结构零部件。 3)特殊塑料 特殊塑料是指具有某些特殊性能的塑料。这类塑料有高的耐热性或高的电绝缘性及耐腐蚀性性能等，如氟塑料、聚酰亚胺塑料、有机硅树脂和环氧树脂等。特殊塑料还包括为某些专门用途而改性制的塑料，如导磁和导电塑料等。纳米塑料 目前已开发出以聚酰胺、聚乙烯、聚苯乙烯、环氧树脂、硅橡胶等为基材的一系列纳米塑料，实现了部分纳米塑料的工业化生产。纳米塑料具有优异的物理力学性能，强度高，耐热性好，比重较低。部分材料的耐磨性是黄铜的27倍、钢铁的7倍;部分还具有阻燃自熄灭性能。它在各种高性能管材、汽车及机械零部件、电子及电器部件等领域的应用前景广阔。光学塑料 成型技术是当前制造塑料非球面光学零件的先进技术，它包括注射成型、铸造成型和压制成型等技术。光学塑料注射成型技术主要用来批量生产直径为100毫米以下的非球面透镜光学零件，也可制造微型透镜阵列。而铸造和压制成型技术主要用于制造直径为100毫米以上的非球面透镜光学零件。非球面光学零件由于具有重量轻、成本低，光学零件和安装部件可以注塑成为一个整体从而节省装配工作量，以及耐冲击性能好等优点，在军事、摄影、医学、工业等领域有着非常广阔的应用前景。例如，在美国AN/AVS6型飞行员微光夜视眼镜中就采用了9块非球面塑料透镜。另外，在AN/PVS7步兵微光夜视眼镜、HOT夜视眼镜、“铜斑蛇”激光制导炮弹导引头和其他光电制导导引头、激光测距机、军用望远镜以及各种照相机的取景器中也都采用了非球面塑料透镜。美国TBE公司在制造某种末制导自动导引头用非球面光学零件时，曾对几种光学塑料透镜成型技术做过经济分析对比，认为采用注射成型技术制造非球面塑料光学透镜费效比最佳。降解塑料 可降解塑料是指在较短的时间内、在自然界的条件下能够自行降解的塑料。可降解塑料一般分为四大类：(1)光降解塑料在塑料中掺入光敏剂，在日照下使塑料逐渐分解掉。它属于较早的一代降解塑料，其缺点是降解时间因日照和气候变化难以预测，因而无法控制降解时间；(2)生物降解塑料指在自然界微生物(如细菌、霉菌和藻类)的作用下，可完全分解为低分子化合物的塑料。其特点是贮存运输方便，只要保持干燥，不需避光，应用范围广，不但可以用于农用地膜、包装袋，而且广泛用于医药领域；(3)光生物降解塑料光降解和微生物降解相结合的一类塑料，它同时具有光和微生物降解塑料的特点；(4)水降解塑料在塑料中添加吸水性物质，用完后弃于水中即能溶解掉，主要用于医药卫生用具方面(如医用手套等)，便于销毁和消毒处理。在四种降解塑料中，生物降解塑料随着现代生物技术的发展越来越受到重视，成为研究开发的新一代热点。高吸水率塑料三、塑料成型的工艺特性塑料的成型工艺特性是塑料在成型加工过程中表现出来的特有性质，模具设汁者必须对塑料的成型工艺特性有充分的了解。下面就热塑性塑料与热固性塑料的工艺特性分别进行讨论。（一）热塑性塑料的工艺特性(1)收 缩 性概念：塑件从温度较高的模具中取出冷却到室温后，其尺寸或体积会发生收缩变化，这种性质称为收缩性。收缩性的大小以单位长度塑件收缩量的百分数来表示，称为收缩率。由于成型模具与塑料的线膨胀系数不同，收缩率分为实际收缩率和计算收缩率两种，其计算公式如下：S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。 实际收缩率表示塑件实际所发生的收缩。因成型温度下的塑件尺寸不便测量，以及实际收缩率和计算收缩率相差很小，所以生产中常采用计算收缩率，但在大型、精密模具成型零件尺寸计算时则应采用实际收缩率。引起塑件收缩及其变化的原因：除了热胀冷缩、脱模时的弹性恢复及塑性变形外，还与注射成型时的许多工艺条件及模具因素有关。此外，塑件脱模后残余应力的缓慢释放和必要的后处理工艺也会使塑件产生后收缩。影响塑件成型收缩的因素主要有： 1)塑料品种塑料品种不同，其收缩率也各不相同。例如，树脂的相对分子质量高，填料为有机填料，树脂含量较多，则该类塑料的收缩率就大。2)塑件结构塑件的形状、尺寸、壁厚、有无嵌件、嵌件数量及其分布对收缩率的大小都有很大的影响。一般来说，塑件的形状复杂、尺寸较小、壁薄、有嵌件、嵌件数量多且对称分布，其收缩率较小。 3)模具结构模具的分型面、浇口形式及尺寸等因素直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作用及成型时间。采用直接浇口或大截面的浇口，可减少收缩，但各向异性大；沿料流方向收缩小，沿垂直料流方向收缩大；当浇口的厚度较小时，浇口部分会过早凝结硬化，型腔内的塑料收缩后得不到及时补充，收缩较大。点浇口凝封快，在制件条件允许的情况下，可设多点浇口，可有效地延长保压时间和增大型腔压力，使收缩率减少。 4)成型工艺条件 模具温度高，熔料冷却慢，则密度高，收缩大。尤其是对于结晶型塑料，因其结晶度高，体积变化大，故收缩更大。模具温度分布与塑件内外冷却及密度均匀性也有关，直接影响到各部位收缩率的大小及方向性。成型压力及保压时间对收缩也有较大的影响。压力高、时间长的收缩小，但方向性大；注射压力高、熔料粘度小、层间切应力小和脱模后弹性恢复大的，收缩可相应减少；料温高的，则收缩大，但方向性小。因此在成型时调整模温、压力、注射速度及冷却时间等因素也可适当地改变塑件收缩情况。 由于影响塑料收缩率变化的因素很多，而且相当复杂，所以收缩率是在一定范围内变化的。在模具设计时应根据以上因素综合考虑选取塑料的收缩率。常用各种热塑性塑料的收缩率见附录B。(2)流 动 性1、概 念：塑料在一定的温度、压力作用下充填模具型腔的能力，称为塑料的流动性。塑料的流动性差，就不容易充满型腔，易产生缺料或熔接痕等缺陷，因此需要较大的成型压力才能成型。塑料的流动性好，可以用较小的成型压力充满型腔。但流动性太好，会在成型时产生严重的溢边。流动性的大小与塑料的分子结构有关。具有线型分子而没有或很少有交联结构的树脂流动性大。塑料中加入填料，会降低树脂的流动性，而加入增塑剂或润滑剂，则可增加塑料的流动性。对于热塑性塑料，常用熔融指数和螺旋线长度来表示其流动性。1）熔融指数采用如图2.1所示的标准装置来测定。将被测塑料装入加热料筒中并进行加热，在定的温度和压力下，测定塑料熔体在10min内从出料孔挤出的重量（g），该值称为熔融指数，简写为MI。熔融指数越大，流动性越好。2）螺旋线长度实验法将被测塑料在一定的温度与压力下注入如图2.2所示标准的阿基米德螺旋线模具内，用其所能达到的流动长度(图中所示数字单位为cm)来表示该塑料的流动性。流动长度越长，流动性就越好。影响流动性的主要因素有： 1)温 度 料温高，则流动性大，但不同塑料也各有差异。聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、有机玻璃、ABS、AS、聚碳酸酯、醋酸纤维素等塑料的流动性随温度变化的影响较大；聚乙烯、聚甲醛的流动性受温度变化的影响较小。 2)压 力 注射压力增大，则熔料受剪切作用大，流动性也增大，尤其是聚乙烯和聚甲醛较为敏感。3)模具结构 浇注系统的形式、尺寸、结构(如型腔表面粗糙度、浇道截面厚度、型腔形式、排气系统)、冷却系统的设计和熔料的流动阻力等因素都会直接影响熔料的流动性。凡促使料温降低、流动阻力增加的因素，都会使流动性降低。 常用热塑性塑料的流动性：流动性好的有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙和醋酸纤维素等，流动性中等的有改性聚苯乙烯、ABS、AS、有机玻璃、聚甲醛和氯化聚醚等，流动性差的有聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜和氟塑料等。 (3)相 容 性概念：相容性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分离现象的能力。如果两种塑料不相容，则混熔后塑件会出现分层、脱皮等表面缺陷。不同塑料的相容性与其分子结构有定关系，分子结构相似者较易相容，如高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯彼此之间的混熔等，分子结构不同时较难相容，如聚乙烯和聚苯乙烯之间的混熔。 塑料的相容性又称为共混性。通过塑料的这一性质，可得到类似共聚物的综合性能，这是改进塑料性能的重要途径之一，如聚碳酸酯和ABS塑料相容，就能改善聚碳酸酯的工艺性。(4)吸湿性吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。按吸湿或粘附水分能力的大小，分为吸湿性塑料和不吸湿性塑料两大类。前一类具有吸湿或粘附水分倾向，如聚酰胺、ABS、聚碳酸酯、聚苯醚和聚砜等；后一类的吸湿或粘附水分极小，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和氟塑料等。 吸湿性塑料在注射成型过程中比较容易发生水降解，成型后塑件上出现气泡、银丝与斑纹等缺陷。因此，在成型前必须进行干燥处理，必要时还应在注射机料斗内设置红外线加热装置，以免干燥后的塑料进入机筒前在料斗中再次吸湿或粘水。(5)热敏性热敏性是指塑料的化学性质对热量作用的敏感程度，热敏性很强的塑料称为热敏性塑料。热敏性塑料在成型过程中很容易在不太高的温度下发生热分解、热降解，从而影响塑件的性能、色泽和表面质量等。另外，塑料熔体发生热分解或热降解时，会释放出一些挥发性气体，这些气体对人体、模具和注射机都有刺激、腐蚀作用或毒性。防止热敏性塑料在成型中出现降解现象应采取的措施：1）选用螺杆式注射机；2）流道截面取大一些(避免过大的摩擦热)；3）注射机筒内壁、流道和模腔表壁镀铬；4）熔体在模内流动时不得有死角和滞料现象；5）生产时严格控制成型工艺条件等。6）必要时还可在塑料中添加热稳定剂。常用的热敏性塑料：硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物、聚甲醛和聚三氟氯乙烯等。（二）热固性塑料的工艺特性（1)收 缩 率热固性塑料经成型冷却后也会发生收缩，其收缩率的计算方法与热塑性塑料相同。产生收缩的主要原因：1） 热收缩 热收缩是由于热胀冷缩而使塑件成型冷却后所产生的收缩。热收缩与模具的温度成正比，是成型收缩中主要的收缩因素之一。 2）结构变化引起的收缩 热固性塑料在成型过程中进行了交联反应，分子由线型结构变为网状结构，由于分子链间距的缩小，结构变得紧密，故产生了体积收缩。 3）弹性恢复 塑件从模具中取出后，作用在塑件上的压力消失，由于弹性恢复，会造成塑件体积的负收缩(膨胀)。在成型以玻璃纤维和布质为填料的热固性塑料时，这种情况尤为明显。 4）塑性变形 塑件脱模时，成型压力迅速降低，但模壁紧压在塑件的周围，使其产生塑性变形。发生变形部分的收缩率比没有发生变形部分的大，塑件往往在平行加压方向收缩较小，在垂直加压方向收缩较大。为防止两个方向的收缩率相差过大，可采用迅速脱模的办法补救。 影响热固性塑料收缩率的因素：原材料 模具结构 成型方法 成型工艺条件塑料中树脂和填料的种类及含量，也将直接影响收缩率的大小。当所用树脂在固化反应中放出的低分子挥发物较多时，收缩率较大；放出的低分子挥发物较少时，收缩率较小。在同类塑料中，填料含量较多或填料中无机填料增多时，收缩率较小。凡有利于提高成型压力、增大塑料充模流动性和使塑件密实的模具结构，均能减少塑件的收缩率，如用压缩或压注成型的塑件就比注射成型的塑件收缩率小。凡能使塑件密实、在成型前使低分子挥发物溢出的工艺因素，都能使塑件收缩率减少，如成型前对酚醛塑料的预热、加压等。* 常用各种热固性塑料的收缩率见附录B。(2)流 动 性 热固性塑料的流动性通常以拉西格流动值来表示。图2.3是拉西格流动性测定模。将一定重量的欲测塑料预压成圆锭，将圆锭放入压模中，在一定的温度和压力下测定它从模孔中挤出的长度(毛糙部分不计在内)，此即为拉西格流动值，以mm表示。数值大，则表明流动性好。 图2.3 拉西格流动性测定模具 每品种的塑料的流动性可分为三个不同的等级：第一级的拉西格流动值为100130mm，适用于压制无嵌件的、形状简单的一般厚度塑件。第二级的拉西格流动值为131150mm，用于压制中等复杂程度的塑件。第三级的拉西格流动值为151180 mm，可用于压制结构复杂、型腔很深、嵌件较多的薄壁塑件，或用于压注成型。 影响流动性的因素主要有塑料品种、模具结构和成型工艺条件等。当然，不同品种的塑料或同一品种不同组分及含量的塑料，其流动性不同。模具成型表面光滑，型腔形状简单，采用不溢式压缩模等有利于改善流动性；采用压锭及预热和提高成型压力，在低于塑料硬化温度的条件下提高成型温度等都能提高塑料的流动性。(3)比容和压缩率概 念：比 容是指单位重量的松散塑料所占的体积，单位为cm3 /g；压缩率是指塑料原料的体积与塑料制品的体积之比，其值恒大于1。比容和压缩率都表示粉状或短纤维状塑料的松散性，它们都可用来确定模具加料室的大小。比容和压缩率较大时，塑料内充气增多，排气困难，成型周期变长，生产率降低；比容和压缩率较小时，压锭和压缩、压注容易，而且压锭重量也较准确。但是，比容太小，则影响塑料的松散性，以容积法装料时造成塑件重量不准确。(4)硬化速度概 念：硬化速度通常以塑料试样硬化每1mm厚度所需的秒数（s/mm）来表示，此值越小，硬化速度越快。硬化速度与塑料品种、塑件形状、壁厚、成型温度及是否预热、预压等有密切关系，例如采用压锭、预热、提高成型温度和增长加压时间等措施，都能显著加快硬化速度。硬化速度还应适合成型方法的要求。例如压注或注射成型时，应要求在塑化、填充时化学反应慢，硬化慢，以保持长时间的流动状态，但当充满型腔后，在高温、高压下应快速硬化。硬化速度慢的塑料，会使成型周期变长，生产率降低；硬化速度快的塑料，则不能成型复杂的塑件。(5)水分及挥发物含量塑料中的水分及挥发物，一方面来自塑料自身，另一方面则来自压缩或压注过程中化学反应的副产物。塑料中水分及挥发物的含量，对塑件的物理、力学和介电性能都有很大的影响。1）塑料中水分及挥发物含量大时，塑件易产生气泡、内应力和塑性变形，使机械强度降低。压制时，由于温度和压力的作用，大多数水分及挥发物会逸出，但尚未逸出时，它将占据着一定的体积，这会严重地阻碍化学反应的有效发生，其结果是当塑件冷却后，会造成组织疏松。当逸出时，挥发物气体又象一把利剑一样割裂塑件，使塑件产生龟裂，降低机械强度和介电性能。2）水分及挥发物含量过多时，会促使流动性过大，容易逸料，成型周期增长，收缩率增大，使塑件容易发生翘曲、波纹及光泽不好等现象。3）塑料中水分及挥发物的含量不足，也会导致流动性不良，成型困难，同时也不利于压锭。4）水分及挥发物在成型时变成的气体，必须排出模外，因为有些气体对模具有腐蚀作用，对人体也有刺激作用。在模具设计时应对这种特征有所了解，并采取相应的措施。 水分及挥发物的测定，是采用150.2g的试验用料，在烘箱中于1031050C，干燥30min后，测其实验前后重量差M。设水分及挥发物的含量为X，则：X=(M/15）100% =(Mb/ Ma) 100%式中 X水分及挥发物含量的百分比；Mb塑料干燥后损失的重量；Ma塑料干燥前的重量。2.3常用塑料简介2.3.1热塑性塑料*概述：塑料的常用特性1.密度；2.物理及力学性能；3.比强度；4.耐化学腐蚀性；5.耐候性；6.使用温度范围；7.电性能；8.成型工艺性；9.耐蠕变性。(1)聚乙烯(PE)1)基本特性聚乙烯塑料是塑料工业中产量最大的品种。按聚合时采用的压力不同可分为高压、中压和低压三种。低压聚乙烯的分子链上支链较少，相对分子质量、结晶度和密度较高(故又称高密度聚乙烯)，所以低压聚乙烯比较硬、耐磨、耐蚀、耐热及绝缘性较好。高压聚乙烯分子带有许多支链，因而相对分子质量较小，结晶度和密度较低(故称低密度聚乙烯)，且具有较好的柔软性、耐冲击性及透明性。物理特性：聚乙烯无毒、无味、呈乳白色。密度为0.910.96g/cm3为结晶型塑料。聚乙烯有一定的机械强度，但和其他塑料相比其机械强度低，表面硬度差。聚乙烯的绝缘性能优异，常温下聚乙烯不溶于任何一种已知的溶剂，并且耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸以及各种浓度的碱、盐溶液。聚乙烯有高度的耐水性，长期接触水而其性能可保持不变。聚乙烯透水气性能较差，而透氧气和二氧化碳以及许多有机物质蒸汽的性能好。使用温度-耐候性：聚乙烯在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。一般高压聚乙烯的使用温度约在800C 左右，低压聚乙烯为1000C左右。聚乙烯能耐寒，在-600C时仍有较好的机械性能，-700C时仍有一定的柔软性。2)主要用途低压聚乙烯可用于制造塑料管、塑料板、塑料绳以及承载力不高的零件，如齿轮、轴承等；高压聚乙烯常用于制作塑料薄膜、软管、塑料瓶以及电气工业的绝缘零件和包覆电缆等。3)成型特点1、结晶料、吸湿性小；2、流动性极好，溢边值0.02mm左右，流动性对压力变化敏感；3、可能发生熔融破裂，与有机溶剂接触可发生开裂；4、加热时间长则发生分解、烧伤；5、冷却速度慢，因此必须充分冷却，且冷却速度要均匀；宜设冷料穴，模具应有冷却系统；6、收缩率范围大，收缩值大、方向性明显，易变形、翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大，应控制模温，保持冷却均匀、稳定；7、宜用高压注射，料温均匀，填充速度应快，保压充分；8、不宜用直接浇口，易增大内应力，或产生收缩不匀，方向性明显增大变形，浇口周围部位的脆性增加，应注意选择进料口位置，防止产生缩孔，变形；9、质软易脱模，塑件有浅的侧凹槽时可强行脱模。解 释： 侧凹槽强行脱模(2)聚丙烯(PP)1)基本特性聚丙烯无味、无色、无毒。外观似聚乙烯，但比聚乙烯更透明更轻。密度仅为0.90-0.91g/cm3。它不吸水、光泽好、易着色。聚丙烯的屈服强度、抗拉、抗压强度和硬度及弹性比聚乙烯好。定向拉伸后的聚丙烯可制作铰链，其具有特别高的抗弯曲疲劳强度，如用聚丙烯注射成型的一体铰链(盖和本体合一的各种容器)，经过7107次开闭弯折未产生损坏和断裂现象。聚丙烯的熔点为1641700C，其耐热性好，能在1000C以上的温度下进行消毒灭菌。聚丙烯耐低温的使用温度可达-150C，在低于350C时会脆裂。聚丙烯的高频绝缘性能好，而且由于其不吸水，绝缘性能不受湿度的影响。聚丙烯在氧、热、光的作用下极易解聚、老化，所以必须加入防老化剂。2)主要用途聚丙烯可用于制作各种机械零件如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件；可作水、蒸汽、各种酸碱等的输送管道，化工容器和其他设备的衬里、表面涂层；可制造盖和本体合一的箱壳，各种绝缘零件，并用于医药工业中。3)成型特点1、结晶性料，吸湿性小，可能发生熔融破裂，长期与热金属接触易发生分解；2、流动性极好，溢边值0.03mm左右；3、聚丙烯热容量大，注射成型模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路；冷却速度快，浇注系统及冷却系统应散热缓慢；4、成形收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形，方向性强；5、注意控制成形温度，料温低方向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于500C以下塑件不光泽，易产生熔接不良，流痕；90以上时易发生翘曲、变形，因此，适宜模温为800C左右，不可低于500C；6、塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角，以避免应力集中。(3)聚氯乙烯(PVC)1)基本特性聚氯乙烯是世界上产量最大的塑料品种之一，其价格便宜，应用广泛。聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末。根据不同的用途可以加入不同的添加剂，聚氯乙烯塑件可呈现不同的物理性能和力学性能。在聚氯乙烯树脂中加入适量的增塑剂，可制成多种硬质、软质和透明制品。纯聚氯乙烯的密度为1.4g/cm3，加入了增塑剂和填料等的聚氯乙烯塑件的密度范围一般为1.152.00g/cm3。硬聚氯乙烯有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，可单独用作结构材料。软聚氯乙烯的柔软性、断裂伸长率、耐寒性会增加，但脆性、硬度、拉伸强度会降低。聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能，可以用作低频绝缘材料，其化学稳定性也较好。由于聚氯乙烯的热稳定性较差，长时间加热会导致分解，放出氯化氢气体，使聚氯乙烯变色，所以其应用范围较窄，使用温度一般在-15550C之间。2）主要用途由于聚氯乙烯的化学稳定性高，所以可用于制作防腐管道、管件、输油管、离心泵和鼓风机等。聚氯乙烯的硬板广泛用于化学工业上制作各种贮槽的衬里，建筑物的瓦楞板，门窗结构，墙壁装饰物等建筑用材。由于电气绝缘性能优良，可在电气、电子工业中，用于制造插座、插头、开关和电缆。在日常生活中，聚氯乙烯用于制造凉鞋、雨衣、玩具和人造革等。3)成型特点1、无定形料，吸湿性小，但为了提高流动性、防止发生气泡则宜先干燥；2、流动性差，极易分解，特别在高温下与钢、铜金属接触更易分解，分解温度为200分解时有腐蚀及刺激性气体（氯化氢）；因此，在成型时，必须加入稳定剂和润滑剂；3、成形温度范围小，必须严格控制料温及熔料的滞留时间。4、用柱塞式注射机需将料筒内的物料温度加热到1661930C，这会引起聚氯乙烯分解。所以，应采用带预塑化装置的螺杆式注射机及直通喷嘴，孔径宜大，以防止死角滞料，滞料必须及时处理清除；解释：预塑化装置5、模具浇注系统应粗短，浇口截面宜大，不得有死角滞料，模具应冷却，其表面应镀铬。(4)聚苯乙烯(PS)1)基本特性聚苯乙烯是仅次于聚氯乙烯和聚乙烯的第三大塑料品种。聚苯乙烯无色透明、无毒无味，落地时发出清脆的类似金属的声音，密度为1.054 g/cm3 聚苯乙烯的力学性能与聚合方法、相对分子质量大小、定向度和杂质量有关。相对分子质量越大，机械强度越高。聚苯乙烯有优良的电性能(尤其是高频绝缘性能)和一定的化学稳定性。聚苯乙烯能耐碱、硫酸、磷酸、1030的盐酸、稀醋酸及其他有机酸，但不耐硝酸及氧化剂的作用，对水、乙醇、汽油、植物油及各种盐溶液也有足够的抗蚀能力，能溶于苯、甲苯、四氯化碳、氯仿、酮类和脂类等。聚苯乙烯的着色性能优良，能染成各种鲜艳的色彩。聚苯乙烯耐热性低，热变形温度一般在70980C，所以只能在不高的温度下使用。聚苯乙烯质地硬而脆，有较高的热膨胀系数，因此，限制了它在工程上的应用。近几十年来，由于有了改性聚苯乙烯和以聚苯乙烯为基体的共聚物，这在一定程度上克服了聚苯乙烯的缺点，又保留了它的优点，从而扩大了它的用途。2)主要用途聚苯乙烯在工业上可用于制作仪表外壳、灯罩、化学仪器零件、透明模型等，在电气方面用于制作良好的绝缘材料，如接线盒和电池盒等，在日用品方面则广泛用于包装材料、各种容器和玩具等。3)成型特点1、无定形料，吸湿性小，不易分解，性脆易裂，热膨胀系数大，易产生内应力；2、流动性较好和成型性优良，故成品率高，溢边值0.03mm左右，防止出飞边；3、塑件壁厚应均匀，由于热膨胀系数高，不宜有嵌件，否则会因两者的热膨胀系数相差太大而导致开裂(如有嵌件应预热)，缺口，尖角，各面应圆滑连接；4、可用螺杆或柱塞式注射机加工，喷嘴可用直通式或自锁式；5、宜用高料温，模温、低注射压力，延长注射时间有利于降低内应力，防止缩孔、变形(尤其对厚壁塑件)，降低内应力，但料温高易出银丝，料温低或脱模剂多则透明性差；6、可采用各种形式浇口，模具设计中大多采用点浇口形式，浇口与塑件应圆弧连接，防止去除浇口时损坏塑件，脱模斜度不宜过小，宜取20以上，且推出要均匀，以防止脱模不良发生开裂、变形，可用热浇道结构。(5)丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)1)基本特性ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。这三种组分各自的特性，使ABS具有良好的综合力学性能。丙烯腈使ABS有良好的耐化学腐蚀及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。ABS无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。密度为1.021.05g/cm3。ABS有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。ABS有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱和酸类对ABS几乎无影响，但在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液。ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工，经过调色可配成任何颜色。ABS的缺点是耐热性不高，连续工作温度为700C左右，热变形温度为930C 左右，且耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。根据ABS中三种组分之间的比例不同，其性能也略有差异，从而适应各种不同的应用要求。根据应用要求的不同，ABS可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。2)主要用途ABS在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等。在汽车工业领域，用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管、加热器等，还可用ABS夹层板制小轿车车身。ABS还可用来制作水表壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。3)成型特点1、无定形料，其品种牌号很多，各品种的机电性能及成形特性也各有差异，应按品种确定成形方法及成形条件；2、吸湿性强，含水量应小于0.3，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥；3、流动性中等，溢边料0.04mm左右(流动性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好)；4、比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温(对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温宜取高)，料温对物性影响较大、料温过高易分解(分解温度为2500C左右，比聚苯乙烯易分解)，对要求精度较高塑件模温宜取50600C，要求光泽及耐热型料宜取60800C，注射压力应比加工聚苯乙烯的高，一般用柱塞式注射机时料温为1802300C，注射压力为10040MPa，螺杆式注射机则取1602200C，70100MPa；5、模具设计时要注意浇注系统对料流阻力小，浇口处外观不良，易产生熔接痕，应注意选择浇口位置、形式，顶出力过大或机械加工时塑件表面呈现“白色”痕迹(但在热水中加热可消失)，脱模斜度宜取较大值，2以上。(6)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)压克力1)基本特性聚甲基丙烯酸甲酯俗称“有机玻璃”。是一种透光性塑料，透光率可达92，优于普通硅玻璃。有机玻璃产品有模塑成型料和型材两种。模塑成型料中性能较好的是改性有机玻璃372、373塑料。372有机玻璃为甲基丙烯酸甲酯与少量苯乙烯的共聚物，其模塑成型性能较好；373有机玻璃是372粉料100份加上丁腈橡胶5份的共混料，有较高的耐冲击韧性。有机玻璃密度约为1.18g/cm3，比普通硅玻璃轻一半，其机械强度为普通硅玻璃的10倍以上。有机玻璃轻而坚韧，容易着色，有较好的电气绝缘性能。有机玻璃的化学性能也很稳定，能耐一般的化学腐蚀，但能溶于芳烃、氯代烃等有机溶剂。在一般条件下，有机玻璃的尺寸较稳定。有机玻璃的最大缺点是表面硬度低，容易被硬物擦伤拉毛。2)主要用途有机玻璃可用于制造要求具有一定透明度和强度的防震、防爆和适于观察等方面的零件，如飞机和汽车的窗玻璃、飞机罩盖、油杯、光学镜片、透明模型、透明管道、车灯灯罩、游标及各种仪器零件，也可用作绝缘材料和广告铭牌等。3)成型特点模具浇注系统对料流的阻力应尽可能小，并应制出足够的脱模斜度。1、无定形料，吸湿性大，不易分解；原料在成型前要很好地干燥，以防止塑件产生气泡、浑浊、银丝和发黄等缺陷，影响塑件质量；2、质脆、表面硬度低；3、流动性中等，溢边值0.03mm左右，易发生填充不良、缩孔、凹痕、熔接痕；4、一般采用尽可能高压、低速注射，在不出现缺陷的条件下宜取高料温、模温，可增加流动性，降低内应力、方向性，改善透明性及强度； 5、模具浇注系统应对料流阻力小，脱模斜度应大，顶出均匀，表面粗糙度应低，注意排气；6、质透明，为了得到良好的外观质量，要注意防止塑件表面出现气泡、银丝、熔接痕、及滞料分解，混入杂质等不良现象。(7)聚碳酸酯(PC)1)基本特性聚碳酸酯是一种性能优良的热塑性工程塑料，密度为1.2g/cm3。聚碳酸酯本色微黄，如加点淡蓝色，可得到无色透明塑料，可见光的透光率接近90。聚碳酸酯的综合性能优异，尤其具有突出的抗冲击性、透明性和尺寸稳定性，优良的机械强度和电绝缘性，较宽的使用温度范围（-60120）等，是其他通用工程树脂无法比拟的。目前世界聚碳酸酯产能已达160万165万吨/年，年均需求量为120万-130万吨，年均产量110120万吨。在工程塑料中，PC产量仅次于PA。聚碳酸酯韧而刚，抗冲击性在热塑性塑料中名列前茅，用其成型零件可达到很好的尺寸精