第一章塑胶的物性与基础知识.doc

东莞 市蓝光塑胶模具有限公司第一章塑胶的物性与基础知识1、 塑料：材料注塑成型材料即塑料，它可以是纯的树脂，也可以是加有各种添加剂的混合物，树脂起粘结剂作用。所加的这些添加料的目的是用来改善纯树脂的物理机械性能。改善加工性能或者为了节约树脂。塑料是一种合成的或用天然改性而得到的以高分子化合物为基体的固体材料.它的组成除了称为树脂的高分子化合物基体(也可称高聚物)外,还有某些特定用途的添加剂(在少数情况下,可以不加添加剂).高分子聚合物是塑料的最基本最重要的组分,塑料的基本性质.塑料最基本的物理化学性质是由树脂和性质所决定的。树脂可分为天然树脂和人造树脂。后者又称为合成树脂，合成树脂按生产工艺过程可分为四大组1、 链式聚合反应合成树脂为基础的颜料。如聚烯烃，PE、PVC、PMMA、及其共聚以物等。2、 以缩聚反应或逐步聚合反应的合成树脂的基础的塑料。如酚醛塑料，胺基塑料和聚酯类塑料等。3、 以化学改性各天然树脂为基础的塑料。如硝酸纤维素、醋酸纤维素以入再生纤维等。4、 以天然或沥青及某些有机物高温裂解树脂为基础的塑料。塑料的分类有很多,但看来最科学的分类法是按化学结构及其基本行为这个本质进行的,按塑料中大分子类型和特性,通常将塑料分成两大类,（塑料按其热作用的反应）可分为热塑性塑料与热固性塑料两大类。所谓大分子，就是由许多含有可反应功能团的一种或几种称为单体的小分子物质按照某种规律通过化学键连接起来的巨型分子。1东莞 市蓝光塑胶模具有限公司第一章塑胶的物性与基础知识 这种连接过程叫做“聚合”。热塑性塑料中的树脂都是线型的（或稍有分支）长链大分子结构。它有较大的热运动自由度，表现出可溶融等性质。而热固性塑料的大分子是网状的或体型的连接体，分子运动自由度受到了极大的限制，因而表现为不溶融的特性。通常我们常在其单体名称前面加个“聚”字就变成了某种树脂或塑料的名称，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲醛等。塑料从应用角度来分可分为日用塑料和工程塑料.其中工程塑料又有通用工程塑料和特种工程塑料之分,近年来,在人们对用于特种环境的研究中,又出现了功能塑料或功能高分子的名称,其中有医用塑料、光敏塑料等.还有按制造树脂的化学反应类型分为缩聚型塑料和加聚型塑料.热塑性塑料的特点是加热可以软化，温度继续升高时可以熔融，而冷却时又重返固态，这一过程是可逆的，可以是反复多次的，如聚烯烃，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚酰胺类，聚丙烯类、聚碳酸脂，氯化聚醚，聚矾等均属此类塑料，可以形容为反复可溶可熔的,因而可以多次成型.热固性塑料的特点是在某一温度下能转变成可塑性熔体，但如果继续提高温度，延长加热时间，高分子内部将产生交联作用，发生固化，而固化后的塑料既不能溶于溶剂，也不能加热方法使其软化到原始状态，若继续提高加热温度就会发生分解，所以这是不可逆过程，是不能反复加工的。2东莞 市蓝光塑胶模具有限公司第一章塑胶的物性与基础知识如酚醛塑料，氨基塑料、环氧树脂，聚氨脂，呋喃树脂等无属此类塑料。简洁可形容为可溶融的,即是可塑的,而一经成型固化(或称变定),就变为不溶的了.高分子的内旋性和柔顺性指什么?高分子的主链虽然很长,但通常并不是伸直的,它可蜷曲起来,使分子采取各种形态.从整个分子来说,它可蜷曲成椭球状,也可伸直棒状.从分子链的局部来说,它可呈锯齿形或螺旋性.这些形态可随条件和环境的变化而变化.在大多数高分子主链中都存在着许多的单键,单键的电子云分布为轴对称,因此高分子在运动时,C-C单键可绕成轴旋转,这称为内旋转.由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为构象.高分子链能够改变其构象的性质称为柔顺性,这是高聚物许多性能不同于低分子物质的主要原因.材料成型时注意的事项: 、材料的干燥温度和时间、材料的成型温度,、材料的储存环境,、材料的物理和化学特性,、材料有无杂质. 3 东莞 市蓝光塑胶模具有限公司第一章塑胶的物性与基础知识九、高聚物的热力学三态非晶高聚物,对它施加一恒定的力,观察它发生的与形变与温度的关系,可以得到如图所示的曲线,通常也称为温度形变曲线或机械曲线.非晶高聚物有三种力学状态,它们是玻璃态,高弹态和粘流态.1、 玻璃态:-在温度较低时,材料为刚性固体状,与玻璃相似,在外力作用下只会发生非常小的形变,此状态为玻璃态.处于玻璃态的塑料分子，链段运动基本上处于停止的状态，分子在自身的位置上振动，分子链缠绕成团状或卷曲状，相互交错。2、 高弹态:-当处于玻璃态的材料温度继续提高到一定范围时,材料的形变明显增加,并在随后的一定温度区间形变相对稳定,此状态称为高弹态3、 粘流态:-当处于高弹态的材料温度继续升高时,形变量又逐渐增大,材料逐渐变成粘性的流体,此时形变不可能恢复,这时的状态即为粘流态.我们通常把玻璃态与高弹态之间的转变,称为玻璃化转变,它所对应的转变温度即是玻璃化转变温度,或是玻璃化温度,通常用Tg来表示,而高弹态与粘流态之间的转变温度称为粘流温度,用Tf表示 玻璃态 高弹态 粘流态形变 4东莞 市蓝光塑胶模具有限公司第一章塑胶的物性与基础知识高弹态和粘流态各有什么特点?非晶高聚物由玻璃态受热升温,随着温度升高,分子热运动能量增加,当达到某一温度时(即玻璃化温度)分子热运动能量已足以克服内旋转功能,这时链段运动受到激发,链段可以通过主链上的单键的内旋转来不断改变构象,甚至部分链段可以产生滑移,但整个分子仍不可能运动.也就是说温度升高到某一温度后,链段运动的松弛时间减小到与实验测量时间同一数量级时,可以观察到链段的运动,这时高聚物处于高弹态.在高弹态下,高聚物受到外力作用,分子链通过单键的内旋转和链段的改变构象来适应外力的作用.一旦外力消失,分子链又要通过单键内旋转和链段运动回复原来的蜷曲状态状态,这在宏观上表现为弹性回缩.高分子链从蜷曲状态到伸直,所需的外力小,而形变很大,我们称这种受力后形变大而且又能能回复的力学性质为高弹性.聚合物继续受热,温度升高到一定后,这时不仅链段运动的松弛时间缩小.而且整个分子链的松驰时间也缩短到与我们观察时间等数量级,这时高聚物在外力作用下发生粘性流动,这就是粘流态,它是整个分子链互相滑动的宏观表现,这种流动与低分子液体流动相类似,是不可逆的变形,外力除去后,变形不可能自发回复.5东莞 市蓝光塑胶模具有限公司第一章塑胶的物性与基础知识塑料的分类:一、 按塑料中合成树脂的制造方法:聚合塑料,缩聚塑料二、 按塑料应用状况分为：通用塑料、工程塑、耐高温塑料及其它塑料a.通用塑料:指产量大用途广价格低的一类塑料它包括酚配合塑料(PF)、氨基塑料( )、聚氟乙烯(PVC)聚苯乙烯(PS)聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)六大品种其产量占塑料产量的75%发上是塑料工业的主体。b.工程塑料:指能在工程技术中作结构材料的塑料其具有较高机械强度和很好的耐腐蚀性自润滑性尺寸稳定性具有某些金属性从广义上说几乎所有热塑必和热固性塑料者阿性作工程塑料但实际之工程塑料仅指:尼龙(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、ABS、聚 (PSV)、聚苯醚(PPO)等少数几个主要品种。c.其它塑料:指通用和工程塑料以外之塑料主要有氟塑料()包括聚四氟乙烯PTFE、聚三氟氯乙烯PCTFE、聚全氟乙丙烯FEP、聚偏氟乙烯等环氧树脂(EP)、聚酯树脂(分为线型的不饱和的体型的三类)聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃(PMMA)等三、 按介电性能分为:低频塑料、高频塑料四、 按填料的形状:粉状塑料、纤维状塑料和层状塑料五、 根据塑料中合成树脂的分子结构及其特性:热塑性塑料线型或支链型高聚物热固性塑料体型高聚物热塑性:PP、PE、PS、PVC、PMMA、PA、POM、ABS、PC、PSV热固性:酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、有机硅塑料、不饱和聚酯塑料等.6东莞 市蓝光塑胶模具有限公司第一章塑胶的物性与基础知识六、 桉塑料中助剂添加状况划分:a. 直接塑材:以合成树脂直接作为塑料的一种材料.如聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、尼龙(PA) 等复合材料:借着添加不同的物质(玻纤,碳纤或矿物质)以达到强化效果,使塑件b. 个别性能倍增。c. 聚合物合金:结合两种或以上工程塑料的优点，均匀混后，创造出的崭新塑料材料,使机械性能、热性能、电气性能、物理性能、燃烧性能合塑件的特殊要求。热固性塑料的工艺性能一. 收缩性:塑件从模具取出并冷却到室温后,其尺寸会发生收缩的特性1. 影响收缩的主要因素(热固性塑料)(1).分子结构:成形过程中,树脂分子(热固性)是从线型结构过渡到体型结构,密度加大,故要收缩;(2)热收缩: 塑料线膨胀系数比钢(模具)大,固而塑件收缩比模具大,塑件尺寸比模腔小;(3)弹性恢复:塑件脱模时,由于压力降低,产生弹性恢复而胀大;(4)塑性变形:开模日,塑件所受力降低,但模壁仍紧压塑件周围,可能使塑件局部变形,造成局部收缩;(5)收缩的方向性:塑料在成型时高分子流动方向取向,因而造成塑件各个方向的收缩不同,致使塑件的性能呈现各向异性;7东莞 市蓝光塑胶模具有限公司第一章塑胶的物性与基础知识(6)塑料品种:品种不同收缩各,异且受分子量.填料.配方影响,脂分子量高,填料为有机,树脂含量较多-收缩率就大;(7)塑件结构:塑件的形状复杂.壁薄.有*件数量多且对称分布,则收缩率就小;(8)模具结构:模具的分型面,加压方向,*注系统形式,布局及其尺寸对收缩及方向性影响也很大;(9)成型工艺:压注及注射成型工艺一*收缩率较大,方扈性明显,采用压锭另料,进行预热,用不高的成型温度,提高成型压力,延长保持时间,保持固化均匀性等都可减小收缩及方向性;*。2. 收缩的形式:(1) 线尺寸收缩 :由于热胀冷缩,塑件脱模时的弹性恢复,塑性变形等原因而引起的收缩;(2) 后收缩:当脱模后,由于应力趋向平*及*条件的影响,残余应力发生变化而使塑件发生再收缩,这种收缩称为后收缩;(注射成型及热塑性塑料其后收缩较大)(3) 后处理收缩:塑件热处理后引起之尺寸变化;二. 流动性:塑性在一定温度与压力下填充型腔的能力;8东莞 市蓝光塑胶模具有限公司第一章塑胶的物性与基础知识1. 影响流性的因素:(1) 塑件品种:塑料品种不同,流动性各异,即使同一品种的塑料,由于其树脂分子量的大小,填料的型状,水分和挥发物的含量以及配方比的不同其流动性也不相同;(增塑剂,润滑剂可增加流动性)(2) 模具结构:模具表面光滑,型腔简单,采用不溢式压缩模可改善流动性;(3) 成型工艺:采用压锭及预热,提高成型压力,在低于塑料固化温度的条件下增加成型温度都能提高流动性;热塑性塑料的工艺性能一. 收缩性:1. 影响收缩性的因素:(1) 塑料品种:热塑性塑料成型过程中还存在结晶化引起的体积收缩,内应力强冻结在塑件内的残余应力大,收缩范围宽,方向性明显;(2) 塑件结构:塑件的结构特性对收缩率.方向性影响较大,且模具*件也会对其产生影响;度如厚壁塑,件成型时熔料与型腔表面接触表层立即冷却形成低密度的固态外壳;由于塑料的导热性差塑件内层缓漫冷而形成收缩较大的遍密度固态层,所以厚壁件收缩大。)9东莞 市蓝光塑胶模具有限公司第一章塑胶的物性与基础知识(3) 例：采*口形式,尺寸及其分布直接影响料流方向，密度分布，保压补缩作用及成型时间；用直接口和大面口，则收缩小，但方向性大，口宽且短，方向性小，距口近的或与料流方各平行的部位收缩大。（）成型工艺条件：模温高，熔料冷却慢则密度高，收缩大；保持压力的时间，长压力高，则收缩小，但方向性大注射压力高，熔料粘度差小，层间剪切力小，脱模后弹性恢复大，故收缩也可适当地减小；料温高，则收缩大，但方向性小；二 流动性：1. 根据模具设计要求将常用塑料之流动性分为三类：(1) 流动性好：尼龙(PA) 聚乙烯(PE) 聚苯乙烯(PS) 醋酸纤维素 聚4-甲基戌烯(2) 流动性中等改性聚苯乙烯(PS)、ABS、AS有机玻璃(PMMA)聚甲醛(POM) 聚氯醚氯化聚醚(3) 流动性差:聚碳酸醋(PC)、硬聚氯乙烯(PVC)、聚苯醚(PPO)、聚 (PSU)、氟塑料10东莞 市蓝光塑胶模具有限公司第一章塑胶的物性与基础知识三 吸湿性:具有吸湿或粘附水分倾向之塑料如成型前水分含量超限度,则成型过程中由于水分在成型设备的高温料筒内挥以成全体或者促使塑料水解会使树脂起泡或粘度下降。塑料大致分为吸粘附(如PMMA、PA、PC、ABS、PSV纤维素脂醚)和不吸湿也不粘水分(如PE、PP、PS氟塑料)四 结晶性:根据塑料料冷凝有无结晶现象,可将塑料分为:结晶形塑料非结晶形(无定形)两类。结晶形塑料:PE、PP、POM、PA、聚四氟乙烯、聚氟醚、聚4-甲基 烯。非结晶形塑料:PS、PMMA、PC、ABS、PSV注：结晶塑料由熔融状态到冷凝时分子由独立协完成处一次序状态变为分子停自由运动按略微固定的位置并有一个分子排列为正规模型的倾向。结晶形塑料的判定方法:视厚壁塑件透明性而定结晶形塑料为不透明的非结晶形塑料为透明的但也有例外如聚4-甲基 烯(1为结晶形塑料却有高透明性),ABS为非结日表塑料却不透明。结晶形塑料模具设计和注射机特性需求:(1) 料温上升到成型温度时所需的热量多应选用塑化能力的设备11东莞 市蓝光塑胶模具有限公司第一章塑胶的物性与基础知识(2) 冷凝放出的热量大模具需充分冷却(3) 熔态与固态的密变差大成型收大窬易发生缩孔或气孔(4) 冷却快则结晶度低收缩小透明度高结晶度与塑件厚壁有关,壁厚则冷却慢结晶高度收缩大物性好。(5) 各向异性显着,内应力大脱模后未结晶化分子有继续结晶化倾向易发生变形和翘曲(6) 结晶熔点范围容