塑料材料与加工工艺

1、 本章主要内容 第一节 常用工程塑料及其性质 第二节 工程塑料的成型技术与工艺 第三节 表面处理与装饰技术 塑料制品的简单生产流程 塑料制品生产系统组成 1 合成树脂（高聚物） 是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的高分子化合物,如酚醛树脂、 聚乙烯等,是塑料的主要组成,也起粘接剂作用。合成树脂在塑料中的含量约 占40%100%，对塑料的性能起决定性作用。 塑料的组成 2添加剂 为改善性能而加入的其他组分,主要有以下几 种： 填料在塑料中主要起增强作用。有时也可改善或提 高塑料的某些特殊性能,以扩大其应用范围。填料的 用量可达20%50%, 是塑料改性最重要的组成。 例如： 加入石墨、石棉纤

2、维或玻璃纤维等,可以改善塑料的机械性 能； 加人石棉粉可提高塑料的耐热性； 加入云母粉可提高塑料的电绝缘性； 加入二硫化钼等可提高塑料的自润滑性； 加入铝粉可提高塑料对光的反射能力等。 塑料的组成 n2添加剂 n它的作用在于通过交联使树脂具有体型网状 结构,成为较坚硬和稳定的塑料制品。 n例如： n在酚醛树脂中加入六亚甲基四胺； n在环氧树脂中加入乙二氨、顺丁烯二酸酐等。 塑料的组成 n2添加剂 n(3) 增塑剂 n用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。常用的为 液态或低熔点的固体有机化合物。 n例如：聚氯乙烯树脂中加入邻苯二甲酸二丁酯, 可变为橡胶一样的软塑料。 塑料的组成 n2添加剂 n(4)

3、稳定剂 n为了防止受热、光等的作用使塑料过早老化,加 入少量能起稳定化作用的物质。 n例如： n能抗氧的物质有酚类和胺类等有机物; n炭黑则可作紫外线吸收剂。 n其他一些添加剂,如 。 塑料的组成 塑料的特性 。虽然塑料制品的性能,根据其种类、成型条件及使用环境等 变化较大,但与其它材料相比较,塑料具有良好的综合特性。 1 多数塑料制品有透明性,并富有光泽,能着鲜艳色彩。 2 质轻,耐振动与冲击,比强度高（按单位质量计算的强 度） 塑料比金属轻,一般塑料比重在0.92.3之间(各种泡沫 塑料的比重在0.010.5之间)； 强度较高，有些增强塑料的比强度接近甚至超过钢材。 例如合金钢材，其单位质

4、量的拉伸强度为160兆帕， 而用玻璃纤维增强的塑料可达到170 400兆帕。 大多数塑料具有优良的减摩、耐磨和自润滑特性。如 工程塑料制造的耐摩擦零件；在耐磨塑料中加入某些 固体润滑剂和填料时，可降低其摩擦系数或进一步提 高其耐磨性能。 减震消音，具有柔韧性和弹性 塑料的特性 3 塑料电绝缘性、热物理性能好。 几乎所有塑料都具有优异的电绝缘性能，如极小的介电损耗和优良的耐电弧特性， 可与陶瓷媲美 导热率极小,只有金属的1/6001/200,泡沫塑料的导热率与静态空气相当,因此 被广泛用作绝热保温材料或建筑节能、冷藏等绝热装置材料。 塑料的特性 4 优良的化学稳定性能 一般塑料对酸碱等化学药品均

5、有良好的耐腐蚀能力 特别的如，聚四氟乙烯的耐化学腐蚀性能比黄金还要好，甚至能耐 王水等强腐蚀性电解质的腐蚀，被称为塑料王。 塑料的特性 5 塑料、加工方便,能大批量生产 容易进行切削、焊接、表面处理等二次加工,精加工成本低,用塑料制品 代替金属制品,可以节约大量金属材料。 塑料的特性 塑料与金属及其它工业材料相比较有如下缺点： 1 塑料不耐高温,低温容易发脆 多数塑料虽不易燃烧,但在300以上发生变形,燃烧时放出有毒气 体。由于耐热性较差,使塑料的用途受到限制 塑料的缺点 n2 塑料制品易变形 n温度变化时尺寸稳定性较差,成型收缩较大,即使 在常温负荷下也容易变形。 n3 塑料有“老化”现象

6、n塑料在长时间使用或贮藏过程中,质量会逐渐下降。 这是由于受周围环境如氧气、光、热、辐射、它 是塑料制品性能的一个严重缺陷。 塑料的缺点 塑料的分类 塑料的分类体系比较复杂，各种分类方法也有所交叉，按常规分类主要有以下三种： 一是按使用特性分类； 二是按理化特性分类； 三是按加工方法分类。 通常分通用塑料、工程塑料和特种塑料三种。 n1）通用塑料 一般是指、 、的塑料 如聚乙烯、聚丙烯、酚醛等 塑料的分类1、按使用特性分类 n2) 工程塑料 一般指能承受一定外力作用，具有良好的机械性能和 耐高、低温性能，尺寸稳定性较好，可以用作工程结构的 塑料，如聚酰胺、聚砜等。 分为以下两大类。 ：聚酰胺、

7、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、 热塑性聚酯、超高分子量聚乙烯、甲基戊烯聚合物、乙烯 醇共聚物等 交联型：聚氨基双马来酰胺、聚三嗪、交 联聚酰亚胺、耐热环氧树指等。非交联型：聚砜、聚醚砜、 聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮（PEEK）等 n具有较高物理机械性能，应用于工程技术领域 塑料的分类1、按使用特性分类 3) 特种塑料 一般是指具有特种功能，可用于航空、航天 等特殊应用领域的塑料。 如氟塑料和有机硅具有突出的耐高温、自润滑等特殊功用 增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能 塑料的分类1、按使用特性分类 4) 增强塑料 粒状（如钙塑增强塑料） 纤维状（如玻璃纤维或玻璃布增强塑料） 片状

8、（如云母增强塑料） 布基增强塑料（如碎布增强或石棉增强塑料） 无机矿物填充塑料（如石英或云母填充塑料） 纤维增强塑料（如碳纤维增强塑料） 塑料的分类1、按使用特性分类 5) 泡沫塑料 可分为硬质、半硬质和软质泡沫塑料三种。 硬质泡沫塑料没有柔韧性，压缩硬度很大，只有达到一定应力值才产生 变形，应力解除后不能恢复原状； 软质泡沫塑料富有柔韧性，压缩硬度很小，很容易变形，应力解除后能 恢复原状，残余变形较小； 半硬质泡沫塑料的柔韧性和其他性能介于硬质他软质泡沫塑料之间 塑料的分类1、按使用特性分类 1) 热固性塑料 指在受热或其他条件下能固化或具有不溶（熔）特性的 塑料，如酚醛塑料、环氧塑料等。又

9、分两种： 甲醛交联型：包括酚醛塑料、氨基塑料（如脲甲醛三聚氰胺 甲醛） 其他交联型：包括不饱和聚酯、环氧树脂、邻苯二甲二烯丙酯树脂 等 2) 热塑料性塑料 指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料，如聚乙烯、 聚四氟乙烯等 又分烃类、含极性基因的乙烯基类、工程类、纤维素类等多种类型 塑料的分类2、按按理化特性分类 多为物性和加工性能与一般热固性塑料相类 似的塑料； 指浸有树脂的纤维织物，经叠合、热压而结 合成为整体的材料； 多为物性和加工性能与一般热塑性 塑料相类似的塑料； 是指能在无压或稍加压力的情况下，倾注于 模具中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料，如 MC尼龙等； 是用液态原

10、材料，加压注入膜腔内，使 其反应固化成一定形状制品的塑料，如聚氨酯等 反应注射塑料 塑料的分类3、按加工方法分类 按密度分低密度、中密度、高密度 按聚合压力分高压聚乙烯、中压聚乙烯、低压聚乙烯 按分子量大小分低分子量聚乙烯、超高分子量聚乙烯 塑料的分类4、其他分类方法 常用塑料及其应用 热塑性塑料 五大品种：PE、PVC、PS、PP、ABS 氟塑料 高分子复合材料：玻璃钢、碳纤维增强塑料 1聚乙烯（PE塑料） 由乙烯聚合而成，分子式：（CH2CH2） n 其原料充足，产量一直是世界塑料产量的首 位，在我国具第二位，仅次于PVC塑料，属 易加工塑料 分类： 第一类：PE-HD 对于密度为0.91

11、-0.925g/cm3，为第一类型PE-HD； 对于密度为 0.926-0.94g/cm3，为第二类型PE-HD； 对于密度为0.94-0.965g/cm3，为第三类型PE-HD。 第二类：PE-LD 特点：在所有塑料中密度较低 PE-HD是高结晶材料，高结晶度导致了它的高 密度、抗张力强度、高扭曲温度，粘性以及化学 稳定性 PE-HD比PE-LD抗渗透性强、但抗冲击强度较低 PH-HD的特性主要由密度和分子量分布所控制 PE-LD是半结晶材料，成型后收缩率较高，在 1.5%到4%之间。 分子量越高，PH-LD的流动特性越差，但是有更好 的抗冲击强度。 1聚乙烯（PE塑料） 性能： 由于其在密

12、度、结晶度、分子量方面的差异其性 能差异是较大的。 一般，低密度聚乙烯的机械性能较高密度聚乙烯 稍差，制品较高密度聚乙烯软。 无毒。 电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、耐低温性能和流 动性能优良。 柔顺性、热塑性、弹性、透气性好；透水性差。 1聚乙烯（PE塑料） 性状：白色或浅白色腊状半透明固体。薄膜状聚乙烯几乎透明。 常用方面： 薄膜 线型低密度聚乙烯地膜覆盖用薄膜（应用最多）、农用大棚薄膜、包 装用薄膜、果品保鲜用薄膜、防化膜、其他吹塑超薄薄膜等 1聚乙烯（PE塑料） 常用方面： 管材 线性低密度聚乙烯软管用于电线、电缆绝缘护管、套；管可用于煤气管、 自来水上下水管、农用暗管、60以下耐蚀性输液

13、管道等。 塑料容器 高密度聚乙烯可制作中空容器如周转箱、瓦楞箱、桶、瓶、大型储槽 等 机械零件 超高分子量聚乙烯具有良好的耐磨性，用于各种机械零部件做不粘、 耐磨、低噪音的润滑部件，如密封圈、轴承、低载的齿轮、人体关节等。用火焰 法或静电法喷覆于金属表面，已提高耐磨性及耐腐蚀性，如家电外壳。 1聚乙烯（PE塑料） n常用方面： n日用品 皂合（常用着色剂：荧光黄、透明红、荧 光绿）塑料袋、药品瓶、油桶、餐具、玩具、花、 日用杂品等。 n其他 n 板材（即出版材、片材） n人造革 n单丝 n泡沫塑料及其制品 1聚乙烯（PE塑料） 2聚丙烯（PP） 属易加工塑料。 分子式： 特点： 由于分子链上挂

14、有侧基CH3,不利于分子排列的规整度和柔性，使刚性增大。 相对密度在塑料里最小，仅为0.900.91/cm3。时塑料中最轻的塑料。 性状： 制品表面低透明度、低光泽度，透明好于聚乙烯，易着色。 2聚丙烯（PP） 性能： 机械性能(强度、硬度、和弹性等)均高于聚乙烯。 拉伸强度为3240兆帕 弯曲强度为4055兆帕 抗弯折能力强，抗冲击强度高 PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。由于结晶度较高，这 种材料的表面刚度和抗划痕特性很好，不存在环境应力开裂 问题。 通常采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP 进行改性。 耐高温（100以下可长期工作），低温性能稍差 优良的电绝缘性和耐腐蚀性

15、能在常温下耐酸、碱腐蚀 冲击韧性差，抗老化差，透气性比PE大 2聚丙烯（PP） 常用方面： 工农业 喷灌管、化工管道、板材、电缆包覆和护套、打包带、包装袋、 瓦楞板等 机械零件 法兰、齿轮、手把、接头、汽车水、油箱壳体、电视机壳体等 日用品 水杯、食具、玩具、饮料、药品容器、包装薄膜如玻璃纸透明。 纺织品 丙纶纤维、无纺布等。 另外 聚丙烯改性后，大大扩展了其用途，可做成仿木材。发泡制品 可作包装材料使用。 2聚丙烯（PP） 聚丙烯板提供了多种颜色和印刷工艺, 从而使这种材料在外形上为日常用品 的生产提供了许多无尽的可能性.可用 于家具,包装,照明设备,文具,垫。 3聚氯乙烯(PVC) 由乙炔

16、气体和氯化氢合成氯乙烯，再聚合而成,是热塑性塑料。 分子式： 特点： 聚氯乙烯的分子链中存在极性氯原子,增大了分子间 的作用力,阻碍了单链内旋,减小了分子链间距离,所 以刚度、强度和硬度均比聚乙烯高。质硬、耐老化 性好。 优点：具有轻质、防水、防潮隔热、保温、防潮、 阻燃、施工简便等。规格、色彩、图案繁多，极富 装饰性，可应用于居室内墙和吊顶的装饰，是塑料 类材料中应用最为广泛的装饰材料之一。 缺点：怕火，不耐高温，在较热的环境中工作容易 变形。 3聚氯乙烯(PVC) 硬质聚氯乙烯（薄璃球树脂） 加人少量增塑剂、稳定剂和填料获得，具有较高的机械强度和较好的耐 蚀性（酸、碱）。拉伸强度为4050

17、兆帕。 软质聚氯乙烯（棉花球树脂） 增塑剂加入量达30%40%时,制得软质聚氯乙烯,其延伸率高,制品柔软, 具有良好的耐蚀性和电绝缘性。拉伸强度在1020兆帕。 3聚氯乙烯(PVC) 性状： 白色粉末，密度1.4。 常用方面： 工农业 农用薄膜（透气、透紫外线）、雨布耐酸、碱管、绝缘层、 电线管、医药卫生器具 国防 结构零件 建材 墙板、天花板、目前大量用于饰条、室内门窗、塑钢门窗等。 3聚氯乙烯(PVC) 聚乙烯薄膜 无毒，可盛放食物，强度差些，不能受80以上高温， 有一定透气性，不宜长期盛装茶叶、香料等 聚氯乙烯薄膜 毒性，不宜与食品直接接触。常用于做雨衣、鞋底、 床罩、窗帘、桌布、手提包

18、等 （1）触摸法 手摸起来有润滑感，蜡感，是聚乙烯膜袋，而聚氯乙烯薄膜摸起 来有些发粘 （2）抖动法 用手抖动，声音发脆，质轻易漂浮是聚乙烯薄膜袋；声音低沉为 聚氯乙烯薄膜袋 （3）燃烧法 易燃，火焰呈黄色，燃烧时有石蜡状油滴落，并有蜡烛燃烧时的 气体，是聚乙烯薄膜袋。不易燃烧，离火即灭，火焰呈绿色，为 聚氯乙烯薄膜袋 （4）浸水法 将塑料袋浸入水中，用手按压入水后，能浮出水面的为聚乙烯， 沉入水底的为聚氯乙烯（聚乙烯的密度小于水，聚氯乙烯的密度 大于水；常温时分别约为0.92g/cm3和1.4g/cm3） 4聚苯乙烯（PS） 聚苯乙烯由苯乙烯单体聚合而成 分子结构式： 由于侧基上有苯环,分子

19、间移动的阻力增大,结 晶度降低,因而具有较大的刚度，是热塑性塑 料。 特点： 无色、无味、无毒、无嗅，具有光泽的透明固体。 相对密度为1.041.09。 刚度和表面硬度较大，尺寸稳定性好，着色容易。 4聚苯乙烯（PS） 性能： 电绝缘性好,是很好的高频绝缘材料。 耐辐射性好。 几乎不吸水，具有优良的耐蚀性（酸、碱）但溶于芳香烃、氯代烃、酮 类和酯类。 缺点是抗冲击性差,易脆裂、耐热性不高,不耐热水，耐油性有限。 4聚苯乙烯（PS） 应用方面： 用于制作透明或色泽鲜艳的各类制品，如文具、灯具、灯饰、室内外装饰、化妆 品装饰、果盘 电子工业、仪表设备外壳、车灯罩、光学零件（三棱镜、透镜） 另外用悬

20、浮法制成不同密度的泡沫塑料可做隔音包装、隔音、防震、救生材料等。 4聚苯乙烯（PS） 5. ABS塑料 是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的共聚物树脂，具有上三种组分的特点 属热塑性塑料 黑色颜料的ABS制品的耐候性好，在室外暴露两年经太阳和大气侵蚀，其外观和性 能都基本不变 特点： 改变三种组分的配比，可是塑酯的性能和特点发生很大的变化。以适应不同产品的 需要。 丙烯腈使聚合物耐油、耐热、耐化学腐蚀； 丁二烯使聚合物具有卓越的柔性、韧性的橡胶的特点； 苯乙烯使聚合物具有良好的刚性和熔融的加工流动性； 5. ABS塑料 性能： ABS树脂具有高的坚韧性、刚性和化学稳定性，并具有耐热性和耐油性。 具有突出

21、的力学性能和综合性能（加工温度范围宽，不需额外加助剂等）使其 成为极其主要的一类工程塑料。 5. ABS塑料 应用方面： 电器部件 电器外壳、电话机外壳、电视机外壳、笔记本电脑外壳、显示器 外壳等； 汽车部件 台面等 用品 旅行箱、安全帽等； 板材 电冰箱内衬、建筑门窗、百叶窗 管材 ABS管、管件等 其它 该材料电镀性能良好，可获得金属质感的电器零件外观、奖牌、饰 件等。 5. ABS塑料 6氟塑料 是化合物大分子链中含有氟原子的塑料的总称。 特点： 耐热性和抗化学性能极为优异； 自润滑性能优良，具有目前已知材料的最低摩擦系数； 具有抗粘防污、耐老化等特性。 种类： 聚四氟乙烯（PTFE）

22、被称为塑料王，抗化学腐蚀性能此类种之最 四氟乙烯-六氟丙烯共聚物（FEP） 聚偏二氟乙烯（PVDF） 乙烯-四氟乙烯共聚物（ETPE） 聚氟乙烯（PVF） 聚三氟乙烯（PCTFE）等 6氟塑料 应用方面： 薄膜、管材、棒料、轴承、垫圈、阀门、各种型材及零件等，适用于高 温和环境恶劣条件下使用。 6氟塑料 7高分子复合材料 代表： 玻璃钢（玻璃纤维+热固性塑料） 碳纤维增强塑料 优于上。 产品设计时，应根据需求 综合比较各种塑料的具体性能指 标(查手册)，选用合适的塑料材 料。 小结 第一节 常用工程塑料及其性质 高分子材料 塑料 塑料的组成 塑料的一般特性 塑料的分类 热塑性塑料（五大品种：PE、PVC、PS、PP、ABS） 1 合成树脂（高聚物） 是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的高分子化合物,如酚醛树脂、 聚乙烯等,是塑料的主要组成,也起粘接剂作用。合成树脂在塑料中的含