注塑模课件第一章

1、LOGO第一章 塑料成型基础 本章基本内容本章基本内容l 塑料成型的理论基础知识塑料成型的理论基础知识l 聚合物结构特点与性能、塑料的组成和分类聚合物结构特点与性能、塑料的组成和分类l 塑料的工艺性能塑料的工艺性能l 塑料的热力学性能、流变学性质、塑料熔体在塑料的热力学性能、流变学性质、塑料熔体在成型过程中的流动状态及物理和化学变化成型过程中的流动状态及物理和化学变化l 常用塑料的结构、性能及用途常用塑料的结构、性能及用途l 常用的四种塑料成型工艺方法、成型工艺原理、常用的四种塑料成型工艺方法、成型工艺原理、成型工艺过程和工艺参数成型工艺过程和工艺参数l 塑件设计的原则塑件设计的原则l 塑件尺

2、寸精度及表面粗糙度的确定塑件尺寸精度及表面粗糙度的确定l 塑件成型时出现的表面缺陷及其产生原因塑件成型时出现的表面缺陷及其产生原因 本章重点、难点本章重点、难点v 塑料特征塑料特征v 成型工艺原理成型工艺原理v 注射成型工艺过程注射成型工艺过程v 成型工艺条件的选择和控制成型工艺条件的选择和控制v 塑件设计的原则塑件设计的原则v 塑件结构工艺性塑件结构工艺性v 塑件成型表面缺陷及其产生的原因。塑件成型表面缺陷及其产生的原因。1.1 1.1 塑料概论塑料概论一、塑料的概念一、塑料的概念 塑料中的必要和主要成分是树脂。树脂塑料中的必要和主要成分是树脂。树脂分为天然树脂和合成树脂。树脂是由高分子物分

3、为天然树脂和合成树脂。树脂是由高分子物质所组成，是由一种或几种简单化合物通过聚质所组成，是由一种或几种简单化合物通过聚合反应而生成的一种高分子化合物合反应而生成的一种高分子化合物 ，所以又，所以又叫聚合物或称高聚物。叫聚合物或称高聚物。 二、聚合物的特点：二、聚合物的特点：（1 1）含原子数量多含原子数量多，一个高分子中含有几千个、几万个、一个高分子中含有几千个、几万个、甚至几百万个原子。甚至几百万个原子。（2 2）分子量大，分子量大，高分子化合物的分子量一般可自几万至几高分子化合物的分子量一般可自几万至几十万、几百万甚至上千万。例如尼龙分子的分子量为二十万、几百万甚至上千万。例如尼龙分子的分

4、子量为二万三千左右，天然橡胶的为四十万。万三千左右，天然橡胶的为四十万。（3 3）分子长度相对于低分子长分子长度相对于低分子长，例如低分子乙烯的长度约，例如低分子乙烯的长度约为为0.0005m0.0005m，而高分子聚乙烯的长度则为，而高分子聚乙烯的长度则为6.8m6.8m，是，是前者的前者的1360013600倍。倍。1.1 1.1 塑料概论塑料概论三、三、 聚合物的分类：聚合物的分类： 1 1）聚合物大分子基本上都属于长链状结构，按结构不同可分为：）聚合物大分子基本上都属于长链状结构，按结构不同可分为：a) a) 线型聚合物线型聚合物 b)b)带有支链的线型聚合物带有支链的线型聚合物c)c

5、)体型聚合物体型聚合物1.1.3 1.1.3 聚合物的分类聚合物的分类 2 2）按分子结构及热性能不同分）按分子结构及热性能不同分 a)a)热塑性热塑性 由可以多次反复加热而仍具有可塑性的合成由可以多次反复加热而仍具有可塑性的合成树脂组成的塑料。（树脂组成的塑料。（PEPE、PPPP、PVCPVC、PSPS、ABSABS、PMMAPMMA、PAPA、 POMPOM、PCPC等）等） b)b)热固性热固性 加入热硬化的合成树脂制得的塑料，制成产加入热硬化的合成树脂制得的塑料，制成产品后，再加热，具有可塑性，一般有较高的耐热性和受压品后，再加热，具有可塑性，一般有较高的耐热性和受压不变形，如一旦毁

6、坏，便不能再回收利用。不变形，如一旦毁坏，便不能再回收利用。 （酚醛塑料、（酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、聚邻苯二甲酸、二烯丙酯、有机硅氨基塑料、环氧塑料、聚邻苯二甲酸、二烯丙酯、有机硅塑料、硅酮塑料）塑料、硅酮塑料）1.1.3 1.1.3 聚合物的分类聚合物的分类热塑性塑料与热固性塑料有关成型方面的区别热塑性塑料与热固性塑料有关成型方面的区别成型前，成型前，塑塑料中树脂料中树脂分分子结构子结构 使制品固使制品固化定型的化定型的模具温度模具温度条件条件 成型后，成型后，塑料中树塑料中树脂分子结脂分子结构构 成型过程成型过程中树脂所中树脂所发生的变发生的变化化 制品的熔制品的熔化，溶解化，溶解性

7、能性能 塑料的使塑料的使 用性用性 常采用的常采用的 成型方法成型方法 热热塑塑性性塑塑料料 线型或支线型或支链状线型链状线型聚合物分聚合物分子子 冷却冷却 基本与成基本与成型前的相型前的相同同 物理变化物理变化（可能有（可能有少少量分解或量分解或交链现象交链现象发生）发生） 可熔化可熔化 可溶解可溶解 反复多次反复多次使用（可使用（可回收废料）回收废料） 注射、挤注射、挤 出、吹塑出、吹塑等等 热热固固性性塑塑料料 线型聚合线型聚合物分子物分子 加热（提加热（提供交联反供交联反应温度应温度 转变为体转变为体型分子型分子 既有物理既有物理变化，又变化，又有有化学变化。化学变化。有低分子有低分子

8、析出析出 既不可熔既不可熔化，也不化，也不可溶解可溶解 一次性使一次性使用，因成用，因成型过程不型过程不可逆可逆 压缩或压压缩或压 注。有的注。有的品种可以品种可以采用注射采用注射 1.1.3 1.1.3 聚合物的分类聚合物的分类3 3）聚合物的结构按照分子排列的几何特征，可）聚合物的结构按照分子排列的几何特征，可分：分： a) a) 结晶型聚合物结晶型聚合物 b)b)无定形聚合物（远程无序，近程有序）无定形聚合物（远程无序，近程有序） 注：结晶只发生在线型聚合物和含交联注：结晶只发生在线型聚合物和含交联不多的体型聚合物中。不多的体型聚合物中。1.1.3 1.1.3 聚合物的分类聚合物的分类四

9、、聚合物的热力学性能四、聚合物的热力学性能1 1、聚合物的物理状态：、聚合物的物理状态：1 1）定义：聚合物在不同温度下所表现出来的分子）定义：聚合物在不同温度下所表现出来的分子热运动特征称为聚合物的物理状态。热运动特征称为聚合物的物理状态。2 2）分类：）分类： 玻璃态（结晶态）玻璃态（结晶态） 高弹态高弹态 粘流态粘流态1.1.4 1.1.4 聚合物的热力学性能聚合物的热力学性能1.1.4 1.1.4 聚合物的热力学性能聚合物的热力学性能 2 2、聚合物的热力学曲线：、聚合物的热力学曲线：1 1线型无定形聚合物；线型无定形聚合物；2 2线型结晶聚合物线型结晶聚合物玻璃态 高弹态粘流态12b

10、gfdm（脆化温度）（脆化温度） （玻璃化温度）（玻璃化温度） （粘流温度）（粘流温度） （热分解温度）（热分解温度）（熔点）（熔点）1.1.4 1.1.4 聚合物的热力学性能聚合物的热力学性能玻璃态：玻璃态： 塑料处于温度塑料处于温度 以下的状态，为坚硬的固体，以下的状态，为坚硬的固体，是大多数塑件的使用状态。是大多数塑件的使用状态。 称为玻璃化温度，是称为玻璃化温度，是多数塑料使用温度的上限。多数塑料使用温度的上限。高弹态：高弹态： 塑料处于温度塑料处于温度 和和 之间的状态，类似橡胶之间的状态，类似橡胶状态的弹性体，仍具有可逆的形变性质。状态的弹性体，仍具有可逆的形变性质。ggfg1.1

11、.4 1.1.4 聚合物的热力学性能聚合物的热力学性能粘流态：粘流态： 当塑料受热温度超过当塑料受热温度超过 时，由于分子链的整体运时，由于分子链的整体运动，塑料开始有明显的流动，塑料开始进入粘流态变成动，塑料开始有明显的流动，塑料开始进入粘流态变成粘流液体，通常我们也称之为粘流液体，通常我们也称之为熔体熔体。塑料在这种状态下。塑料在这种状态下的变形不具可逆性质，一经成型和冷却后，其形状永远的变形不具可逆性质，一经成型和冷却后，其形状永远保持下来。保持下来。 称为称为粘流化温度粘流化温度，是聚合物从高弹态转，是聚合物从高弹态转变为粘流态（或粘流态转变为高弹态）的临界温度。当变为粘流态（或粘流态

12、转变为高弹态）的临界温度。当塑料继续加热，温度至塑料继续加热，温度至 时，聚合物开始分解变色，时，聚合物开始分解变色， 称为称为热分解温度热分解温度，是聚合物在高温下开始分解的临界温，是聚合物在高温下开始分解的临界温度。度。ddff五、五、 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质 流变学流变学研究物质变形与流动的科学。研究物质变形与流动的科学。 粘流态的聚合物在外力作用下，相互交缠粘流态的聚合物在外力作用下，相互交缠卷曲的大分子链将会卷曲的大分子链将会沿受力沿受力方向发生解缠，方向发生解缠，伸直以及相对滑移，从而表现出一种变形量很伸直以及相对滑移，从而表现出一种变形量很大的宏观流动。大的宏观流动

13、。 聚合物的流变学主要研究聚合物在外力作聚合物的流变学主要研究聚合物在外力作用下产生的用下产生的应力、应变应力、应变和和应变应变速率等力学速率等力学现象与现象与自身粘度自身粘度之间的关系，以及影响这些之间的关系，以及影响这些关系的各种因素。关系的各种因素。1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质 1.1.牛顿流动规律：牛顿流动规律： 牛顿在研究牛顿在研究液体流动液体流动时发现，时发现，温度一定温度一定时，低分子液时，低分子液体在流动时的体在流动时的切应力切应力和和剪切速率剪切速率之间存在着如下关系：之间存在着如下关系： 式中式中 液层之间的单位距离内的速度差，称液层之间的单

14、位距离内的速度差，称 为速度梯度为速度梯度 单位时间内的切应变，称为剪切速率。单位时间内的切应变，称为剪切速率。 比例常数，称为剪切粘度或牛顿粘度。比例常数，称为剪切粘度或牛顿粘度。 dtddrddrddtd1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质 凡是液体层流时符合牛顿流动规凡是液体层流时符合牛顿流动规律的通称律的通称牛顿流体，牛顿流体，其特征为应变随其特征为应变随应力作用的时间线性地增加，且粘度应力作用的时间线性地增加，且粘度保持不变（定温情况下），应变具有保持不变（定温情况下），应变具有不可逆性质，应力解除后应变以永久不可逆性质，应力解除后应变以永久变形保持下来。变形

15、保持下来。1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质2. 2. 指数流动规律：指数流动规律： 式中式中 K K与聚合物和温度有关的常数，可反映聚合与聚合物和温度有关的常数，可反映聚合 物熔体的粘稠性，称为物熔体的粘稠性，称为粘度系数粘度系数； n n与聚合物和温度有关的常数，可反映聚合与聚合物和温度有关的常数，可反映聚合 物熔体偏离牛顿流体性质的程度，称物熔体偏离牛顿流体性质的程度，称为为非非 牛顿指数。牛顿指数。 nnnKdtdKdrdvK1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质注：注： 在注射成型中，只有少数聚合物熔体的在注射成型中，只有少数聚合物熔体

16、的粘度对剪切速率不敏感如粘度对剪切速率不敏感如PAPA、PCPC等，除常等，除常把它们近似视为牛顿流体外，其它绝大多数把它们近似视为牛顿流体外，其它绝大多数的聚合物熔体都表现为非牛顿流体。这些的聚合物熔体都表现为非牛顿流体。这些聚合物熔体都近似地服从指数流动规律。聚合物熔体都近似地服从指数流动规律。1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质 上式可改写为：上式可改写为： 设设 于是，式（于是，式（1.51.5）改写为）改写为 式中式中 1nK1naKa （1.51.5）（称为流变方程）（称为流变方程） （1.61.6） （称为流动方程）（称为流动方程） （1.71.7）a 非

17、牛顿液体的表观粘度。非牛顿液体的表观粘度。1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质 就表观粘度的力学性质而言，它与牛就表观粘度的力学性质而言，它与牛顿粘度相同。但是，顿粘度相同。但是，表观粘度表观粘度表征的是非表征的是非牛顿液体（服从指数流动规律）在外力的牛顿液体（服从指数流动规律）在外力的左右下抵抗剪切变形的能力。由于非牛顿左右下抵抗剪切变形的能力。由于非牛顿液体的流动规律比较复杂，表观粘度除与液体的流动规律比较复杂，表观粘度除与流体流体本身的性质本身的性质以及以及温度温度有关以外，还受有关以外，还受剪切速率剪切速率的影响，这就意味着外力的大小的影响，这就意味着外力的大小

18、及其作用及其作用时间时间也能改变流体的粘稠性。也能改变流体的粘稠性。1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质讨论：讨论： n n1 1时，时， 这意味着非牛顿流体变为牛顿流体，所以，这意味着非牛顿流体变为牛顿流体，所以，n n值可以用来反映非牛顿也体值可以用来反映非牛顿也体偏离偏离牛顿流体性质的程度。牛顿流体性质的程度。 n1n1时时 ，绝对值，绝对值 1 1n n 越大，流体的非牛顿性越越大，流体的非牛顿性越强，剪切速率对表观粘度的影响越强。强，剪切速率对表观粘度的影响越强。 其中其中n n1 1时，称为时，称为假塑性液体假塑性液体。（在注射成型中，除。（在注射成型中，除

19、了热固性聚合物和少数热塑性聚合物外，大多数聚合物熔体均有了热固性聚合物和少数热塑性聚合物外，大多数聚合物熔体均有近似假塑性液体流变学的性质）近似假塑性液体流变学的性质） N N1 1时，称为时，称为膨胀性液体膨胀性液体。（属于膨胀性液体的主要。（属于膨胀性液体的主要是一些固体含量较高的聚合物悬乳液）是一些固体含量较高的聚合物悬乳液） Ka1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质1 12 23 34 4图图1.5 1.5 不同类型流体的流动曲线不同类型流体的流动曲线 1 1膨胀性流体；膨胀性流体； 2 2牛顿流体；牛顿流体； 3 3假塑性流体；假塑性流体； 4 4复合型流体复

20、合型流体剪切速率剪切速率切应力切应力不同类型流体的流动曲线不同类型流体的流动曲线1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质不同类型流体的流变曲线不同类型流体的流变曲线1 12 23 3表观粘度表观粘度 图图1.6 1.6 不同类型流体的流变曲线不同类型流体的流变曲线1 1膨胀性流体；膨胀性流体； 2 2牛顿流体；牛顿流体；3 3假塑性流体假塑性流体剪切速率剪切速率1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质 3.3.假塑性液体的流变学性质假塑性液体的流变学性质 在中等剪切速率区域，假塑性液体的流变学在中等剪切速率区域，假塑性液体的流变学性质表现为：性质表现为：

21、 1 1）变形和流动所需要的）变形和流动所需要的切应力切应力随随剪切速率剪切速率变化，并呈指数规律增大；变化，并呈指数规律增大； 2 2）变形和流动所受到的粘滞阻力，即液体）变形和流动所受到的粘滞阻力，即液体的表观粘度随剪切速率变化，并呈指数规律减小。的表观粘度随剪切速率变化，并呈指数规律减小。 这种现象称为假塑性液体的这种现象称为假塑性液体的“剪切稀化剪切稀化” 1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质4.4.影响聚合物流变学性质的因素影响聚合物流变学性质的因素（1 1）聚合物结构对粘度的影响）聚合物结构对粘度的影响 vv 分子结构分子结构 vv 相对分子质量相对分子质量

22、 vv 相对分子质量分布（聚合物内大分子相对分子质量分布（聚合物内大分子之间相对分子质量的差异）之间相对分子质量的差异）1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质（2 2）温度对粘度的影响）温度对粘度的影响 注：注射成型生产中，依靠提高温度降低熔体粘度注：注射成型生产中，依靠提高温度降低熔体粘度以改善流动性的工艺控制方法，主要适用于粘度对剪切速以改善流动性的工艺控制方法，主要适用于粘度对剪切速率不太敏感或其熔体近似服从牛顿流动规律的聚合物，如率不太敏感或其熔体近似服从牛顿流动规律的聚合物，如PMMAPMMA、PCPC、PA-66PA-66等这些材料不需要增加很多温度而它们等这

23、些材料不需要增加很多温度而它们的粘度却下降不少。的粘度却下降不少。1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质（3 3）压力对粘度的影响）压力对粘度的影响 注：粘度对压力的敏感性会因聚合物不同而不同。注：粘度对压力的敏感性会因聚合物不同而不同。通常认为，聚合物熔体的压缩率越大，其粘度对压力通常认为，聚合物熔体的压缩率越大，其粘度对压力的敏感性越强的敏感性越强1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质5.5.热固性聚合物的流变学性质热固性聚合物的流变学性质 热固性聚合物和热塑性聚合物流变行为的不同可以用图热固性聚合物和热塑性聚合物流变行为的不同可以用图1.91.

24、9加以加以说明：说明：C CB BA Ajc温度温度流动性流动性图图1.9 1.9 温度对热固性聚合物流动性的影响温度对热固性聚合物流动性的影响 A A总的流动曲线；总的流动曲线； B B粘度对流动性的影响曲线；粘度对流动性的影响曲线； C C交联反应速度对流动性的影响曲线交联反应速度对流动性的影响曲线1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质1 1）熔体在圆形导管内的流动：）熔体在圆形导管内的流动：2 2）在扁形导槽内的流动：）在扁形导槽内的流动：48RLqpva312WhLqpva1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质 3 3）成型过程中的流动状态分

25、析）成型过程中的流动状态分析 塑料聚合物熔体在注射机内的旋转螺杆与料筒之间进行输送、压缩、塑料聚合物熔体在注射机内的旋转螺杆与料筒之间进行输送、压缩、熔融塑化，并将塑化好的熔体储存在料筒的端部。熔融塑化，并将塑化好的熔体储存在料筒的端部。 储存在料筒端部的熔体受螺杆的向前推压力并通过喷嘴、模具的主储存在料筒端部的熔体受螺杆的向前推压力并通过喷嘴、模具的主流道、分流道和浇口，开始射入模腔内。流道、分流道和浇口，开始射入模腔内。 塑料熔体经浇口射入模具型腔过程中的流动、相变与固化。塑料熔体经浇口射入模具型腔过程中的流动、相变与固化。影响压力损失影响压力损失 的因素：的因素：v 压力损失压力损失 和

26、流程距离成正比；和流程距离成正比；v 压力损失压力损失 和流道（包括型腔）的截面尺寸有关和流道（包括型腔）的截面尺寸有关流道截面尺寸愈小，压力损失愈大；流道截面尺寸愈小，压力损失愈大； 对圆形流动通道，压力损失与流道半径的对圆形流动通道，压力损失与流道半径的4 4次方成正比；次方成正比； 对矩形流动通道，压力损失与流道深度的对矩形流动通道，压力损失与流道深度的3 3次方和宽度的次方和宽度的1 1次方次方成反比。成反比。v 压力损失压力损失 和熔体的表观粘度成正比。和熔体的表观粘度成正比。48RLqpva312WhLqpvapppp1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质4

27、4）速度分布与末端效应）速度分布与末端效应（1 1）速度分布：）速度分布：n=n=n=3n=3n=1n=1n=1/3n=1/3r rR Rv vv vm m 对牛顿型流体来说，这种对牛顿型流体来说，这种分布呈抛物线型；对非牛顿型分布呈抛物线型；对非牛顿型流体来说，这种抛物线型稍尖流体来说，这种抛物线型稍尖（n1n1）或稍平（）或稍平（n1n1）。）。1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质（2 2）端末效应（与聚合物的弹性有关）端末效应（与聚合物的弹性有关）简单地说：熔体在入口端出现压力降，在出口端出现膨胀简单地说：熔体在入口端出现压力降，在出口端出现膨胀的现象称为的现象称

28、为端末效应端末效应，亦分别称为，亦分别称为入口效应和离模膨胀效入口效应和离模膨胀效应应。1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质产生入口效应的原因：产生入口效应的原因： 聚合物液体以聚合物液体以收敛流动收敛流动方式进入导管入方式进入导管入口时，它必须变形以适应它在新的且有适当口时，它必须变形以适应它在新的且有适当压缩性的流道内流动，但聚合物熔体具有压缩性的流道内流动，但聚合物熔体具有弹弹性性，也就是对变形具有抵抗力，因此，就必，也就是对变形具有抵抗力，因此，就必须消耗适当的能量，即消耗相当的压力降，须消耗适当的能量，即消耗相当的压力降，来完成在这段管内的变形。来完成在这段管

29、内的变形。 熔体各点的速度在进入导管前后是不同熔体各点的速度在进入导管前后是不同的，为调整速度，也要消耗一定的压力降。的，为调整速度，也要消耗一定的压力降。1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质 产生离模膨胀的原因产生离模膨胀的原因（解释之一）解释之一） 聚合物熔体从导管中流出后，周围压力大大聚合物熔体从导管中流出后，周围压力大大减小减小，甚至完全消失，这意味着聚合物内的大分，甚至完全消失，这意味着聚合物内的大分子突然变得自由了，因此，前段流动中储存于大子突然变得自由了，因此，前段流动中储存于大分子中的弹性变形能量被释放出来，致使在流动分子中的弹性变形能量被释放出来，致使

30、在流动变形中已经伸展开的大分子链重新恢复卷曲，各变形中已经伸展开的大分子链重新恢复卷曲，各分子链的间距随着增大，从而导致聚合物内自由分子链的间距随着增大，从而导致聚合物内自由空间增大，于是体积相应发生膨胀。空间增大，于是体积相应发生膨胀。1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质 入口效应入口效应和和出模膨胀效应出模膨胀效应通常对塑料的成型都通常对塑料的成型都是不利的，特别是在注射成型、挤出成型和拉丝过是不利的，特别是在注射成型、挤出成型和拉丝过程中，可能导致产品变形和扭曲，降低塑件的尺寸程中，可能导致产品变形和扭曲，降低塑件的尺寸稳定性，并可能在塑件内产生内应力，降低塑件物

31、稳定性，并可能在塑件内产生内应力，降低塑件物理和力学性能。增加管子或口模的平直部分长度，理和力学性能。增加管子或口模的平直部分长度，适当降低成型时的压力和提高成型温度，并对挤出适当降低成型时的压力和提高成型温度，并对挤出物加以适当速度的牵引或拉伸等，均有利于减小或物加以适当速度的牵引或拉伸等，均有利于减小或消除端末效应带来的不利影响。消除端末效应带来的不利影响。1.1.5 1.1.5 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质1.1.6 1.1.6 聚合物在成型过程中的物理和化学变化聚合物在成型过程中的物理和化学变化六、聚合物在成型过程中的物理和化学变化六、聚合物在成型过程中的物理和化学变化1.1.

32、成型过程中聚合物的结晶成型过程中聚合物的结晶1 1）结晶聚合物：）结晶聚合物： 聚合物在从高温熔体向低温固态转变的过程中，若其分子链构型聚合物在从高温熔体向低温固态转变的过程中，若其分子链构型（结构形态）能够得到规整排列，则该聚合物为结晶聚合物。（如：（结构形态）能够得到规整排列，则该聚合物为结晶聚合物。（如：PEPE、PTFEPTFE、POMPOM等）等）2 2）结晶度：）结晶度： 结晶型聚合物的结晶区在聚合物中所占的重量百分数。（大多数结晶型聚合物的结晶区在聚合物中所占的重量百分数。（大多数聚合物的结晶度约为聚合物的结晶度约为10%10%60%60%，但有些也可能达到很高的数值，如，但有些

33、也可能达到很高的数值，如PPPP的结晶度达到的结晶度达到70%70%95%95%，HDPEHDPE和和PTFEPTFE的也能超过的也能超过90%90%）3 3）结晶过程：）结晶过程：1. 1.61.6 聚合物在成型过程中的物理和化学变化4 4）影响结晶的因素）影响结晶的因素vv 温度温度vv 压力和切应力压力和切应力 增大压力可使聚合物在高于正常情况下的熔化温度发生结晶；切增大压力可使聚合物在高于正常情况下的熔化温度发生结晶；切应力可导致微晶生成，产生均匀的微晶结构。应力可导致微晶生成，产生均匀的微晶结构。vv 分子结构分子结构 聚合物分子结构越简单、越规整，结晶越快，结晶度越高，聚合物分子结

34、构越简单、越规整，结晶越快，结晶度越高，同一种聚合物的最大结晶速率随相对分子质量的增大而减小。同一种聚合物的最大结晶速率随相对分子质量的增大而减小。 vv 添加剂添加剂1. 1.61.6 聚合物在成型过程中的物理和化学变化5）结晶对塑件性能的影响结晶对塑件性能的影响vv 密度密度 密度随结晶度的增大而提高。密度随结晶度的增大而提高。vv 力学性能力学性能 抗拉强度随结晶度的增大而提高；冲击韧性将下降；弹性模量将减小。抗拉强度随结晶度的增大而提高；冲击韧性将下降；弹性模量将减小。 vv 热性能热性能 结晶有助于提高聚合物的软化温度和热变形温度。结晶有助于提高聚合物的软化温度和热变形温度。vv 翘

35、曲翘曲 结晶程度越高，体积收缩越大，因此结晶态塑件比非结晶态塑件更容易因结晶程度越高，体积收缩越大，因此结晶态塑件比非结晶态塑件更容易因收缩不均而发生翘曲。收缩不均而发生翘曲。 vv 表面粗糙度和透明度表面粗糙度和透明度 结晶后，塑件表面粗糙度将降低，而透明度会减小或丧失。结晶后，塑件表面粗糙度将降低，而透明度会减小或丧失。1.1.6 1.1.6 聚合物在成型过程中的物理和化学变化聚合物在成型过程中的物理和化学变化v 结晶型结晶型塑料塑料有有PEPE、PPPP、PTFEPTFE、POMPOM、PAPA、CPTCPT等等 vv 非结晶型非结晶型塑料有塑料有PSPS、PMMAPMMA、PCPC、A

36、BSABS、PSUPSU等等 一般来说，结晶型塑料是不透明的或半一般来说，结晶型塑料是不透明的或半透明的，非结晶型塑料是透明的。透明的，非结晶型塑料是透明的。 特例：聚特例：聚4-4-甲基戊烯甲基戊烯-1-1为结晶型塑料却高度透为结晶型塑料却高度透明性；明性；ABSABS为非结晶型塑料却不透明。为非结晶型塑料却不透明。6 6）成型结晶塑料时应注意下列问题）成型结晶塑料时应注意下列问题vv 料温上升到成型温度所需的热量多，要用塑化能力大的设料温上升到成型温度所需的热量多，要用塑化能力大的设备备vv 冷凝时放出热量大，要充分冷却冷凝时放出热量大，要充分冷却vv 熔态与固态的比重差大，成型收缩大，易

37、发生缩孔、气孔熔态与固态的比重差大，成型收缩大，易发生缩孔、气孔vv 各向异性显著，内应力大各向异性显著，内应力大vv 结晶熔点范围窄，易发生未熔粉末注入模具或堵塞浇口结晶熔点范围窄，易发生未熔粉末注入模具或堵塞浇口1.1.6 1.1.6 聚合物在成型过程中的物理和化学变化聚合物在成型过程中的物理和化学变化2.2.成型过程中的取向作用成型过程中的取向作用1 1）取向的概念）取向的概念 聚合物大多分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒子在应力作聚合物大多分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒子在应力作用下形成的有序排列叫做取向结构。用下形成的有序排列叫做取向结构。2 2）分类）分类 vv 按应力性质不同分按

38、应力性质不同分 拉伸取向拉伸取向由拉应力引起，取向方向与拉伸方向一致由拉应力引起，取向方向与拉伸方向一致 流动取向流动取向在切应力作用下沿着熔体流动方向形成的在切应力作用下沿着熔体流动方向形成的 vv 按流动性质不同，取向结构可分为按流动性质不同，取向结构可分为 单轴取向单轴取向取向结构单元均沿着一个流动方向有序排列取向结构单元均沿着一个流动方向有序排列 多轴取向多轴取向结构单元可沿两个或两个以上流动方向有序排列结构单元可沿两个或两个以上流动方向有序排列 vv 按结晶与非结晶聚合物分按结晶与非结晶聚合物分 结晶取向结晶取向 非结晶取向非结晶取向1.1.6 1.1.6 聚合物在成型过程中的物理和

39、化学变化聚合物在成型过程中的物理和化学变化2 2）取向对塑件性能的影响）取向对塑件性能的影响vv 取向对塑件力学性能的影响取向对塑件力学性能的影响 对对单轴取向单轴取向而言，取向后在取向平行方向的抗拉而言，取向后在取向平行方向的抗拉强度大为增强，而与取向轴垂直方向的抗拉强度则有强度大为增强，而与取向轴垂直方向的抗拉强度则有所减弱；而所减弱；而双轴取向双轴取向的薄片或薄膜在平面的任何方向的薄片或薄膜在平面的任何方向上均有较高的抗拉强度、断裂伸长率和冲击韧度，抗上均有较高的抗拉强度、断裂伸长率和冲击韧度，抗撕裂能力也有所提高。撕裂能力也有所提高。vv 取向使塑件具有各向异性（在光、热、电等方面）取

40、向使塑件具有各向异性（在光、热、电等方面） 1.1.6 1.1.6 聚合物在成型过程中的物理和化学变化聚合物在成型过程中的物理和化学变化v 取向对其它性能的影响取向对其它性能的影响 聚合物的玻璃化温度随取向程度的提高而上升；聚合物的玻璃化温度随取向程度的提高而上升；取向程度越大，回缩或热收缩越大。取向程度越大，回缩或热收缩越大。 综上所述，聚合物的取向对塑件的性能影响综上所述，聚合物的取向对塑件的性能影响很大。在塑料成型生产中，可以利用聚合物的取向很大。在塑料成型生产中，可以利用聚合物的取向来提高塑件的性能，例如吹塑薄膜就是利用聚合物来提高塑件的性能，例如吹塑薄膜就是利用聚合物双轴取向原理来提

41、高其性能的，但并不是说聚合物双轴取向原理来提高其性能的，但并不是说聚合物取向对塑件性能均有益处，在生产厚度较大的塑件取向对塑件性能均有益处，在生产厚度较大的塑件时，就应力图消除取向现象，使塑件不致发生翘曲时，就应力图消除取向现象，使塑件不致发生翘曲变形或裂纹，从而保证塑件质量。变形或裂纹，从而保证塑件质量。1.1.6 1.1.6 聚合物在成型过程中的物理和化学变化聚合物在成型过程中的物理和化学变化1 1未取向区未取向区 2 2高度取向区高度取向区3 3中等取向区中等取向区4 4轻度取向区轻度取向区 聚合物熔体从浇口流入模腔时，熔体处于充模的初期阶段，聚合物熔体从浇口流入模腔时，熔体处于充模的初

42、期阶段，料流呈辐射状，所以形成料流呈辐射状，所以形成平面取向平面取向结构。熔体与型腔表壁接触后，结构。熔体与型腔表壁接触后，开始实现充模过程，在这个过程中，先与型腔表壁接触熔体迅速开始实现充模过程，在这个过程中，先与型腔表壁接触熔体迅速冷却，形成一个冷却，形成一个来不及取向来不及取向的薄壳，以后的熔体将在薄壳内流动。的薄壳，以后的熔体将在薄壳内流动。由于薄壳对熔体的摩擦作用，其附近的熔体流动阻力很大，熔体由于薄壳对熔体的摩擦作用，其附近的熔体流动阻力很大，熔体内会产生很大的切应力，所以大分子能在此处内会产生很大的切应力，所以大分子能在此处高度取向高度取向。与此同。与此同时，熔体中部所受摩擦最小

43、，切应力也不太大，所以大分子一般时，熔体中部所受摩擦最小，切应力也不太大，所以大分子一般只能只能轻度取向轻度取向。而在中部熔体与薄壳附近熔体之间的过渡区中，。而在中部熔体与薄壳附近熔体之间的过渡区中，大分子大分子取向程度中等取向程度中等。1.1.6 聚合物在成型过程中的物理和化学变化3.3.成型过程中聚合物的降解成型过程中聚合物的降解1 1）概念）概念 由于聚合物大分子受热和应力的作用，或由于在高温下受微量由于聚合物大分子受热和应力的作用，或由于在高温下受微量水分、酸、碱等杂质及空气中氧的作用，聚合物会发生相对分子量降水分、酸、碱等杂质及空气中氧的作用，聚合物会发生相对分子量降低或大分子结构改

44、变等化学变化，这种现象叫降解或裂解。低或大分子结构改变等化学变化，这种现象叫降解或裂解。2 2）防治）防治vv 严格控制原材料的技术指标和使用合格的原材料严格控制原材料的技术指标和使用合格的原材料vv 使用前对聚合物进行严格的干燥使用前对聚合物进行严格的干燥vv 确定合理的加工工艺和加工条件确定合理的加工工艺和加工条件vv 使用添加剂使用添加剂注：聚合物降解通常是有害的，但也有例外，如通过机械降解（辊压货注：聚合物降解通常是有害的，但也有例外，如通过机械降解（辊压货共挤）作用使聚合物之间或两种聚合物的弹体之间进行接枝或嵌段聚共挤）作用使聚合物之间或两种聚合物的弹体之间进行接枝或嵌段聚合物配置共

45、聚物，以改良聚合物性能并扩大其应用范围就是一例。合物配置共聚物，以改良聚合物性能并扩大其应用范围就是一例。1.1.6 1.1.6 聚合物在成型过程中的物理和化学变化聚合物在成型过程中的物理和化学变化4.4.成型过程中聚合物的交联成型过程中聚合物的交联1 1）硬化不足）硬化不足 塑件的机械强度、耐热、耐化学腐蚀性、电绝缘性塑件的机械强度、耐热、耐化学腐蚀性、电绝缘性等会下降；热膨胀、内应力、受力时的蠕变量等会增等会下降；热膨胀、内应力、受力时的蠕变量等会增加；塑件缺少光泽，容易发生翘曲变形；有时甚至会加；塑件缺少光泽，容易发生翘曲变形；有时甚至会产生裂纹。产生裂纹。2 2）过度硬化）过度硬化 塑

46、件机械强度不高、变色、发脆，表面有时会出现塑件机械强度不高、变色、发脆，表面有时会出现密集的小泡；可使塑件产生焦化和裂解现象。密集的小泡；可使塑件产生焦化和裂解现象。1.1.6 1.1.6 聚合物在成型过程中的物理和化学变化聚合物在成型过程中的物理和化学变化1.1.塑料的组成塑料的组成 合成树脂添加剂合成树脂添加剂1 1）合成树脂）合成树脂 （40%40%100%100%） 受热软化后可将塑料的其它组分加以粘合，并受热软化后可将塑料的其它组分加以粘合，并决定塑料的主要性能决定塑料的主要性能2 2）添加剂）添加剂 包括填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色包括填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂

47、和固化剂等剂和固化剂等1.2 1.2 塑料的工艺性能塑料的工艺性能添加剂添加剂 作作 用用常用的各种添加剂常用的各种添加剂含量含量填充剂（填填充剂（填料）料） 调整塑料的物理化学性能调整塑料的物理化学性能提高材料强度提高材料强度减少合成树脂的用量降低塑料成本减少合成树脂的用量降低塑料成本木粉、纸、棉屑、硅石、硅藻土、木粉、纸、棉屑、硅石、硅藻土、云母、石棉、石金属粉、玻璃纤维、云母、石棉、石金属粉、玻璃纤维、和碳纤维等和碳纤维等20%20%50%50%增塑剂增塑剂提高塑件的可塑性和柔软性但会降低提高塑件的可塑性和柔软性但会降低塑件的稳定性、介电性和机械强度塑件的稳定性、介电性和机械强度不易挥发

48、的高沸点的液体有机化合不易挥发的高沸点的液体有机化合物或低熔点的固体有机化合物物或低熔点的固体有机化合物稳定剂稳定剂抑制和防止塑料在加工和使用过程中抑制和防止塑料在加工和使用过程中因受热、光及氧等作用而分解变质因受热、光及氧等作用而分解变质硬脂酸盐、铅的化合物及环氧化合硬脂酸盐、铅的化合物及环氧化合物物0.3%0.3%0.5%0.5%润滑剂润滑剂防止塑料在成型加工过程中粘附在模防止塑料在成型加工过程中粘附在模具上具上提高塑件的流动性提高塑件的流动性硬脂酸及其盐类硬脂酸及其盐类1%1%着色剂着色剂有机颜料、无机盐料、染料有机颜料、无机盐料、染料 0.01%0.01%0.02%0.02%固化剂固化

49、剂促使合成树脂进行交联反应或加快交促使合成树脂进行交联反应或加快交联反应速度联反应速度1.2 1.2 塑料的工艺性能塑料的工艺性能添加剂的性能添加剂的性能2 2、塑料的特性、塑料的特性: : 1. 1. 质量轻质量轻 2. 2. 化学稳定优越化学稳定优越 3. 3. 电绝缘性能好电绝缘性能好 4. 4. 比强度高比强度高 5. 5. 减摩，耐磨性能优良，自润滑性好减摩，耐磨性能优良，自润滑性好 6. 6. 成型加工方便成型加工方便 7. 7. 粘结性能好粘结性能好 8. 8. 光学性能好光学性能好 9. 9. 着色性能较强着色性能较强 10. 10. 导热率低导热率低1.2 1.2 塑料的工艺

50、性能塑料的工艺性能 目前，塑料也存在着一些缺点，使其应用目前，塑料也存在着一些缺点，使其应用受到一定限制。一般塑料的机械强度均不如金受到一定限制。一般塑料的机械强度均不如金属。塑料成型时收缩率较高。塑料对温度的敏属。塑料成型时收缩率较高。塑料对温度的敏感性远比金属或其它非金属材料的大，塑料的感性远比金属或其它非金属材料的大，塑料的使用温度范围远较其它材料的窄。塑料若长期使用温度范围远较其它材料的窄。塑料若长期受载荷作用，即使温度不高，其形状会产生受载荷作用，即使温度不高，其形状会产生“蠕变蠕变”，塑料这种渐渐产生的塑件流动是不，塑料这种渐渐产生的塑件流动是不可塑的，导致塑件尺寸精度丧失。所以，

51、在选可塑的，导致塑件尺寸精度丧失。所以，在选择塑料时要注意扬长避短。择塑料时要注意扬长避短。1.2 1.2 塑料的工艺性能塑料的工艺性能3.3.塑料的分类塑料的分类1 1）按合成树脂的分子结构及特性分）按合成树脂的分子结构及特性分 vv 热塑性塑料热塑性塑料 如：如：PEPE、PPPP、PSPS、PVCPVC、PMMAPMMA、PAPA、POMPOM、ABSABS、PCPC、PPOPPO、PSUPSU、PTFEPTFE等等 vv 热固性塑料热固性塑料 如：酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、脲醛塑料、三聚氰如：酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、脲醛塑料、三聚氰胺甲醛和不饱和聚酯等胺甲醛和不饱和聚酯等1.

52、2 1.2 塑料的工艺性能塑料的工艺性能2 2）按塑料的用途分类）按塑料的用途分类 vv 通用塑料通用塑料 如：如：PEPE、PPPP、PSPS、PVCPVC、酚醛塑料和氨基塑料、酚醛塑料和氨基塑料 vv 工程塑料工程塑料 如：如：POMPOM、PAPA、PCPC、PPOPPO、ABSABS、PSUPSU、PTFEPTFE、PMMAPMMA和和环氧树脂等环氧树脂等 vv 特殊塑料特殊塑料 如：氟塑料、聚酰亚胺塑料、有机硅树脂和环氧如：氟塑料、聚酰亚胺塑料、有机硅树脂和环氧树脂等树脂等1.2 1.2 塑料的工艺性能塑料的工艺性能1.2 1.2 塑料的工艺性能塑料的工艺性能 二、塑料的工艺性能二、

53、塑料的工艺性能 塑料在成形过程中表现出来的特有性质。塑料在成形过程中表现出来的特有性质。热塑性塑料热塑性塑料收缩性收缩性流动性流动性相容性相容性吸湿性吸湿性热敏性热敏性热固性塑料热固性塑料收缩性收缩性流动性流动性比容和压缩比比容和压缩比硬化速度硬化速度水分及挥发物含量水分及挥发物含量 1 1、热塑性塑料的工艺性能、热塑性塑料的工艺性能1 1）收缩性）收缩性塑件从模具中取出冷却到室温后，尺寸或体积收缩的特性塑件从模具中取出冷却到室温后，尺寸或体积收缩的特性称为收缩性称为收缩性 成型收缩的大小可用收缩率来表示：成型收缩的大小可用收缩率来表示： %100%100bbcSbbaSjs（2.12.1）（

54、2.22.2）式中式中 S Ss s实际收缩率实际收缩率 S Sj j 计算收缩率计算收缩率 a a 模具或塑件在成型温度时的尺寸模具或塑件在成型温度时的尺寸 b b 塑件在室温时的尺寸塑件在室温时的尺寸 c c 模具在室温时的尺寸模具在室温时的尺寸1.2 1.2 塑料的工艺性能塑料的工艺性能 vv 成型收缩的形式成型收缩的形式 塑件的尺寸收缩：塑件的尺寸收缩： 由于由于热胀冷缩热胀冷缩和塑件脱模时和塑件脱模时弹性恢复弹性恢复、塑性变形等、塑性变形等 原因，导致塑件脱模冷却到室温后其尺寸缩小。原因，导致塑件脱模冷却到室温后其尺寸缩小。 收缩的方向性：收缩的方向性： 塑料在成型时由于分子的取向作

55、用使塑件呈现塑料在成型时由于分子的取向作用使塑件呈现各向各向 异性，异性，沿料流方向（即平行方向）收缩大，强度高，沿料流方向（即平行方向）收缩大，强度高， 与料流垂直方向则收缩小，强度低。与料流垂直方向则收缩小，强度低。1.2 1.2 塑料的工艺性能塑料的工艺性能后收缩：后收缩： 塑件成型时，由于受成型压力、切应力、各向异性、塑件成型时，由于受成型压力、切应力、各向异性、密度不均、填料分布不均、模温不一致、硬化不均和塑性密度不均、填料分布不均、模温不一致、硬化不均和塑性变形等因素的影响，塑件内存在残余应力。当脱模后，由变形等因素的影响，塑件内存在残余应力。当脱模后，由于应力趋向平衡及储存条件的

56、影响，使塑件再次收缩，这于应力趋向平衡及储存条件的影响，使塑件再次收缩，这种收缩称为种收缩称为后收缩后收缩。一般塑件在脱模后。一般塑件在脱模后10h10h内变化最大，内变化最大，24h24h后基本定型，但最后稳定要经过后基本定型，但最后稳定要经过30306060天。天。通常热塑通常热塑性塑料的后收缩比热固性塑料大，挤塑和注射的后收缩比性塑料的后收缩比热固性塑料大，挤塑和注射的后收缩比压缩成型大。压缩成型大。1.2 1.2 塑料的工艺性能塑料的工艺性能后处理收缩：后处理收缩： 在某些情况下，塑件按其性能和工艺要求，在某些情况下，塑件按其性能和工艺要求，成型后要进行热处理，处理后也会导致塑件尺成型

57、后要进行热处理，处理后也会导致塑件尺寸收缩，这种收缩叫寸收缩，这种收缩叫后处理收缩后处理收缩。在模具设计。在模具设计时，对高精度塑件则应考虑后收缩及后处理收时，对高精度塑件则应考虑后收缩及后处理收缩的偏差并予以补偿。缩的偏差并予以补偿。1.2 1.2 塑料的工艺性能塑料的工艺性能vv影响塑件收缩的因素：影响塑件收缩的因素：塑料的品种塑料的品种 各种塑料都有其各自的收缩率范围，同一种塑料由于相对分子质各种塑料都有其各自的收缩率范围，同一种塑料由于相对分子质量、填料及配比等不同，则其收缩率及各向异性也不同。量、填料及配比等不同，则其收缩率及各向异性也不同。塑件的结构塑件的结构 塑件的形状、尺寸、壁

58、厚、有无嵌件、嵌件数量及布局等，对收塑件的形状、尺寸、壁厚、有无嵌件、嵌件数量及布局等，对收缩率值有很大影响。塑件的形状复杂、尺寸小、壁薄、带嵌件，收缩缩率值有很大影响。塑件的形状复杂、尺寸小、壁薄、带嵌件，收缩率就小。率就小。模具结构模具结构 模具的分型面、加压方向、浇口形式、尺寸及分布等对收缩率及模具的分型面、加压方向、浇口形式、尺寸及分布等对收缩率及方向性影响也很大，如采用直接浇口，浇口截面大，收缩小，但方向方向性影响也很大，如采用直接浇口，浇口截面大，收缩小，但方向性明显。性明显。成型工艺条件成型工艺条件 模具温度高、塑件冷却慢，则密度高、收缩大；注射压力高、脱模具温度高、塑件冷却慢，

59、则密度高、收缩大；注射压力高、脱模后弹性恢复大收缩小；保压时间模后弹性恢复大收缩小；保压时间长收缩小。长收缩小。1.2 1.2 塑料的工艺性能塑料的工艺性能2 2） 流动性：流动性：塑料在一定温度、压力作用下，填充模具型塑料在一定温度、压力作用下，填充模具型腔的性能，称为塑料的流动性。腔的性能，称为塑料的流动性。vv塑料的塑料的流动性差流动性差，就不易充满型腔，因此需要较大的成形，就不易充满型腔，因此需要较大的成形压力才能成形。压力才能成形。vv塑料的塑料的流动性好流动性好，可以用较小的成形压力充满型腔。但流，可以用较小的成形压力充满型腔。但流动性太好，会使塑料在成形时产生严重的溢边，填充不密

60、动性太好，会使塑料在成形时产生严重的溢边，填充不密实，塑件组织疏松，易粘模。实，塑件组织疏松，易粘模。vv热塑性塑料的流动性常用热塑性塑料的流动性常用熔融指数熔融指数（单位（单位g g）、）、螺旋线长度螺旋线长度（单位（单位cmcm）来表示。）来表示。 1.2 1.2 塑料的工艺性能塑料的工艺性能 熔融指数用如图熔融指数用如图2.12.1所示的标准装置所示的标准装置（熔融指数测定仪）（熔融指数测定仪）来测定来测定。 将被测塑料装入加热将被测塑料装入加热料筒中并进行加热，在一料筒中并进行加热，在一定的温度和压力下，测定定的温度和压力下，测定塑料熔体在塑料熔体在10min10min内从出内从出料孔