而且后收缩率比较大VIP

三种收缩率要求的高精度型塑材料的分析 选择 改性 项目16 项目16的六组任务 第一组 从收缩度的角度为高精度塑料制品的生产选择合适的高分子材料 第二组 从蠕变的角度为高精度塑料制品的生产选择合适的高分子材料 第三组 从热膨胀系数角度为高精度塑料制品的生产选择合适的高分子材料 教学目的 通过对项目16所涉及到不同要求的高精度高分子材料的分析 选择 改性的整个实施过程 使学生进一步了解并掌握完成一个完整项目的每个细节 初步形成实施每个细节过程的能力 最终达到根据产品需要对高分子材料进行合理分析 合理选择 合理改性的总能力 进而结合学生所选择出来的材料从理论上归纳 总结与高分子物理的研究对象直接相关的结构与性能的关系 同时在完成项目过程中对课程整体方案所规定的拓展能力进行初步的锻炼 能力 技能 目标 能根据不同要求的高精度高分子材料的不同用途要求 合理的选择高分子材料 并能合理的分析所选择材料的结构 性能 如果不能直接选择到合适材料时 能提出合理的改进意见与方案 知识目标 被选用的高分子材料的主要结构特征 主要性能及应用范围 其中第16个项目重点学习增加高分子热性能 蠕变性能的知识 素质目标 初步建立良好的学习方法 资料收集的方法 处理问题的方法 团队合作的意识 用户至上的意识 安全环保意识 表述与合理辩解能力 参考资料 潘文群 高分子材料分析与测试 化学工业出版社2005 戚亚光 高分子材料改性 化学工业出版社 2005 聂垣凯 橡胶材料与配方 化学工业出版社 2004 王文广 塑料材料的选用 化学工业出版社 2002 高俊刚 高分子材料 化学工业出版社 2002 桑永 塑料材料与配方 化学工业出版社 2001 一 简介 塑料制品的精度是指塑料制品的实际尺寸或形状与设计者设计的尺寸或形状之间的差异 两者差异越小 说明其制品精度越高 塑料制品的精度可分为加工精度和使用精度两种 1 塑料制品的加工精度塑料制品的加工精度是指由于加工过程的原因而产生的尺寸公差或形变 这是决定塑料制品精度高低的最主要因素 习惯上可将塑料制品的加工精度分为八个不同等级 不同等级要求的公差大小不同 其相应的尺寸公差如表16 1所示的塑料制品件等级的选用 其中1 2级精度为精密级 塑料材料很难达到 一般不能采用 塑料只能用于3级以下的精度 2 塑料制品的使用精度塑料制品的使用精度是指其制品在加工以后所产生的尺寸公差或形变 塑料制品的使用精度高低与原料本身因素 如二次结晶 吸水 热膨胀及蠕变等因素有关 此外 还与使用环境的关系很大 在高温 潮湿及外力等环境因素作用下 会便其使用精度下降 二 影晌塑料精度的因素 影响塑料制品精度的因素包括收缩率 吸水率 热膨胀系数及蠕变四个因素 1 塑料的收缩性塑料的收缩性对塑料制品的尺寸精度影响最大 不同塑料原料之间的收缩率大不相同 其中热塑性树脂的收缩率可参见16 2 而热固性树脂的收缩率可参见表16 3 从表16 2和表16 3中可以看出 塑料的收缩率最大可达到5 左右 而最小仅为0 006 塑料的收缩分为成型加工收缩和加工后收缩两类 1 加工后收缩为制品脱模后一段时间内的收缩 与成型收缩相比 后收缩一般比较小 后收缩产生的第一个原因为制品内部应力的松弛作用 对于分子链呈刚性的聚合物 制品的后收缩比较大 这主要是因为刚性分子链运动速度慢 其分子链从一种状态转变为另一种状态 需要一个较长时间的重新排列过程 因而后收缩时间比较长 而且后收缩率比较大 另一方面 刚性分子链易产生内应力 成型后会进行慢慢地应力松弛 例如以PS为例 其注塑制品脱模三个月后 还会发生0 005 的后收缩 引起后收缩的第二个原因为继续结晶 对结晶聚合物而言 制品出模时 并未达到完全结晶 在常温下仍可继续结晶 从而引起制品的微量收缩 另外 出模后塑料制品如进行退火处理 制品的应力松弛和后结晶会进一步加大 从而引起后收缩增加 2 平均收缩率 由于塑料的收缩大小受成型条件影响比较大 因而其收缩率不是一个固定值 而是一个范围 具体可参见表16 2和表16 3 从表中可以看出 有时收缩率的变化范围很大 最大可相差24倍 所以说收缩率具有不准确性 因不同加工条件变化很大 很难测出准确的固定值 对于一个模具设计者而言 在具体设计时 一般可选取平均收缩率 即将表16 2和16 3所给的收缩率范围值进行平均 从而得到平均收缩率 当然 如果对具体成型方法十分清楚 也可以从表16 2和表16 3中所给的收缩率范围内取一个比较接近值 例如 以HDPE为例 其收缩率范围从表16 2中查出为2 5 之间 其平均收缩率为3 5 如果具体成型过程中 各种成型条件可使成型收缩率增大 则可选取4 为具体收缩率 如果具体成型条件有利于成型收缩率的减小 则可选取2 5 为具体收缩率 当然 后一种选取方法难度比较大 2 塑料的吸水性 塑料的吸水性可参见表16 2 塑料的吸水性大小与其分子结构有关 分子中含有酯基或酰胺基结构的聚合物吸水率偏大 具体如PA类 PC POM PMMA PES及PPO等 塑料的吸水性影响塑料的使用精度 即制品在潮湿环境中使用 由于吸水而引起尺寸增大 塑料吸水性对尺寸精度的影响量不如收缩影响大 但有些吸水率大的品种 如PA也比较显著 如PA66的吸水率最大为1 6 而每1 的吸水率就会引起1 3 1 4的尺寸公差 3 塑料的热膨胀性 热胀冷缩是物体的大致规律 衡量其热膨胀程度可用热膨胀系数表示 具体可参见表16 2和表16 3所示 同金属相比 塑料的热膨胀系数大得多 例如 钢的热膨胀系数为1 2 105K 1 而LDPE的热膨胀系数竟高达10 105K 1 比金属高出近十倍 因此可以说 塑料的尺寸对温度十分敏感 例如某塑料制品在20 时 其尺寸变化为0 1 在35 时 尺寸变化增大到0 15 而在5 时 尺寸则减少0 25 塑料的热膨胀系数与熔体流动方向有关 与收缩不同的是其纵向的热膨胀系数要比横向的热膨胀系数小 一般要小一半左右 塑料的热膨胀只有在温度变化的环境中才会影响其尺寸的精度 而温度不变时 热膨胀对塑料的尺寸精度无影响 4 塑料的蠕变性 塑料的蠕变是指成型后的塑料制品在使用过程中 由于受到应力的作用 材料的形变随时间增加而逐渐增大的 从而产生永久形变的现象 进而引起塑料尺寸的变化 影响其尺寸精度 塑料的蠕变受应力 温度及时间三个因素影响 应力越大 温度越高 时间越长 其相应的蠕变增大 下面介绍儿种塑料的蠕变性 PA的蠕变较大 不适于生产精密工业配件 在70 温度下 其蠕变值高达5 左右 尤其以PA1010最大 而PA66最小 PA的蠕变受温度影响较大 POM的蠕变性适中 比PA小 但比PSF及PC大 在50 时 其蠕变值为1 左右 PC的蠕变是塑料中相当小的 在70 温度下 一般为0 7 左右 并且超过10天后 几乎不随时间延长而增加 PSF是塑料中蠕变性最小的 在50 温度下 其蠕变值仅为0 14 0 2 ABS的蠕变比较小 在50 温度下 其蠕变值为0 4 0 5 仅比PSF大一点 PET的蠕变对温度较敏感 在23 时 虽然纯PET的蠕变值小于1 而且GFPET的蠕变值几乎为零 但在70 纯PET的蠕变值则高达10 PET进行GF增强后的蠕变值大大下降 最低可下降到2 左右 PE是塑料中蠕变最大的品种 在50 温度下 其蠕变值可达 LDPE为4 5 HDPE为4 几种材料蠕变大小顺序 LDPE HDPE PA PET POM PC PSF ABS PPO 三 高精度塑料的选用原则 1 从塑料的收缩率方面考虑收缩率是影响塑料制品精度的最主要的因素 尤其对于结晶类塑料而言 更是如此 不同种类塑料的收缩率大不相同 从LCP的0 005 到PE的5 相差1000倍之多 为此 在生产高精度塑料制品时 可遵循如下原则 1 尽可能选用 收缩率小的品种具体有LCP ABS PMMA PC PET PBT PSF PES PPO PI PAR及PPS等 在具体选用时 可从以下几个方面考虑 尽可能选用非结晶类塑料品种 它的结晶度比较小 制品精度高 尽可能选用热固性塑料品种 它的收缩率比结晶塑料小许多 仅比非晶塑料大少许 尽可能对所用材料进行填充或增强改性处理 以大幅度降低其收缩率 填充可使收缩率下降40 80 增强可使收缩率下降50 90 2 尽可能选用收缩率精确的品种大多数塑料的收缩率不仅大 而且不稳定 时而大 时而小 难以精确计算 对高精度制品而言 一定要选择收缩率稳定并可精确计算的塑料品种 3 尽可能选用无后收缩的品种塑料的后收缩持续时间很长 难以精确确定其数值 保证不了制品的精度 常见的后收缩大的塑料品种有POM及PS等刚性聚合物 2 从塑料的蠕变方面上考虑 对于在使用环境中受载荷作用的塑料制品 易产生较大的蠕变 塑料的蠕变值越大 在受力对其产生的变形越大 制品的精度越低 因此 对高精度塑料制品 应该选择 蠕变值小的塑料品种 具体有PSF ABS PPO PI PAR 聚苯酯及PEEK等 热固性塑料的耐蠕变性也比较小 尽可能少选HDPE PA PET POM PC及氟塑料等 它们的蠕变值都比较大 另外 填充和增强可明显降低塑料的蠕变性 可提高制品的精度 因此 对高精度塑料制品 应尽可能进行填充和增强改性 3 从塑料的热膨胀系数方面考虑 对于在高温环境中使用的塑料制品 塑料原料热膨胀系数的大小对其制品的精度影响比较大 因此 对高温下使用的高精度制品 应尽可能选择 热膨胀系数小的塑料品种 具体品种有 PVC PA1010 PC PBT PI PES PSF PPS PPO F4及聚苯酯等 另外 填充和增强可明显降低塑料的热膨胀系数 从而提高其制品的精度 填充和增强一般可使其热膨胀系数下降50 80 左右 如PC中加入30 GF 其热膨胀系数可由7 105K 1下降到3 105K 1 下降60 左右 4 从塑料的吸水方面考虑对于在潮湿环境中使用的塑料制品 高吸水性塑料品种会影响制品的精度 因此 应尽可能选择低吸水性树脂 不选用高吸水性塑料如PA类 PES及PAN等 项目16的总结部分 热收缩率小的高分子材料图片 PMMA 项目16的总结部分 ABS 项目16的总结部分 PC 项目16的总结部分 尼龙 项目16的总结部分 PI聚酰亚胺 PPS聚苯硫醚 PPO PES聚醚砜 LCP液晶 项目16的总结部分 PFA