《模具结构认识》PPT课件.ppt

模具结构认知 第二章 选择与分析塑料原料,模具结构认知,项目一 选择与分析塑料原料 能力目标： 1、会分析并选择塑料种类； 2、会分析给定塑料的使用和工艺性能 知识目标： 1、了解塑料热力学性能和成型加工性能； 2、掌握塑料的概念和常用塑料的基本性能； 3、熟悉常用塑料代号、性能和用途 重点：1、塑料的组成成分及分类 2、聚合物的热力学性能和成型工艺性能 难点：塑料的成型工艺性能,选择与分析塑料原料,项目一：选择与分析塑料原料,选择与分析塑料原料,项目引入：,某企业大批量生产塑料灯座，要求灯座具有足够的强度和耐磨性能，外表面无瑕疵、美观、性能可靠，要求设计一套成型该塑件的模具。通过本项目，完成对塑件材料的选择及对材料使用性能和成型工艺性能的分析。,图1-2 灯座三维图形,图1-1 灯座二维图形,选择与分析塑料原料,问题一：能否采用金属材料制作？ 问题二：需要材料能够满足哪些性能？ 问题三：选择何种材料？,选择与分析塑料原料,相关知识： 一、塑料的组成及性能 塑料以树脂（高分子聚合物）为主要成分，加入各种能改善其加工性能和使用性能的添加剂（填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂等）在一定温度、压力和溶剂等作用下可以利用模具成型为一定几何形状和尺寸的制件的材料。,选择与分析塑料原料,塑料的组成树脂+添加剂 树脂高分子聚合物（高聚物） 天然树脂：橡胶、松香、虫胶、沥青等 合成树脂： PE、PVC、PP、PC等 添加剂：增塑剂、填充剂、稳定剂、润滑性、着色剂,选择与分析塑料原料,塑料的通用性能,（1） 塑料的优良性能 1）密度小，重量轻，比强度和比刚度高 2）多种优良的机械性能 3）耐化学作用好 4）电绝缘、绝热、隔声性能好 5）成型和着色能力好 6）加工性能好 7）自润滑性好 （2）塑料的不足性能 1）机械强度低、2）尺寸精度低、3）耐热温度低 另外，高温下容易降解和老化；导热性能较差；吸湿性大，容易发生水解老化；使用寿命短。,选择与分析塑料原料,二、高聚物的结构 高聚物的分子结构特点分子链结构 线形 支链形 体形,有弹性、塑性、可反复成型热塑性塑料,脆性大、塑性低热固性塑料,选择与分析塑料原料,选择与分析塑料原料,聚合物分子链的聚集状态,结晶型塑料 非结晶型塑料（线性无定型),结构,结晶分子结构简单，对称性高的聚合物从高温向低温转变过程中，由无规则排列逐渐转化成为有规则紧密排列的过程。 结晶造成分子的紧密聚集状态，增强了分子间的作用力，使聚合物的抗拉强度、硬度、熔点、耐热性和耐化学性提高；弹性模量、伸长率和冲击强度则降低，表面粗糙度值增大，而且还会导致塑件的透明度降低甚至丧失。,选择与分析塑料原料,选择与分析塑料原料,三、塑料的分类 （1）按塑料的成型性能分类 热塑性塑料受热变软或熔化，成为可流动的稳定黏性液体，在此状态下具有可塑性；可以制成一定形状的塑件；冷却后既得的形状；再加热，又可变软并可制成另一形状。只有物理变化过程可逆 如聚乙烯（PE）、如聚氯乙烯（PVC）。 热固性塑料加热之初分子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，分子结构发生变化而固化；再加热也不再具有可塑性既有物理变化也有化学变化过程不可逆 如酚醛树脂（PF)、脲醛（PF)。,选择与分析塑料原料,（2）按塑料的应用范围分类 通用塑料：产量最大、用途最广、价格低廉的一类塑料 工程塑料：在工程技术中作结构材料的塑料 特殊塑料：具有某些特殊性能的塑料。,选择与分析塑料原料,四、聚合物的热力学性能和成型加工适应性,塑料在恒定压力下，随着加工温度的变化，存在三种状态：,Tb Tg Tf（Tm） Td,温度,Tb脆化温度 Tg玻璃化温度 Tf黏流化温度 Tm熔点 Td降解温度,选择与分析塑料原料,六、塑料的工艺特性 热塑性塑料的工艺特性 1、收缩性：在熔融状态下一定量塑料的体积总比其固态下体积大，说明塑料经冷却后发生体积收缩，塑料的这种性质叫作收缩性。 收缩率：单位长度塑件收缩量的百分比 计算收缩率 实际收缩率 a模具型腔在成型温度时的尺寸；b塑件室温时尺寸；c模具型腔室温时尺寸,选择与分析塑料原料,影响塑件成型收缩的因素： 塑料品种：树脂含量收缩率 塑件结构：形状复杂，壁薄、有嵌件、嵌件数量 收缩率 模具结构：浇口厚度收缩 成型工艺条件：温度 收缩率 压力 收缩率,选择与分析塑料原料,2、流动性：在成型过程中，塑料熔体在一定温度与压力下充填模具型腔的能力。 影响因素：分子组成、分子质量、结构、温度、压力等。,塑料,流动性好：聚乙烯（PE）聚丙烯（PP） 流动性中等：ABS、有机玻璃 流动性差：聚碳酸酯（PC）硬聚氯乙（PVC),选择与分析塑料原料,3、相容性（共混性）：两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状态下不产生相分离现象的能力。 分子结构相似 相容性 分子结构不同 相容性 4、吸湿性：塑料对水分子的亲疏程度。 有吸湿或黏附水分倾向的材料：聚酰胺、聚碳酸酯等 吸湿或黏附水分倾向小的材料：聚乙烯（PE）， 聚丙烯（PP）等 成型加工前必须进行干燥处理,选择与分析塑料原料,5、取向性：应力作用下，聚合物分子链或纤维填料顺着应力方向作平行排列的现象。 取向性 塑件性能出现各向异性 6、降解：聚合物在某些特定条件下（受热、受力、氧化、或水、光及核辐射、杂质等作用下）发生的大分子链断裂及相对分子质量降低的现象。 热敏性：热稳定性差的塑料，料温高易发生变色，降解，分解的倾向。加入稳定剂,选择与分析塑料原料,热固性塑料的工艺特性 1、收缩率 热固性塑料收缩的主要原因：a）热收缩 b）结构变化 c）弹性恢复 d）塑性变形 2、流动性 影响热固性塑料流动性的因素：a）成型工艺 b）模具结构 c）塑料品种,选择与分析塑料原料,3、比容和压缩率：表示粉状或短纤维状塑料的松散性 比容单位质量的松散塑料的体积 压缩率塑料的体积与塑件体积的比值 4、交联与硬化速度 交联热固性塑料在成型加工时，大分子与交联剂作用，使其线性分子结构能够向三维体形结构发展，并逐渐形成巨型网状三维体形结构，这种化学反应称为交联。 硬化热固性塑料分子交联反应，由线性结构变成体形结构的过程。 T 加压时间硬化速度 5、水分与挥发物含量,选择与分析塑料原料,选择与分析塑料原料,常用塑料简介,1聚乙烯(PE) 2聚氯乙烯（PVC） 3聚丙稀（PP） 4聚苯乙稀（PS） 5丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯共聚物（ABS） 6聚碳酸酯（PC）,常用热塑性塑料,选择与分析塑料原料,1聚乙烯(PE),（1）基本特性 聚乙稀是塑料工业中产量最大、用途最广的通用塑料品种，占世界塑料总产量的30左右，其中高压聚乙烯的产量最大。聚乙烯树脂无毒、无味、可燃，手触似蜡，为结晶型塑料，原料供给状态为白色或乳白色粉末或白色半透明粒料。,选择与分析塑料原料,高压聚乙烯（LDPE） 又称为低密度聚乙烯。它的分子结构不是单纯的线型，而是带有许多支链的树枝状分子，因此它的结晶度不高（相对分子质量较小，密度较低。高压聚乙烯具有较好的柔软性、耐冲击性及透明性，有好的介电性能，耐寒（60时仍有较好的机械性能和柔软性），成型加工性能也较好。缺点是它的耐热性、硬度、机械强度等都较低，不耐光和氧，易老化。 低压聚乙烯（HDPE） 又称为高密度聚乙烯。它的分子结构是支链很少的线型分子，其结晶度高（高达87% 95% ），相对分子质量大，密度大。与低密度聚乙烯（LDPE）相比，它的耐热性、硬度、机械强度较高，但柔软性、耐冲击性及透明性、成型加工性能较差。,选择与分析塑料原料,高压聚乙烯适于制作塑料薄膜（理想的包装材料）、软管、塑料瓶以及电气工业的绝缘零件和电缆外皮等。低压聚乙烯可用于制造塑料管、塑料板、塑料绳以及承载不高的零件，如齿轮、轴承等，广泛用于生产各种瓶、罐、盆、桶、鱼网、捆扎带及管材、异型材等产品。,主要用途,选择与分析塑料原料,2聚氯乙烯（PVC）,（1）基本特性 聚氯乙烯产量仅次于聚乙烯的塑料。原料来源丰富，产量大且价廉，性能优良，应用广泛，是世界上耗能和生产成本最低的热塑性通用塑料。聚氯乙烯是非结晶热塑性聚合物，具热敏性，其分解温度低于熔化温度，加工较困难；必须加入热稳定剂和增塑剂才能成为塑料。其原料供给状态为形如面粉的白色或浅黄色粉末，造粒后为透明块状，类似明矾。使用温度在1555。,选择与分析塑料原料,聚氯乙烯的化学稳定性高，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；由于介电性能好，可在电气、电子工业中用于制造插座、插头、开关和电缆；由于具有较好的机械性能，用于制造要求不太高的机械零件、家具、唱片基材等。而软聚氯烯乙广泛用于民用制件，用于制造农用及包装薄膜、雨衣、窗帘、台布、人造革、凉鞋、玩具、软质泡沫塑料等；电线电缆的绝缘保护层；挤出成型各种软管和软带。,（2）主要用途,选择与分析塑料原料,3聚丙稀（PP）,（1）基本特性 聚丙稀是仅次于聚氯乙烯和聚乙烯的第三大通用塑料品种，由于其原料易得，价格低廉，性能优良，应用广泛，发展速度极快。聚丙烯原料为无色、无味、无毒、可燃的白色透明腊状，为结晶型塑料，塑料外观似聚乙烯，但比聚乙烯更透明、更轻。是最轻通用塑料。它不吸水，光泽好，易着色。但在氧、热、光的作用下极易老化。,选择与分析塑料原料,聚丙烯可用做各种机械零件如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车结构零件；可作为热水、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，电线电缆保护层；用来制作家电部件，如洗衣机、电冰箱、电风扇及吸尘器；日常生活用的包装和食品用薄膜及容器。,（2）主要用途,选择与分析塑料原料,4聚苯乙稀（PS）,（1）基本特性 聚苯乙烯是第四大通用热塑性塑料品种。聚苯乙烯为非结晶聚合物，无色、透明、无毒无味，有光泽易着色，落地时发出清脆的类似金属的声音，塑料原料为无色透明粒状或珠状，易燃，燃烧时有黑烟并伴有特殊气味。化学稳定性好，但耐热性低，只能在不高温度下使用，质地硬而脆，制件由于内应力而易开裂。,选择与分析塑料原料,（2）主要用途,聚苯乙烯在工业上可用做仪表外壳、灯罩、化学仪器零件、透明模型等；在电气方面用做良好的绝缘材料、接线盒、电池盒等；在日用品方面，由于聚苯乙烯具有良好的卫生性能，广泛用于食品包装材料、各种容器、玩具等；发泡型的聚苯乙烯塑料用于防震、隔音材料及电冰箱衬里等。,选择与分析塑料原料,5丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯共聚物（ABS）,（1）基本特性 ABS 是聚苯乙烯的改性产品，由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体组成的共聚物，它综合了三种组分的特性，具有良好的综合性能，其中丙烯腈使 ABS 具有良好的表面硬度、耐热性及耐化学腐蚀性，丁二烯使 ABS 坚韧，苯乙烯使它有优良的成型加工性和着色性能。加上ABS原料易得，价格低廉，因此，ABS是目前产量最大、应用最广的工程塑料。ABS是不透明非结晶聚合物，无毒、无味，密度为 1.02 1.05 g/cm3，供给原料为呈微黄色或白色不透明粒料，可燃烧，但燃烧缓慢且伴有特殊味道。缺点是：耐热性不高，连续工作温度在70左右。不透明、耐气候性差，在紫外线作用下易变脆。,选择与分析塑料原料,（2）主要用途,ABS在家电行业用得非常多，用于制造电视机、录音机、电冰箱、洗衣机、电风扇、电话等外壳和零部件；机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、管道、电机外壳、仪表壳等；汽车工业上，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 夹层板制作小轿车车身；日常生活中，ABS还可用来制作食品包装容器、玩具、文教体育用品、家具等。,选择与分析塑料原料,6聚碳酸酯（PC）,（1）基本特性 聚碳酸酯是一种综合性能优良的热塑性工程塑料。聚碳酸酯为非结晶聚合物，透明性好，塑料原料为无色透明粒料。韧而刚，抗冲击性在热塑性塑料中名列前茅；成型零件可达到很好的尺寸精度，并在很宽的温度范围内保持其尺寸的稳定性，耐磨、耐热、耐寒，缺点是：耐疲劳强度较差，成型后制件内应力较大，容易开裂。,选择与分析塑料原料,（2）主要用途,在机械上主要用做各种齿轮、蜗轮、蜗杆、齿条、凸轮、轴承、各种外壳、盖板、容器、冷冻和冷却装置零件等；在电气方面，用做电机零件、风扇部件、拨号盘、仪表壳、接线板等；聚碳酸酯还可制作照明灯、高温透镜、视孔镜、防护玻璃等光学零件。,选择与分析塑料原料,常用热固性塑料,1.酚醛塑料（PF） 2.氨基塑料 3.环氧树脂（EP）,选择与分析塑料原料,1酚醛塑料（PF）,（1）基本特性与用途 酚醛塑料是一种产量较大的热固性塑料，应用广泛，它是以酚醛树脂为基础而制得的。纯净的酚醛树脂可以是粘稠黄色半透明液体，也可以是酷似松香的固体，它们几乎没有单独的使用价值，必须加入各种纤维或粉末状填料后才能获得具有一定性能要求的酚醛塑料。酚醛塑料与一般热塑性塑料相比，刚性好，变形小，耐热耐磨，能在 150 200 的温度范围内长期使用；在水润滑条件下，有极低的摩擦系数；其电绝缘性能优良。酚醛塑料的缺点是质脆，抗冲击强度差。,选择与分析塑料原料,2氨基塑料,（1）基本特性及用途 氨基树脂是由氨基化合物与醛基（主要是甲醛）经缩聚反应而制得的塑料，氨基树脂的主要品种有脲甲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂。以氨基树脂为基础添加填充剂、固化剂、润滑剂、着色剂等可制成各种氨基塑料。,选择与分析塑料原料,脲甲醛塑料（UF）,脲甲醛塑料俗称电玉粉。纯净的脲甲醛树脂无色透明，无毒无味，但其着色性能特别优异，可染成各种鲜艳的色彩，外观光亮，部分透明，制件型同玉石、表面硬度较高，耐电弧性能好，能耐弱碱、矿物油、霉菌，但耐水性差，在水中长期浸泡后电气绝缘性能下降。脲甲醛塑料大量用来制造电子绝缘零件，电气照明用设备的零件、电话机、收录机、钟表外壳、开关、插座、旋钮等；它还可作为木材的粘结剂，制造胶合板。,选择与分析塑料原料,三聚氰胺甲醛塑料（MF）,由三聚氰胺又称密胺塑料。无毒无味，着色性能好，塑件外观可与瓷器媲美，硬度、耐热性均比脲甲醛塑料好，耐电弧性较好，耐酸、碱，其能耐沸水而且耐茶、咖啡等污染性强的物质，能像陶瓷一样方便地去除茶渍一类的污染物，且有重量轻、不易碎的特点。但价格较贵。它目前主要用于制作塑料餐具、航空茶杯和桌面装饰层压塑料板，也广泛用于制造电子绝缘零件。,选择与分析塑料原料,3环氧树脂（EP）,（1）基本特性 环氧树脂是含有环氧基的高分子化合物。未硬化之前，它是线型的热塑性树脂，在加入硬化剂（如胺类和酸酐等化合物）后，发生交联反应成不溶不熔的网状结构的高聚物，才有使用价值，成型过程中不产生气泡，塑件可低压成型。,选择与分析塑料原料,（2）主要用途,环氧树脂可用做金属和非金属材料的黏合剂；主要制件包括电气开关装置、仪表盘、印刷电路板、耐压容器等，还广泛用于无线电元件的密封、绝缘、浇铸、防腐涂层和油漆涂料。,选择与分析塑料原料,三、项目实施,灯座为电器类零件，需大批量生产，通过查表1-4及表1-5对多种塑料的性能与应用进行综合比较，材料品种可选择聚碳酸酯（PC）。,（一）选择制件材料,（二）分析制件材料使用性能,选择与分析塑料原料,热塑性非结晶型塑料，无色透明，韧而刚，抗冲击性在热塑性塑料中 名列前茅。成型零件可达到很好的尺寸精度并可在很宽的温度范围内保 持其尺寸的稳定性；成型收缩率0.5%0.8%；抗蠕变、耐磨、耐热、耐 寒，吸水率较低，能在较宽的温度范围内保持较好的电性能。 耐疲劳强度较差，成型后制件内应力较大，容易开裂；不耐碱、酮、 酯等，水敏性强，吸水易降解。,选择与分析塑料原料,（三）分析塑料工艺性能,灯座制件为日常生活用品，要求具有一定的强度和耐磨性能，中等精度，外表面无瑕疵、美观、性能可靠。采用PC材料，产品的使用性能基本能满足要求，但在成型时，