第一章塑料成型基础.ppt

杭州职业技术学院,第一章塑料成型基础,主要内容,塑料的组成和分类塑料成型工艺性常用塑料,(一)塑料的组成和分类,塑料的组成塑料的分类,一.塑料的组成塑料和树脂,1塑料的概念,塑料以树脂（或在加工过程中用单体直接聚合）为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂为辅助成分，在加工过程中一定温度和压力的作用下能流动成型的高分子有机材料。,一.塑料的组成塑料和树脂,2树脂的概念,树脂指受热时通常有转化或熔融范围，转化时受外力作用具有流动性，常温下呈固态或半固态或液态的有机聚合物，它是塑料最基本的，也是最重要的成分。,一.塑料的组成塑料和树脂,3树脂的分类,天然树脂是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物质，如松香、琥珀、虫胶等。,合成树脂是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂产物。,一.塑料的组成塑料和树脂,4树脂的结构及其特点,链节：高分子化合物中重复出现的结构单元，如聚乙烯的结构单元是CH2CH2。,nCH2CH2,乙烯,聚乙烯,一.塑料的组成塑料和树脂,4树脂的结构及其特点,聚合度：聚乙烯分子结构中的n值表示高分子化合物中链节的重复次数，n值越大，相对分子质量越大。,单体：能合成高分子化合物的小分子物质，如聚乙烯的单体是CH2=CH2。,一.塑料的组成塑料和树脂,高聚物分子结构的特点：,长链分子分子长链具有柔性高分子链间一旦有交联结构存在将不溶不熔高聚物存在晶态和非晶态两种具有取向性,4树脂的结构及其特点,二.塑料的组成成分,2.添加剂,填料,作用：,减少树脂用量，降低塑料成本；改善塑料某些性能，扩大塑料的应用范围。,二.塑料的组成成分,2.添加剂,填料,分类：,按化学性能可分为,有机填料,无机填料,按形状可分为：,粉状纤维状层状（片状）,二.塑料的组成成分,增塑剂,2.添加剂,能够增加塑料的可加工性、延展性和膨胀性的物质；它是能与树脂相溶的、不易挥发的高沸点有机化合物。,常用的增塑剂是液态或低熔点固体有机物。主要有甲酸脂类、磷酸酯类和氯化石蜡等。,二.塑料的组成成分,2.添加剂,增塑剂,作用：,提高塑性、流动性和柔软性；降低刚性和脆性；改善塑料的工艺性能和使用性能。,二.塑料的组成成分,2.添加剂,（3）着色剂,起装饰美观的作用，某些着色剂还能提高塑料的光稳定性、热稳定性和耐候性。,分类,颜料,染料,有机颜料,无机颜料,二.塑料的组成成分,2.添加剂,（3）着色剂,特点：,无机颜料：着色能力、透明性、鲜艳性较差，但耐光型、耐热性、化学稳定性较好，不易褪色。,染料：色彩鲜艳、颜色齐全，着色能力、透明性好。性能与无机颜料相反。,二.塑料的组成成分,2.添加剂,（3）着色剂,有机颜料的特性介于无机颜料和染料之间。,还有阻燃剂、抗静电剂、发泡剂、防腐剂和加工助剂等等,在塑料工业中着色剂多采用颜料,并非每种塑料都要加入全部的添加剂，根据塑料品种和需求有选择性的加入某些添加剂,二.塑料的组成成分,2.添加剂,润滑剂,为防止塑料在成型过程中粘模，减少塑料对模具的摩擦，改善塑料的流动性，提高塑件表面的光泽度而加入的添加剂。,二.塑料的组成成分,2.添加剂,（5）稳定剂,凡能阻缓材料变质的物质称为稳定剂。,可分为以下三种：,它的主要作用就是抑制或防止树脂在加工或使用过程中受热而降解。,它的主要作用是阻止树脂在光的作用下降解（塑料变色、力学性能下降等等）。,延缓或抑制塑料氧化速度。,热稳定剂：,光稳定剂：,抗氧化剂：,二.塑料的组成成分,2.添加剂,（6）固化剂,固化剂又称硬化剂，它的作用是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，一般多用在热固性塑料中。,例如：在热塑性酚醛树脂中加入六次甲基四胺（乌洛托平），环氧树脂中加入乙二胺、三乙醇胺、咪唑。,二.塑料的组成成分,2.添加剂,（7）发泡剂,（8）阻燃剂,三.塑料的分类,1按塑料的物理化学性能分：,指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料，其分子结构是线型或支链型结构。(变化过程可逆),热塑性塑料,在受热或其它条件下能固化成不熔不溶性物质的塑料，其分子结构最终为体型结构。（变化过程不可逆）,热固性塑料,表热塑性塑料与热固性塑料有关成型方面的区别,三.塑料的分类,2按塑料的用途分：,一般指具有特种功能（如耐热、自润滑等）应用于特殊要求的塑料。,特殊塑料,一般指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。,工程塑料,一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。,通用塑料,增强塑料,一般指在塑料中加入玻璃纤维等填料作为增强材料，以进一步改善塑料的力学性能和电性能。,塑料原料如下图所示,四.塑料的特性,1.质轻、比强度高。,2.优异的电绝缘性能。,3.优良的化学稳定性能。,4.减摩、耐磨性能好。,5.透光及防护性能。,6.减震、消音性能优良。,（二）塑料成型工艺性,1.塑料成型方法,2.塑料的工艺性能,塑料成型工艺简介,塑料成型方法,1.收缩性,塑件从塑模中取出冷却到室温后，塑件的各部分尺寸都比原来在塑模中的尺寸有所缩小，这种性能称为收缩性。,成型收缩的形式：,塑件的线尺寸收缩,收缩方向性,后收缩,后处理收缩,一、热塑性塑料的工艺性能,影响收缩的基本因素：,塑料品种塑件特性进料口的形式、尺寸、分布成型条件,1.收缩性,收缩率的计算：,塑件的成型收缩值可用以下公式24来表示。,一、热塑性塑料的工艺性能,一、热塑性塑料的工艺性能,1.收缩性,式中：,实际收缩率（%）计算收缩率（%）a塑件在成型温度时的单向尺寸（mm）b塑件在室温下的单向尺寸（mm）c塑模在室温下的单向尺寸（mm）,(2-4),2.流动性,塑料在一定温度与压力下填充型腔的能力称为流动性。,流动性好、流动性中等、流动性差,分子量小，分子量分布宽，分子结构规整性差，熔融指数高、螺流动长度长、表现粘度小，流动比大的塑料流动性就好。,常用塑料根据它的流动性可分为三类：,一、热塑性塑料的工艺性能,凡促使熔融料降低温度，增加流动性阻力的则流动性就降低。,一、热塑性塑料的工艺性能,2.流动性,影响流动性的主要因素：,模具结构,压力,温度,料温高则流动性增大，但不同塑料也各有差异。,注塑压力增大则熔融料受剪切作用大，流动性也增大。,一、热塑性塑料的工艺性能,3.结晶性,所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝时，分子由独立移动，完全处于无次序状态，变成分子停止自由运动，按略微固定的位置，并有一个使分子排列成为正规模型的倾向的一种现象。,结晶型塑料非结晶型（又称无定形）塑料,3.结晶性,无定形料为透明（如有机玻璃等）,一般结晶性塑料为不透明或半透明,例外：,聚(4)甲基戍烯为结晶型塑料却有高透明性ABS为无定形塑料但却并不透明,一、热塑性塑料的工艺性能,一、热塑性塑料的工艺性能,3.结晶性,结晶型塑料在模具设计及选择注塑机时的要求及注意事项:,冷凝时放出热量大，要充分冷却。,料温上升到成形温度所需的热量多，要用塑化能力大的设备。,有的塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分，在高温、高压下也会发生分解，这种性能称为水敏性。,对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截面过小，剪切作用大时，料温增高易出现变色、降解、分解的倾向。这种性能称为热敏性。,4.热敏性及水敏性,热敏性,一、热塑性塑料的工艺性能,水敏性,5.吸湿性,一、热塑性塑料的工艺性能,吸湿性,据此，塑料大致可分为以下两种：,不吸水也不易粘附水分,吸湿、粘附水分,聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚砜,聚乙烯、聚丙烯,塑料对水分的亲疏程度,是指当一定融熔指数的聚合物熔体，在恒温下通过喷嘴孔时当流速超过某一数值时，熔体表面即发生横向裂纹，这种现象被称为熔体破裂。,是指有些塑料对应力比较敏感，成型时容易产生内应力，质脆易裂，当塑件在外力作用下或在溶剂作用下即发生开裂的现象，被称为应力开裂。,应力开裂,一、热塑性塑料的工艺性能,6.应力开裂及熔体破裂,熔体破裂,一、热塑性塑料的工艺性能,指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。,7.相容性(共混性),相容性,8.塑料状态与加工性,注射成型,薄膜吹塑成型,挤出成型,压延成型,中空成型,真空和压力成型,熔融纺丝成型,热固性塑料收缩的表现形式、影响因素和计算方法与热塑性塑料基本相同。,二、热固性塑料的工艺性能,1.收缩性,热固性塑料流动性通常以拉西格流动性（以毫米计）来表示，数值大则流动性好。,2.流动性,每一品种的热固性塑料通常分三个不同等级的流动性：,二、热固性塑料的工艺性能,2.流动性,拉西格流动值为100-130mm：适用于压制无嵌件、形状简单、厚度一般的塑件；,拉西格流动值为131-150mm：用于压制中等复杂程度的塑件；,拉西格流动值为151-180mm：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。,二、热固性塑料的工艺性能,2.流动性,影响流动性的因素：,塑料品种,模具结构,成型工艺,一般树脂分子量小,填料颗粒细且呈球状,水、增塑剂、润滑剂含量高的，流动性大。,模具成型表面光滑、型腔形状简单，有利于改善流动性。,采用预压锭及先预热，提高成型压力，提高成型温度（在低于塑料硬化温度的条件下）等都能提高塑料的流动性。,二、热固性塑料的工艺性能,2.流动性,流动性对成型的影响：,流动性过小则填充不足，不易成型，成型压力增大。,流动性过大溢料过多，填充不密实，塑件组织疏松，树脂与填料混合不均，易粘模，脱模和清理困难及早硬化等缺陷；,二、热固性塑料的工艺性能,3.比容和压缩率,比容,压缩率,每一克塑料所占有的体积（以厘米3/克计）。,塑粉与塑件两者体积或比容之比值（其值恒大于1）。,在热固性塑料的成型过程中，树脂发生交联反应，分子结构由线型变为体型，塑料由既可熔又可溶变为既不熔又不溶的状态，在成型工艺中把这一过程称为固化（熟化）。,4.固化特性,二、热固性塑料的工艺性能,5.水分及挥发物含量,塑料生产过程中遗留下来及成型之前在运输、保管期间吸收。,是成型过程中化学反应的副产物。,（流动、收缩、气泡、腐蚀、气味等）,处理方法：,产生的影响：,来源：,（预热干燥，开排气槽，加排气工步）,二、热固性塑料的工艺性能,6.热固性塑料受热时的物理状态,热固性塑料：,化学作用使分子结构由线性变为网状，分子停止运动，塑料硬化成坚硬的固体。,加热时很快由固态变成粘流态，这种状态存在的时间很短；,常用塑料,1.热塑性塑料2.热固性塑料,常用热塑性塑料简介,聚乙烯（PE）,基本特性无毒、无味、呈乳白色。密度为0.910.96g/cm3,为结晶型塑料。主要用途低压聚乙烯可用于制造塑料管、塑料板、塑料绳以及承载不高的零件，如齿轮、轴承等；高压聚乙烯常用于制作塑料薄模、软管、塑料瓶以及电气工业的绝缘零件和包覆电缆等。成型特点在流动方向与垂直方向上的收缩差异较大，注射方向的收缩率大于垂直方向的收缩率。,常用热塑性塑料简介,聚丙烯（PP）,基本特性聚丙烯无味、无色、无毒。比聚乙烯更透明。密度为0.900.91g/cm3。熔点为164170，耐热性好。主要用途各种机械零件如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件。输送管道，化工容器和其它设备的衬里、表面涂层。盖和本体合一的箱壳，各种绝缘零件，并用于医药工业中。成型特点成型收缩范围大，易发生缩孔、凹痕及变形；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；,常用热塑性塑料简介,聚氯乙烯（PVC）,基本特性产量最大的塑料品种之一。白色或浅黄色粉末。纯聚氯乙烯的密度为1.4g/cm3。主要用途防腐管道、管件、输油管、离心泵、鼓风机等。板材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。插座、插头、开关、电缆、凉鞋、雨衣、玩具、人造革等。成型特点聚氯乙烯在成型温度下容易分解放出氯化氢。所以必须加入稳定剂和润滑剂，并严格控制温度及熔料的滞留时间。,常用热塑性塑料简介,聚苯乙烯（PS）,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，落地时发出清脆类似金属的声音，密度为1.054g/cm3。热变形温度7098，只能在不高的温度下使用。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；主要用途仪表外壳、灯罩、化学仪器零件、透明模型等。绝缘材料、接线盒、电池盒等。包装材料、各种容器、玩具等。成型特点流动性和成型性优良，成品率高，但易出现裂纹。,常用热塑性塑料简介,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）,基本特性丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成。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，塑件光泽好。密度为1.021.05g/cm3。主要用途齿轮、泵叶轮、轴承、电机外壳、仪表壳、等。汽车工业上制造汽车挡泥板、热空气调节导管、加热器、小轿车车身等。ABS还可用来制作水表壳、电器零件、玩具、电子琴及收录机壳体等。成型特点ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高。,常用热塑性塑料简介,聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）,基本特性俗称有机玻璃。是一种透光性塑料，透光率达92%，优于普通硅玻璃。密度为1.18g/cm3，比普通硅玻璃轻一半。机械强度为普通硅玻璃的10倍以上。在一般条件下尺寸较稳定。最大缺点是表面硬度低，容易被硬物擦伤拉毛。主要用途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，绝缘材料、广告铭牌等。成型特点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；,常用热塑性塑料简介,聚碳酸酯（PC）,基本特性密度为1.20g/cm3，本色微黄，加点淡蓝色后，得到无色透明塑料。可见光的透光率接近90%。韧而刚，抗冲击性好。零件尺寸精度高。在很宽的温度变化范围内能保持其尺寸的稳定性。主要用途齿轮、蜗轮、蜗杆、芯轴、轴承、滑轮、铰链、螺母、垫圈、泵叶轮、灯罩、节流阀、润滑油输油管、各种外壳、盖板、容器、冷冻和冷却装置零件等。电机零件、风扇部件、拨号盘、仪表壳、接线板等。照明灯、高温透镜、防护玻璃等零件。成型特点高温时对水分比较敏感，所以加工前必须干燥处理，流动性差，成型时要求有较高的温度和压力。,常用热塑性塑料简介,聚砜（PSF）,基本特性透明而微带琥珀色，也有的是象牙色的不透明体。具有突出的耐热、耐氧化性能，可在-100150的范围内长期使用，热变形温度为174，有很高的力学性能和很好的刚性。其介电性能优良。有较好的化学稳定性。其尺寸稳定性较好，还能进行一般机械加工和电镀。主要用途聚砜可用于制造精密公差、热稳定性、刚性及良好电绝缘性的电气和电子零件。制造需要具备热性能、耐化学性、持久性、刚性之零件。成型特点塑件易发生银丝、云母斑、气泡甚至开裂，加工前原料应充分干燥；流动性差，对温度变化敏感，冷却速度快，所以模具浇口的阻力要小，模具需加热；,常用热塑性塑料简介,聚酰胺（PA）,基本特性通称尼龙。由二元胺和二元酸通过缩聚反应制取或由一种内酰胺的分子通过自聚而成。命名由二元胺与二元酸中的碳原子数来决定，如已二胺和癸二酸反应所得的聚缩物称尼龙610，前一个数指二元胺中的碳原子数，后一个数为二元酸中的碳原子数；若氨基酸的自聚来制取的，则由氨基酸中的碳原子数来定。如已内酸胺中有6个碳原子，故自聚物称尼龙6或聚已内酰胺。常见的品种有尼龙1010、尼龙610、尼龙66、尼龙6、尼龙9、尼龙11等。抗拉、抗压、耐磨。具有良好的消音效果和自润滑性能。耐碱、弱酸，但强酸和氧化剂能侵蚀尼龙。无毒、无味、不霉烂。其吸水性强、收缩率大，常常因吸水而引起尺寸变化。其稳定性较差，一般只能在80100以下使用。,常用热塑性塑料简介,聚酰胺（PA）,主要用途轴承、齿轮、滚子、辊轴、滑轮、泵叶轮、风扇叶片、蜗轮、高压密封扣圈、垫片、阀座、输油管、储油容器、绳索、传动皮带、电池箱、电器线圈等零件。成型特点熔融粘度低、流动性良好，容易产生飞边。成型加工前必须进行干燥处理；易吸潮，塑件尺寸变化较大。,常用热塑性塑料简介,聚甲醛（POM）,基本特性表面硬而滑，呈淡黄或白色。有较高的机械强度及抗拉、抗压性能和突出的耐疲劳强度。尺寸稳定、吸水率小，减摩、耐磨性能好。能耐扭变，有突出的回弹能力，可用于制造塑料弹簧。成型收缩率大，在成型温度下的热稳定性较差。主要用途轴承、凸轮、滚轮、辊子、齿轮等耐磨、传动零件。汽车仪表板、汽化器、各种仪器外壳、罩盖、箱体、化工容器、泵叶轮、鼓风机叶片、配电盘、线圈座、各种输油管、塑料弹簧等。成型特点聚甲醛成型收缩率大，在熔点上下聚甲醛的熔融或凝固十分迅速，所以，注射速度要快。,常用热塑性塑料简介,聚苯醚（PPO）,基本特性呈琥珀色，透明、硬而韧。硬度较尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯高。蠕变性小，有较好的耐磨性能。使用温度范围宽（-127121），脆化温度低达-170，无载荷条件下的间断使用温度达205。电绝缘性能优良。塑件内应力大，易开裂，流动性差，疲劳强度较低。主要用途较高温度下工作的齿轮、轴承、运输机械零件、泵叶轮、鼓风机叶片、水泵零件、化工用管道及各种紧固件、连接件等。线圈架、高频印刷电路板、电机转子、机壳及外科手术用具，食具等需要进行反复蒸煮消毒的器件。成型特点流动性差，模具上应加粗浇道直径，尽量缩短浇道长度，充分抛光浇口及浇道；。,常用热塑性塑料简介,氯化聚醚（CPT）,基本特性有突出化学稳定性仅次于聚四氟乙烯（塑料王），而价格比聚四氟乙烯低廉。其耐热性能好，能在120下长期使用，抗氧化性能比尼龙高。其耐磨、减摩性比尼龙、聚甲醛还好，吸水率只有0.01%，成型收缩率小而稳定，有很好的尺寸稳定性。刚性较差，抗冲击强度不如聚碳酸酯。主要用途机械上可用于制造轴承、轴承保持器、导轨、齿轮、凸轮、轴套等。在化工方面，可作防腐涂层、贮槽、容器、化工管道、耐酸泵件、阀、窥镜等。成型特点塑件内应力小，成型收缩率小，尺寸稳定性好，宜成型高精度、形状复杂、多嵌件的中小型塑件；吸水性小，加工前必须进行干燥处理；,常用热塑性塑料简介,氟塑料,氟塑料是各种含氟塑料的总称，主要包括聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚全氟乙丙烯、聚偏氟乙烯等,常用热塑性塑料简介,聚四氟乙烯(PTFE),基本特性白色粉末，外观蜡状、光滑不粘。平均密度为2.2g/cm3。化学稳定性极好，有“塑料王”之称。有优良的耐热耐寒性能，可在-195250范围内长期使用而不发生性能变化。电气绝缘性能良好，且不受环境湿度、温度和电频率的影响。其摩擦系数是塑料中最低的。聚四氟乙烯的缺点是热膨胀大，而耐磨、机械强度差、刚性不足，且成型困难。主要用途在防腐化工机械上用于制造管子、阀门、泵、涂层衬里等；在电绝缘方面广泛应用在要求良好高频性能并能高度耐热、耐寒、耐腐蚀的场合如喷气式飞机、雷达等方面。也可用于制造自润滑减摩轴承、活塞环等零件。由于它具有不粘性，在塑料加工及食品工业中被广泛地作为脱模剂用。在医学上还可用作代用血管、人工心肺装置等。成型特点一般将粉料冷压成坯件，然后再烧结成型。,常用热塑性塑料简介,聚三氟氯乙烯(PCTFE),基本特性呈乳白色。与聚四氟乙烯相比，密度相似，为2.072.18g/cm3，硬度较大，摩擦系数大，耐热性及高温下耐蚀性稍差。长期使用温度为-200200，具有中等的机械强度和弹性，有特别好的透过可见光、紫外线、红外线及阻气的性能。主要用途它可用来制造各种用于腐蚀性介质中的机械零件，如泵、计量器等。也可用于制作耐腐蚀的透明零件，如密封填料、高压阀的阀座。利用其透明性制作视镜及防潮、防粘等涂层和罐头盒的涂层。成型特点吸湿性小，成型加工前可不必干燥；对热敏感，易分解产生有毒、有腐蚀性气体。流动性差，因此采用高温、高压成型。模具应加热；熔料容易发生熔体破裂现象。,常用热塑性塑料简介,聚全氟乙丙烯(PEP),基本性能是聚乙烯和六氟丙烯的共聚物。密度为2.142.17g/cm3。其突出的优点是抗冲击性能好。耐热性能优于聚三氟氯乙烯，比聚四氟乙烯稍差。长期使用温度为-85205，高温下流动性比聚三氟氯乙烯好，易于成型加工。其他性能与聚四氟乙烯相似。主要用途可用来代替聚四氟乙烯，用于化工、石油、电子、机械工业及各种尖端科学技术装备的元件或涂层等。成型特点吸湿性小，成型加工前可不必干燥；对热敏感，易分解产生有毒、有腐蚀性气体。流动性差，因此采用高温、高压成型。模具应加热；熔料容易发生熔体破裂现象。,热固性塑料,酚醛塑料（PF）,基本特性以酚醛树脂为基础而制得。通常由酚类化合物和醛类化合物缩聚而成。本身很脆，呈琥珀玻璃态。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。刚性好，变形小，耐热耐磨，能在150200的温度范围内