常用塑料的性能与应用

了解塑料的性能与生产过程塑料成型工艺与注射模具设计学习情境了解塑料的性能及其应用学习情境二学习情境二项目内容项目内容塑料的性能与生产过程了解常用塑料的性能与应用学习目标学习目标了解塑料的生产过程了解塑料的改性上一页 下一页 目录学习情境二学习情境二通过查阅手册，查明常用塑料的性能参数及应用范围能力目标能力目标塑料的性能主要知识点主要知识点塑料的生产过程塑料的改性上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用11. 塑料的概念及组成u塑料是以树脂为主要成分，其他材料为辅助成分所组成的高分子聚合物，在加热、加压等条件下具有可塑性，在常温下为柔韧的固体。u树脂是塑料的主要成分，有天然树脂和合成树脂之分。u在合成树脂中加入某些添加剂，如填充剂、增塑剂和着色剂等，可以得到各种性能的塑料品种。由于添加剂所占的比例较小且是塑料的辅助成分，因而塑料的性能主要取决于合成树脂的性能。u高分子聚合物是指由许许多多结构相同的普通分子组成的大分子。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1u高分子聚合物在受热时不像一般低分子物质那样有明显的熔点，从长链的一端加热到另一端需要时间，即需要经历一段软化的过程，因此塑料便具有可塑性。u高分子聚合物与低分子物质的重要区别还在于高分子聚合物没有精确、固定的相对分子质量。u同一种高分子聚合物所含相对分子质量的大小并不一样，因此只能采用平均相对分子质量来描述。u例如：低密度聚乙烯的平均相对分子质量为 1.5万 3.5万，高密度聚乙烯的平均相对分子质量为 8万 14万等。高分子聚合物常用来制造合成树脂、合成橡胶和合成纤维。这三大合成材料成为目前材料工业的一个重要支柱。其中，合成树脂的产量最大，应用也最广。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用12. 塑料的命名及分类 塑料的命名u单体的名字前加上一个 “ 聚 ” 字，例如单体乙烯、丙烯、氯乙烯、苯乙烯等，聚合物称聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。u由两种单体缩聚而得的聚合物，取其单体简名，后加 “ 树脂 ” 。例如单体苯酚和甲醛，聚合物称为酚醛树脂；单体尿素和甲醛聚合物称为脲醛树脂等。u以聚合物的结构特征来命名，例如大分子内含特征基团酰胺基、 塑料的命名u酯基、氨酯基，聚合物名称为聚酰胺、聚酯、聚氨酯等。u塑料除了以学名来表示外，还常用英文名称的缩写代号来表示，例如聚酰胺英文名 polyamide代号是 PA，聚乙烯（ polyethylene）的代号是 PE等。也有用 “ 俗称 ” 表示，例如聚酰胺（ PA）俗称 “ 尼龙 ” ，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）俗称 “ 有机玻璃 ” ，酚醛树脂（ PF）俗称 “ 电木 ” 等。u不同的厂家（公司）的树脂牌号也不同，同一种名称的树脂可以有许多牌号（树脂产品型号）。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1 塑料的分类u按合成树脂的分子结构及其特性分类热塑性塑料热塑性塑料的合成树脂都是线形或带有支链形结构的聚合物，如图（ a）、（ b）所示。其特点是受热变软或熔化，成为可流动的稳定粘稠液体，在此状态具有可塑性，可塑制成一定形状的塑件；冷却后保持既得的形状；再加热，又可变软并可制成另一形状。在该过程中一般只有物理变化，其变化过程可逆。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。常见的热塑性塑料有：非结晶型塑料，如聚氯乙烯（ PVC）、聚苯乙烯（ PS）、聚碳酸酯 （PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA）、丙烯睛 -丁二烯 -苯乙烯共聚物（ABS）和聚砜 （ PSU）等；结晶型塑料，如聚乙烯（ PE）、聚丙烯（ PP）、聚甲醛（ POM）、聚酰胺 （ PA）、饱和聚酯（ SP）和聚四氟乙烯（ PTFE）等。热固性塑料热固性塑料的合成树脂是带有体形网状结构的聚合物，如图（ c）所示。 热固性塑料是由加热硬化的合成树脂制得的塑料。在加热之初，分子呈线形结构，具有可溶性和可塑性，可塑制成一定形状的塑件；继续加热时，温度达到一定程度后， 分子呈现网状结构，树脂变成不溶或不熔的体型结构，使形状固定下来不再变化；再加热时，也不再软化、不再具有可塑性。其在加热变化过程中既有物理变化，又有化学变化，因而这一变化过程是不可逆的。简而言之，热固性塑料是经加热硬化而得到塑料制品的合成树脂制得的塑料。常见的热固性塑料有酚醛塑料（PF）、环氧塑料（ EP）、不饱和聚酯（ UP）、氨基塑料、有机硅塑料、脲醛塑料等。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1 塑料的分类u按塑料的应用范围分类通用塑料通用塑料是指产量最大、用途最广、价格最低廉的一类塑料。目前，公认的通用塑料为聚乙烯（ PE）、聚氯乙烯（ PVC）、聚苯乙烯（ PS）、聚丙烯（ PP）、酚醛塑料（ PF）和氨基塑料六大类。其产量占塑料总产量的 80以上，构成了塑料工业的主体。工程塑料工程塑料是指用于工程技术中的结构材料的塑料。它具有较高的机械强度、良好的耐磨性、耐腐蚀性、自润滑性及尺寸稳定性等，即具有某些金属性能，因而可以代替金属作某些机械构件。常用的工程塑料主要有聚酰胺（PA）、聚甲醛（ POM）、聚碳酸酯（ PC）、丙烯睛 -丁二烯 -苯乙烯（ABS）、聚砜（ PSU）、聚苯醚（PPO）、聚四氟乙烯 （ PTFE）以及各种增强塑料。 特殊塑料特殊塑料是指具有某些特殊性能的塑料。这些特殊性能包括高的耐热性、高的电绝缘性和高的耐腐蚀性等。常见特殊塑料包括氟塑料、聚酰亚胺塑料、有机硅树脂、环氧树脂以及为某些专门用途而改性制得的塑料如导磁塑料、导热塑料等。另外还有用于特殊场合的医用塑料、光敏塑料、珠光塑料、导磁塑料和等离子塑料等。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1 塑料的分类u按塑料的树脂制造分类加聚型塑料加聚型塑料是指由通过加聚反应制得的树脂组成的塑料。所谓加聚反应是指在一定条件下，单体分子的活性链发生相互作用，加聚成一条大分子链的过程。缩聚型塑料 缩聚型塑料是指由通过缩聚反应制得的树脂组成的塑料。所谓缩聚反应是靠单体中的可反应基团等来反应的，反应过程是逐步缩合的，并伴随某种小分子物质（氯化氢、氨、水和甲醇等）析出。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1 塑料的分类u按加工方法分类膜压塑料膜压塑料多为物性的加工性能与一般固性塑料相类似的塑料。层压塑料层压塑料是指浸有树脂的纤维织物，经叠合、热压而结合成为整体的材料。注射、挤出、吹塑注射、挤出和吹塑多为物性和加工性能与一般热塑性塑料相类似的塑料。浇铸塑料浇铸塑料是指能在无压或稍加压力的情况下，倾注于模具中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料，如 MC尼龙等。反应注射塑料反应注射塑料是用液态原材料，加压注入膜腔内，使其反应固化成一定形状制品的塑料，如聚氨酯等。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1 .塑料的特性与用途1）密度小）密度小2）比强度和比刚度高）比强度和比刚度高3）优异的化学稳定性）优异的化学稳定性4）理想的绝缘性能）理想的绝缘性能5）突出的耐磨性和自润滑性）突出的耐磨性和自润滑性6）多种防护性能）多种防护性能7）卓越的成型性能）卓越的成型性能 .塑料的组成 树脂与助剂u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他成分，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。u塑料材料所使用的助剂品种很多，包括填充剂、增强剂、增塑剂、润滑剂、抗氧剂、热稳定剂、光稳定剂、阻燃剂、着色剂、抗静电剂、固化剂、发泡剂和其他某些助剂。u对助剂的基本要求是功能上有效，在塑料加工使用条件下稳定，与树脂结合稳固，不渗析和喷霜，无毒无味，价格适宜。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1 .塑料的成型工艺性能 流动性u在成型过程中，塑料熔体在一定的温度与压力作用下充填型腔的能力称为塑料的流动性。其流动性的好坏，在很大程度上直接影响着许多成型工艺参数的选择，如成型温度、压力、浇注系统类型和尺寸以及生产周期等。 流动性u从分子结构来看，产生流动的实质是由于分子间产生相互滑移，而熔体分子间的滑移又是通过分子链段运动来实现的。所以，熔体的流动性主要取决于分子组成、相对分子质量大小及其结构。u当塑料的流动性差时，在注射成型过程中，就不易充满型腔而缺料。相反，若熔体流动性太好，则成型时容易产生流涎而在分型面、活动成型零件、推杆等处造成滋料飞边和毛刺。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1 流动性u塑料流动性的好坏用统一的测定与表征方法。对热塑性塑料，常用熔融流动指数测定法和螺旋线长度试验法。u熔融指数测定是在如图 2-2所示的标准装置内进行。将被测塑料装入其中，在一定的温度和压力下，通过测定熔体在10min内通过小孔的塑料质量来表征其流动性，也称熔融指数。单位为 g/10min，通常以MI代表。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1u螺旋线试验法是在螺旋线模具中进行的。其模具结构为：从中央进料，由里往外按阿基米德螺旋线方向将模腔线逐层延伸（盘式蚊香式），每转一周半径增大 12.5mm, 槽断面是半圆形，直径为 4.9mm，螺旋线槽总长为 1925mm，如图2-3所示。将塑料熔体注射入螺旋形槽中央，制成蚊香形状的试品，测定其螺旋线的总长度即为被测塑料的流动距离，并以此来表征其流动性。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1热塑性塑料的流动性分为三类：流动性好的：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、醋酸纤维等。流动性中等的：改性聚苯乙烯、 ABS、 AS、有机玻璃、聚甲醛、氯化聚醚等。流动性差的：聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、氟塑料等。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1u对热固性塑料通常是以拉西格流动值来表征其流动性。其测定原理如图 2-4所示。测定方法是： u 称取 7.5g塑料粉，在 200C50C温度下并以 50MPa的压力下在内径为28mm的模子内预压成圆锭（片）； u 将拉西格模具加热至 1500C50C，并保温 5min； u 将圆锭放入拉西格模的加料室，并在20s左右将压模增至 30MPa，保压 3min； u 压好后，卸掉压板，顶出锥形组合模，取出试样，测其长度 L即为其流动值，数值越大则表明流动性越好。 上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1每种热固性塑料又可分为三个不同的等级，其中：I级： L=100 130，适用于压制无嵌件、形状简单且壁厚一般的塑件 级： L=131 150mm，适用于压制中等复杂程度的塑件 级： L=151 180mm，适用于压制结构复杂、型腔很深、嵌件多的薄壁塑件或用于压注成型上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1 收缩性u塑件从模具中取出冷却到室温后 16 24h，塑件各部分尺寸都比原来在模具中的尺寸有所缩小，这种性能称为收缩性。因为这种收缩是在成型过程中受到各种因素的影响而造成的，所以又称为成型收缩。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1收缩率计算塑件的成型收缩值可用以下两种方法计算，即：实际收缩率： S实 =（ a b） / b （ 2-1）计算收缩率： S计 =（ c b） / b （ 2-2）式中： S实 实际收缩率（ %）；S计 计算收缩率（ %）；a塑件在成型温度时的单向尺寸（ mm）；b塑件在常温下的单向尺寸（ mm）；c模具型腔在常温下的单向尺寸（ mm）。 由于上述两种收缩率相差不大，且 a值难以测定，所以通常在模具设计中采用 S计作为设计参数对型腔及型芯的尺寸进行计算。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1造成成型收缩的原因 热胀冷缩。塑件成型后由成型温度冷却至室温时，会产生收缩，这是主要的成型收缩因素之一。 因弹性回复造成的收缩。塑件从模具中取出后，作用其上的压力消失，由于弹性回复会造成膨胀（负收缩）。 结晶收缩。对结晶型热塑性塑料，在成型后的冷却过程中伴随着结晶而引起体积收缩。 定向收缩。塑料熔体在注入模具型腔时，塑料中的分子沿着流动方向被定向拉直而呈有序排列。而在冷却过程中，这些分子要恢复原来状态而引起收缩，即称定向收缩。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1影响收缩率变化的因素在实际生产过程中，不仅不同品种的塑料其收缩率各异，而且同品种及同塑件的不同部位其收缩也会不同。具体影响因素如下： 塑料品种。 塑件特征。 模具结构。 成型工艺参数。 上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1 结晶性u热塑性塑料按其冷却时是否出现结晶现象可将其分为结晶型与非结晶型（或称无定型）。u属于结晶型的常用塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚甲醛、聚酰胺、氯化聚醚等。u属于非结晶型的塑料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、有机玻璃、聚碳酸酯、 ABS、聚砜等。 结晶性u塑料在冷却结晶时，通常生成球形晶体，而这种球型晶体会引起光波的散射。所以一般来说，结晶型塑料是不透明的或半透明的，而非结晶型塑料是透明的。但也有例外，如典型的离子聚合物聚 4-甲基戊烯 -1属于结晶型塑料，但却高度透明， ABS本属于非结晶型，但却不透明。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1u热敏性是指某些塑料对热较为敏感，在高温下受热时间长或浇口截面小，剪切作用大而摩擦生热时易发生变色、分解的倾向。对这种特性表现较明显的塑料称为热敏性塑料，如硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、氯乙烯和醋酸乙烯共聚物（EVA）、聚甲醛、聚三氟氯乙烯等。热敏性塑料在分解时产生的气体，对人、设备及模具都有刺激、腐蚀作用或有毒性。通常选用螺杆式注射机进行成型加工并增大浇注系统截面尺寸，同时严格控制成型温度、模具温度、加热时间、螺杆转速及背压大小等措施。u除此之外，还可以在塑料中添加稳定剂。u吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。吸湿性的大小取决于聚合物组成及分子结构。例如聚酰胺、聚碳酸酯、 ABS、聚苯醚、聚砜等，在其分子链中由于含有极性基因，对水有吸附能力，故属于吸湿倾向大的塑料。而像聚乙烯、聚丙烯类的分子链中是由非极性基团组成，表面呈蜡状，对水不具有吸附能力，故属于吸湿倾向极小的塑料。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1 聚合物降解u塑料的成型加工通常是在高温、高压下进行的。聚合物分子在受到热、应力、微量水、酸、碱等杂质以及空气中的氧作用，导致聚合物链断裂、分子变小、相对分子质量降低的现象称为聚合物降解（也称裂解）。u轻度降解会使聚合物变色；进一步降解会使聚合物分解出低分子物质，使制品出现气泡和流纹弊病，削弱制品各项物理、力学性能；严重的降解会使聚合物焦化变黑并产生大量的分解物质。u减少和消除降解的办法是依据降解产生的原因相应采取措施。 聚合物的定向u塑料在成型加工过程中分子发生不同程度的定向排列，即为定向（或称取向）。一旦这种排列在塑料凝固前来不及消除而留在固态塑件中，则分子的定向及效应则将保存下来。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1聚合物的定向可分为两种情况：流动定向。即聚合物分子和纤维状填料在剪切流动时沿流动方向作平行的排列。影响流动取向的因素很多，熔体温度和模具温度越高，取向程度越小 ;注射压力和保压压力越大，取向程度越大 ;采用大浇口，取向作用更明显，尤其在浇口处。拉伸定向。热塑性塑料在高弹态区域进行拉伸时，聚合物分子链很大程度上顺着拉伸方向作平行的排列。无论哪种定向都会导致塑件力学性能的各向异性，即沿定向方向的机械强度总是大于与其垂直方向上的机械强度。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1 聚合物的定向u分子的定向对某些塑料是需要的，如生产薄膜与拉丝，会使塑件沿拉伸方向的抗拉强度与光泽度均有所增加。对某些壁厚较大的塑料件，要力图消除这种各向异向，否则塑件会产生翘曲和变形。 压缩比与比容u压缩比是塑料粉与塑件两者体积之比。比容（比体积）是单位质量塑料所占的体积。两者都表示了各种热固性塑料的松散程度，都是计算模具加料室高度的依据，在设计时可查有关设计手册。上一页 下一页 目录塑料的性能及其应用塑料的性能及其应用1 固化特性u