塑料成型工艺与模具设计教案1PPT课件.ppt

第二章塑料成型理论基础本章基本内容1 聚合物的分子结构及热力学性能2 聚合物的流变学性质3 塑料成型过程中聚合物的物理变化及化学变化4 塑料的成型工艺性能本章重 难点1 高分子聚合物的分子结构特点 热力学性能2 聚合物在成型过程中的物理化学变化 2020年3月26日 1 2 1聚合物的分子结构及热力学性能一 聚合物的分子结构1 聚合物的分子结构 线型聚合物带有支链的线型聚合物体型聚合物 2020年3月26日 2 2 聚合物的聚集态结构及其性能 固态 液态 结晶型聚合物 无定形聚合物 2020年3月26日 3 二 聚合物的热力学性能 各温度点含义 线型结晶型聚合物不存在明显的高弹态 2020年3月26日 4 加工工艺性能 玻璃态 车 铣 刨 锯 钻 锉 高弹态 冲压 锻造 压延 气动成型 粘流态 注射 压缩 压注 挤出 吹塑等 2020年3月26日 5 2 聚合物加工工艺性能 热塑性塑料在不同状态下的物理 工艺性能 2020年3月26日 6 2 2聚合物的流变学性质牛顿液体的流态1 层流2 紊流 2020年3月26日 7 2 3聚合物流动中的弹性行为聚合物流体在流动过程中 不仅有剪切流动 而且存在拉伸流动 由于流动中的拉伸力 使聚合物分子产生弹性变形 这种弹性变形不能很快恢复 有一定的滞后时间 弹性形变恢复时会产生以下几种弹性行为 2020年3月26日 8 2020年3月26日 9 1 入口效应 聚合物溶体在管道入口因出现收敛流动而使其压力降突然大增的现象称为入口效应2 离模膨胀效应 包括挤出胀大 聚合物分子在流动中受到拉伸力的作用 弹性变形受到粘性阻滞 出口模后才能恢复 对制品的外观 尺寸 对产量和质量都有影响 增加管子或口模平直部分的长度 即增加口模的长径比 适当降低成型时的压力和提高成型温度 采用强制定型装置 并对挤出物加以适当速度的牵引或拉伸等 均有利于减小或消除弹性变形带来的影响 2020年3月26日 10 3 失稳流动与溶体破裂失稳流动 大分子链会在极高的剪切速率作用下完全被拉直 继续变形就会呈现很大的弹性性质 导致流动无法保持稳定的层流 熔体陷入一种弹性紊乱状态 各点的流速会互相干扰 通常将此现象称为聚合物熔体失稳流动 熔体破裂 聚合物熔体在失稳状态下通过模内的流道后 将会变得粗细不均 没有光泽 表面出现粗糙的鲨鱼皮状 在这种情况下 如果继续增大切应力或剪切速率 熔体将呈现波浪 竹节形或周期螺旋形 更严重时将互相断裂成不规则的碎片或小圆柱块 这种现象称为熔体破裂 2020年3月26日 11 塑料的挤出或注射成型中常看到这样一种现象 在较低的剪切速率范围内 挤出物的表而光滑 形状均匀 但当剪切速率过大超过一定极限值时 从模口出来的挤以物 其表面变得粗糙 失去光泽 粗细不匀和弯曲 这种现象被称为 鲨鱼皮症 此时如再增大剪切速率 挤出物会成为波浪形 竹节形或周期件螺旋形 在极端严重的情况下 会断裂 这种现象称为 熔体破裂 2020年3月26日 12 2 4聚合物的物理变化聚合物的结晶与取向1 结晶的定义 组成物质的粒子按一定规律有序排列的现象 带晶堆砌 球晶 2 聚合物的取向定义高分子聚合物的分子链以及结晶晶片在一定条件下 外力作用 沿着外力作用方向有规律的排列现象1 流动取向 受剪切力 2 拉伸取向 拉伸力 2020年3月26日 13 3 残余应力 2020年3月26日 14 2 5聚合物的化学变化一 聚合物的降解降解定义 在光 热 氧等外界因素影响下 聚合物分子量下降 化学结构发生改变 导致外观 力学性能等下降的现象 通常把相对分子质量降低的现象称为降解 降解的类型 热降解 氧化降解 力降解 水降解 2020年3月26日 15 二 聚合物的交联作用多个分子 一般为线型高分子 相互键合交联成网络结构的较稳定分子 体型高分子 反应 这种反应使线型或轻度支链型的大分子转变成三维网状结构 以此提高强度 耐热性 耐磨性 耐溶剂性等性能 2020年3月26日 16 交联过程的三个阶段工业上还习惯将树脂交联过程分为三个阶段 甲阶 这一阶段的树脂是既可以溶解又可以熔化的物质 乙阶 此时树脂在溶解与熔化的量上受到了限制 也就是说有一部分是不溶解不熔化的 但依然是可塑的 丙阶 这一阶段的树脂是不熔不溶的物质 不过严格地说 丙阶树脂中仍有少量可以溶解的物质 2020年3月26日 17 在成型工业中 交联一词常常用硬化 熟化等词代替 所谓 硬化得好 或 硬化得完全 并不意味着交联作用的完全 而是指交联作用发展到一种最为适宜的程度 以制品的物理 力学性能等达到最佳的境界 一般称硬化程度大于100 的为 过熟 反之则为 欠熟 2020年3月26日 18 2 6塑料及其性能 2020年3月26日 19 基本内容 1 掌握塑料的概念 分类 成份 2 理解热固性 热塑性塑料两个概念 二者的区别 3 了解塑料的特性及用途 1 重点 塑料的概念 成份 分类 重 难点 2 难点 对概念的理解 2020年3月26日 20 2 6 1塑料的成分及特性 一 树脂和塑料 1 塑料的概念 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 塑料 2020年3月26日 21 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 2 树脂的概念 树脂 2020年3月26日 22 3 树脂的分类 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 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 天然树脂 合成树脂 2020年3月26日 23 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 CH2 CH2 nCH2 CH2 乙烯 聚乙烯 2020年3月26日 24 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 2020年3月26日 25 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 2020年3月26日 26 5 树脂的合成方法 加聚反应和缩聚反应 加聚反应特点 反应前后分子数相同由单体变成聚合物是化学键作用反应中分子没有附属产物产生加聚反应可得的是线形高聚物 2020年3月26日 27 缩聚反应特点 反应前后分子个数不同由单体变为聚合物是由于官能团的作用反应中分子有附属产物产生缩聚反应既可能得线型高聚物也可能得网型或体型高聚物 C2H5 O C2H5 2020年3月26日 28 二 塑料的成分 塑料 树脂 添加剂 1 树脂 作用 塑料的主要成分决定塑料的类型和基本性能 胶粘其它成分材料赋予塑料可塑性和流动性 2020年3月26日 29 2 添加剂 填充剂 填料 重要的但非必不可少的成分 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 2020年3月26日 30 填充剂 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 2020年3月26日 31 增塑剂 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 2020年3月26日 32 作用 增塑剂 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 2020年3月26日 33 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 2020年3月26日 34 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 2020年3月26日 35 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 2020年3月26日 36 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 有机颜料的特性介于无机颜料和染料之间 在塑料工业中着色剂多采用颜料 还有阻燃剂 抗静电剂 发泡剂 防腐剂和加工助剂等等 2020年3月26日 37 三 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 2020年3月26日 38 2 6 2塑料的分类及性能 2020年3月26日 39 基本内容 1 理解塑料的分类 2 理解热固性 热塑性塑料两个概念 二者的区别 3 了解塑料的特性及用途 1 重点 塑料的分类 重 难点 2 难点 对概念的理解 2020年3月26日 40 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 一 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 热固性塑料 2020年3月26日 41 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 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 一般指产量大 用途广 成型性好 价廉的塑料 2 按塑料的用途分 特种塑料 工程塑料 通用塑料 2020年3月26日 42 二 热塑性塑料的工艺性能 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 2020年3月26日 43 塑料品种 塑件特性 进料口的形式 尺寸 分布 成型条件 影响收缩的基本因素 收缩率的计算 塑件的成型收缩值可用以下公式来表示 2020年3月26日 44 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 2020年3月26日 45 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 螺旋流动长度长 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 2020年3月26日 46 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 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 2020年3月26日 47 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 2020年3月26日 48 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 2020年3月26日 49 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 2020年3月26日 50 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 水敏性 2020年3月26日 51 5 吸湿性 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 2020年3月26日 52 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 6 应力开裂及熔体破裂 熔体破裂 2020年3月26日 53 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 2020年3月26日 54 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 三 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 2020年3月26日 55 每一品种的热固性塑料通常分三个不同等级的流动性 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 2020年3月26日 56 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