工程塑料成型加工.ppt

工程塑料及其应用,青岛科技大学塑料工程教研室,目录,2工程塑料成型,2.1ABS成型加工,（1）ABS吸水，所以加工前必须干燥处理，方法：80环境干燥8小时左右。（2）非结晶的无定形聚合物，没有固定熔点，加工温度范围较宽，注射230左右，挤出200左右。（3）成型收缩率与GPS相似，0.5%左右。（4）非常容易出现应力开裂，必要时进行退火处理，70干燥2-4小时。,5,2.2聚碳酸酯成型加工,苯环刚性基团,极性基团提高分子间作用力，吸水。,总体来讲，双酚A型的聚碳酸酯是以刚性为主兼有一定柔性的材料。Tg145oC，黏流温度300oC。,异丙撑基柔性,1、化学结构,2.2聚碳酸酯成型加工,由于PC分子链的刚性和苯环的体积效应，导致结晶能力变差，其熔融温度和玻璃化温度均超过模具温度，很快降至熔融温度和玻璃化温度之下，完全来不及结晶，只能得到无定形的透明制品。,PC虽然吸湿性很小，但因为容易高温水解，即使微量的水分也要在加工前尽量去除（含水率要0.02）；PC分子链刚性大，熔体黏度高；PC的熔体更接近牛顿流体，提高温度比增大压力更能降低熔体黏度；由于分子量的不同，熔融粘度以高粘度、中粘度和低粘度采用的加工工艺有所区别，注射成型温度从250-300，挤出时控制在250左右。PC的分子链刚硬，成型冷却后易残余很大的内应力（如何消除？）。,2.2PC成型加工,2.3PET成型加工,透明瓶或膜加工要点：1、干燥（130左右干燥8小时），防止水产生雾度。2、由于结晶温度高（130左右）、结晶速度慢可采取急冷，冻结晶核生成。,2.4PMMA成型加工,浇铸成型：用于成型有机玻璃板材、棒材等型材，即用本体聚合方法成型型材。注塑成型：采用悬浮聚合所制得的颗粒料，成型在普通的柱塞式或螺杆式注塑机上进行。挤出成型：用悬浮聚合生产的颗粒料制备有机玻璃板材、棒材、管材、片材等，但这样制备的型材，特别是板材，由于聚合物分子量小，力学性能、耐热性、耐溶剂性均不及浇注成型的型材，其优点是生产效率高。热成型：是将有机玻璃板材或片材制成各种尺寸形状制品的过程，将裁切成要求尺寸的坯料夹紧在模具框架上，加热使其软化，再加压使其贴紧模具型面，得到与型面相同的形状，经冷却定型后修整边缘即得制品。,耐疲劳性能好，并且其耐疲劳性是再常见的热塑性塑料中最好，能耐107次以上反复负荷的作用。POM即使交变次数达107次，其疲劳强度仍保持在35MPa，而PC和PA经104次交变试验后，疲劳强度只有28MPa。特别适合受外力反复作用的齿轮类制品和持续振动下的部件。,2.5POM成型加工,POM稳定性差。均聚甲醛端基中含有不稳定的OH结构，POM的Td(235240)较低，当温度高于270时CO键将断裂，引起大分子热分解。甲醛在高温有氧时会被氧化成甲酸，而甲酸对POM的降解反应有自动加速催化作用，因此常在均聚甲醛树脂中加入热稳定剂、抗氧剂、甲醛吸收剂等以满足成型加工的需要。,2.5POM成型加工,2.5POM成型加工,成型前干燥：1004h。加工温度范围窄：熔点为175(均聚)或165(共聚)，温度大于190就开始降解；热敏性塑料，严格控制成型温度。熔融状态下为非牛顿型流体，熔体粘度对剪切敏感，受温度影响不大。模温控制在适当，80左右，结晶充分；收缩率较大，模具设计应考虑尺寸；热处理消除内应力；,1）因为易吸水，高温下氧化变色，所以加工时应进行干燥处理，一般情况100左右烘干8-12小时，使其含水量不超过0.1，特殊制品应在真空干燥箱中进行。2）还熔体粘度较小，容易产生“流涎现象“，所以在注塑时应采用自锁式喷嘴。另一方面，熔融温度范围较窄，喷嘴必须加热，以免堵塞。3）收缩率较大，2%以上，尺寸最终稳定时间较长。4）制件调湿处理，提高韧性和尺寸稳定性。,2.6PA成型加工,2.7.1成型加工特性1)PPO是无定型的非晶材料，在成型时无结晶过程，残留内应力会造成应力开裂，在选定成型条件时应认真考虑。2)聚苯醚的熔点高，其晶体部分的熔融温度高达262267，而且，在300以下其熔体粘度很高，给聚苯醚的成型加工带来困难。3)聚苯醚和改性聚苯醚的熔融体属非牛顿型流体，熔体的粘度与温度的关系很大，随着温度的提高粘度直线下降。这种粘度大，流动性差的特性致使加工时必须采用很高的温度，因此，加工困难，能耗过大。,2.7聚苯醚成型加工,4)成型收缩率很低，蠕变小，尺寸稳定，可成型精密制品。5)吸水率很小，通常物料不经干燥就能进行成型加工(如需干燥，物料厚度为50mm时，一般在l30左右干燥2h即可。)。,2.7.1PPO加工特性,螺杆长径比应大于15：1；压缩比一般采用2.5.5)。螺杆形式多采用渐变式的等距变深。喷嘴采用直通式模具应装有加热装置，模具与注射机模板之间要有绝热板。成型温度：料筒温度一般控制在280340的范围内，超过340，物料降解。,2.7.2PPO注射成型,模具温度应在100-150范围内，能使应力减至最小，有利于降低表面粗糙度和充满薄壁部分。超过150容易引起气泡并延长成型周期；低于100，会产生较高的残留应力，以及使制品产生充模不足和分层脱皮等缺点。聚苯醚注射成型的废料可反复使用，一般重复3次，其力学性能没有明显的下降。,2.7.2PPO注射成型,聚苯硫醚(PPS)树脂白色，硬而脆,跌落于地上有金属响声，密度1.36g/cm3，成型收缩率0.7%。透光率仅次于PMMA,着色性、耐水性好。加工性能好，可以制成粒料、纤维、薄膜、涂料、注塑制品、挤出制品和压塑制品等，用途极广。PPS的热变形温度在260以上，连续使用温度200-240，是耐热性极佳的特种工程塑料PPS树脂本身具有很好的阻燃性，无需添加任何阻燃剂即可达到UL-94V-0。(无滴落)级，且燃烧过程中发烟量很低。PPS树脂经复合后成型收缩率极小，吸水率低，线膨胀系数小，即使在高温或高湿度条件下也显示优异的尺寸稳定性。PPS树脂的流动性很好，可用各种方法加工成型，可注射成型复杂和薄壁的精密制件。,2.8PPS成型加工,2.8.1注射成型1)PPS有良好的流动性,2)干燥:145,3-4h3)料筒温度为315360。典型的注射压力为5.5-8.2MPa。4）模具的温度应控制制在133-162之间，使PPS能充分结晶。低于这个温度范围，部件PPS不能结晶，这样当制件在超过原先模具温度以上的温度下工作时，没有充分结晶的PP5制件就会产生结晶。引起收缩，尺寸精度就会发生变化。较高的模具温度，使制品表面发生所谓“富树脂化”，表面光泽性提高，相反，冷模具注塑时，填料将在制品表面富集，结果制品的光泽性降低，耐化学性降低。,2.8PPS成型加工,2.8.2模压成型适合于量小的特殊制品或大型制品。用于模压成型的PPS树脂应为低流动性。将配好的原料加入模具进行预成型冷压，压力为15-20MPa，然后加热至熔融温度以上，一般为360，再加7-40MPa的压力进行二次压缩，时间为3-5min。冷压：以2/min的速度缓慢冷却至230，再稍快冷至150，即得成品。,2.8PPS成型加工,2.9UHMWPE成型加工,2.9.1成型特性UHMWPE分子质量极高，成型加工困难。(1)物料熔融时粘度极高，不成粘流态而是处于高粘弹态。熔体质量流动速率几乎为零，所以很难直接进行挤出或注射成型(2)临界剪切速率低，熔体易破裂。通常把熔体刚出现破裂时的剪切速率称为临界剪切速率。实践让明它随聚乙烯的相对分子质量增大而减小。对于相对分子质量极高的UHMWPE来说，在剪切速率很低时，就可能产生熔体裂，在较低剪切速率下，就会产生滑流或喷流现象。因此，在超高相对分子质量聚乙烯挤出加工时，会遇到由于容易破裂而产生裂纹现象；在超高相对分子质量聚乙烯注塑时，会出现咬流而致使制品出现多孔状或脱层现象。这是热塑性方法加工超高相对分子质量聚乙烯的难题。(3)UHMWPE的摩擦因数极低，使粉料在进料过程中极易打滑。(4)成型温度范围窄，易氧化降解。,2.9.2UHMWPE模压成型,自由烧结法和烧结压制法(1)自由烧结法自由烧结法也叫压制-烧结-压制法(先高压压制成毛坯，然后把毛坯放入加热炉中加热，加热一定时间后取出制品再放到另一个模具中加压冷却，然后取出制品.具体工艺为：首先称取UHMWPE配好的粉料装入毛坯成型模具，高压成型，压力一般为42MPa，保压30-90秒后取出制品，放人情性气体保护加热炉中，在173下加热，加热时间根据制品的厚度按3-4/min确定。压制模具先涂脱模剂，再把加热好的毛坯放入，加压至28MPa，然后保压冷却到制品温度为65-85时，取出制品。,(2)烧结压制法烧结压制法与自由烧结法基本相同，在模具中装料加压后，将模具和原料一起放到加热炉中加热；原料装到模具后虽然加压，但所施加的压力要低得多，施加压力主要目的是排除模具里面粉料中的空气，使原料密实增加料的热导率等。,2.9.2UHMWPE压制成型,2.9.2UHMWPE压制成型,具体加工工艺为：1）称取配好的UHMWPE粉料，放入涂有脱模剂的模具中，加压5MPa左右，因为不是为了成型，仅仅是为了排除原料中的空气，使原料密实，增加热导率，减少烧结时间；2）把模具放入加热炉中进行加热，加热温度为195左右，加热时间t(min)根据制品厚度H(mm)由以下公式计算:t=40(H/10)4/3取出模具放到压力机上，压力8-12MPa进行冷压，冷却到65-75开模取出制品，修整飞边，多数制品需要定型模具进行定型，这样就完成了一个制品(或称毛坯)的加工过程。,2.9.3UHMWPE的挤出成型，可采用单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和柱塞挤出机，其中以双螺杆挤出机为最常用。(1)单螺杆挤出单螺杆挤出机挤出UHMWPE管材技术是通过螺杆的塑化和推进作用，实现UHMWPE管材的连续挤出，设备和配方技术是关键。工艺与通用塑料管材一样，UHMWPE熔体通过过滤板由旋转运动变为直线运动，进入管材模具，经定径后冷却后定型。,2.9.3UHMWPE挤出成型,2.3.3UHMWPE挤出成型,(2)柱塞挤出柱塞推压成型是一种住复间歇性的挤出方法。其过程是将粉料加入加料室和模具中，由施加高压使压缩粉料移动、连续烧结和冷却定型三个步骤实现半连续挤出成型。优点在于，成型过程中无现剪切，降解少，质量好，此外该方法成型时不受分子质量高低的限制，即使分子量高达1000104，也能够实现挤出加工。具体加工工艺：按配方混料，温度应低于120，混匀的物料加入料斗中，不能断流。,推压塞端部不能有刃和毛刺，烧结时物料为半粉状半固体状的弹性体，此时温度太高就会使物料局部粘附，制品表面会形成沟痕和不均匀现象，管子倾斜变弯，造成推出困难；烧结后的物料进入定型段后温度逐渐下降，不能出现温度剧变，但温度不能低于130，太低就会使物料收缩到芯棒上以至推进困难，定型温度太高会使物料粘附到模具上，也会造成推进的困难，产生变形等；从定型段端部推出的管子，温度较高，很容易造成变形，为此，定型段端部接冷却水套进行冷却，挤出速度低时也可采用风冷。,2.9.3UHMWPE挤出成型,(3)双螺杆挤出同向旋转的双螺杆挤出机，为避免材料降解，保证物料稳定流动及保证产品质量，螺杆的转速不宜太高(一般为10r/min)。流动性差，粘度高挤出压力大，所以要采用高强度止推轴承，螺杆的螺槽要深些。,2.9.3UHMWPE挤出成型,4注射成型技术UHMWPE注射成型基本上采用普通的单螺杆注射机，但在螺杆和模具设计上需经过特殊的改进，以保证物料在料筒内均匀移动，并装备压力储存器用来加速注入。UHMWP在注射成型时，高压下的喷射流动有利于充模，制品尺寸稳定性也好，因此，注射压力一般控制在12Mpa以上。螺杆转速以（40-60r）/min为宜，转速过高，导致摩擦加大，物料温度升高，容易发生热降解，使相对分子质量下降，影响制品性能。为防止由于热氧化降解而发生相对分子质量下降的倩况，可用氮气等隋性气体置换料筒中的空气，这对于UHMWPE的注射成型是十分重要的。,2.9.4UHMWPE注射成型,聚砜类塑料都可以用一般热塑性塑料的成型方法进行加工，但成型温度较高。成型方法主要有注塑、挤出和吹塑等。双酚A聚砜的熔融温度在310以上，分解温度超过420，加工温度范围较宽。聚砜吸水率较高(0.3%左右)，树脂含水量应控制在0.1%以下。干燥条件为150，3h。,2.10PSU的成型加工,PSU注塑制品容易产生内应力，因此模具温度要高。当加工温度为330-400时，模温控制在120-140，复杂形状的制品模温为150-165。为避免制品出现残余应力开裂，通常采用退火处理。可以用甘油浴退火方法，条件为160，1-5min或采用空气浴退火处理，条件为160，l-4h。退火时间取决于制品大小及壁厚。挤出成型主要应用于管材、薄板和挤出膜的生产，成型温度可控制在320-390。吹塑主要用于各种容器和薄膜制品的成型，焙融温度为3l0-380。,2.10PSU的成型加工,聚芳醚酮分解温度都在500以上，而且大部分为结晶聚合物，PEEK的Tg为143，Tm为334，在聚醚酮中比较容易加工。但Tg较低，作为结构材料，使用温度受到限制。为了提高聚芳醚酮的玻璃化转变温度，在结构改进上进行了大量工作，发现当引进联苯单元时可以使Tg提高到200以上，然而Tm也相应提高到386，使加工更加困难。,2.11聚芳醚酮成型加工,PEEK由于其结晶性而必须在Tm以上温度进行加工，与其他结晶聚合物一样可以对其进行模压、注塑、挤出成型及粉末喷涂和熔融纺丝等。对于PEEK在370-400之间其熔体粘度为480-350Pas，有很好的加工性能。,2.11聚芳醚酮成型加工,PTFE的结晶熔点为327，但树脂要在380以上才能处于熔融状态，熔体粘度高达1010Pas，又具有极强的耐溶剂性，因此，PTFE通常采用冷压烧结成型