塑料成型基础

第1章塑料成型基础§1.1聚合物分子的结构特点1、基本概念1）塑料的主要成分是树脂→树脂分为天然树脂和合成树脂2）聚合物：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。合成树脂就是一种聚合物，简称高聚物或聚合物

§1.1聚合物分子的结构特点2．聚合物的特点：（1）含原子数量多，一个高分子中含有几千个、几万个、甚至几百万个原子。（2）分子量大，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二万三千左右，天然橡胶的为四十万。（3）分子长度相对于低分子长，例如低分子乙烯的长度约为0.0005μm，而高分子聚乙烯的长度则为6.8μm，是前者的13600倍。§1.1聚合物分子的结构特点3.聚合物的分类：

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：a)线型聚合物b)带有支链的线型聚合物c)体型聚合物§1.1聚合物分子的结构特点2）按分子结构及热性能不同分a)热塑性（PE、PP、PVC、PS、ABS、PMMA、PA、POM、PC等）b)热固性（酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、聚邻苯二甲酸、二烯丙酯、有机硅塑料、硅酮塑料）§1.1聚合物分子的结构特点3）聚合物的结构按照分子排列的几何特征，可分：a)结晶型聚合物b)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不多的体型聚合物中。§1.2聚合物的热力学性能1、聚合物的物理状态：1）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。2）分类：玻璃态（结晶态）高弹态粘流态§1.2聚合物的热力学性能2.聚合物的热力学曲线：1—线型无定形聚合物；2—线型结晶聚合物（脆化温度）（玻璃化温度）（粘流温度）（热分解温度）（熔点）§1.2聚合物的热力学性能玻璃态：塑料处于温度以下的状态，为坚硬的固体，是大多数塑件的使用状态。称为玻璃化温度，是多数塑料使用温度的上限。高弹态：塑料处于温度和之间的状态，类似橡胶状态的弹性体，仍具有可逆的形变性质。§1.2聚合物的热力学性能粘流态：当塑料受热温度超过时，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粘流液体，通常我们也称之为熔体。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，其形状永远保持下来。称为粘流化温度，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。当塑料继续加热，温度至时，聚合物开始分解变色，称为热分解温度，是聚合物在高温下开始分解的临界温度。§1.3聚聚合物的流流变学性质流变学—研究物质变形形与流动的科科学。粘流态的聚合合物在外力作作用下，相互互交缠卷曲的的大分子链将将会沿受力方向发生解缠缠，伸直以及及相对滑移，，从而表现出出一种变形量量很大的宏观观流动。聚合物的流变变学主要研究究聚合物在外外力作用下产产生的应力、应变和应变速率等力学现现象与自身粘度之间的关系，，以及影响这这些关系的各各种因素。1.牛牛顿顿流流动动规规律律：：牛顿顿在在研研究究液体体流流动动时发发现现，，温度度一一定定时，，低低分分子子液液体在在流流动动时时的的切应应力力和剪切切速速率率之间间存存在在着着如如下下关关系系：：式中中——液液层层之之间间的的单单位位距距离离内内的的速速度度差差，，称称为速速度度梯梯度度—单单位位时时间间内内的的切切应应变变，，称称为为剪剪切切速速率率。。—比比例例常常数数，，称称为为剪剪切切粘粘度度或或牛牛顿顿粘粘度度。。§1.3聚聚合合物物的的流流变变学学性性质质§1.3聚聚合合物物的的流流变变学学性性质质凡是是液液体体层层流流时时符符合合牛牛顿顿流流动动规规律律的的通通称称牛顿顿流流体体，，其特特征征为为应应变变随随应应力力作作用用的的时时间间线线性性地地增增加加，，且且粘粘度度保保持持不不变变（（定定温温情情况况下下）），，应应变变具具有有不不可可逆逆性性质质，，应应力力解解除除后后应应变变以以永永久久变变形形保保持持下下来来。。§1.3聚聚合合物物的的流流变变学学性性质质2.指指数数流流动动规规律律：：式中中K——与与聚聚合合物物和和温温度度有有关关的的常常数数，，可可反反映映聚聚合合物熔熔体体的的粘粘稠稠性性，，称称为为粘度度系系数数；n——与与聚聚合合物物和和温温度度有有关关的的常常数数，，可可反反映映聚聚合合物熔熔体体偏偏离离牛牛顿顿流流体体性性质质的的程程度度，，称称为为非牛顿顿指指数数。。§1.3聚聚合合物物的的流流变变学学性性质质注：：在注注射射成成型型中中，，只只有有少少数数聚聚合合物物熔熔体体的的粘度度对对剪剪切切速速率率不不敏敏感感如如PA、、PC等等，，除除常常把它它们们近近似似视视为为牛牛顿顿流流体体外外，，其其它它绝绝大大多多数数的聚聚合合物物熔熔体体都都表表现现为为非非牛牛顿顿流流体体。。这这些些聚合合物物熔熔体体都都近近似似地地服服从从指指数数流流动动规规律律。。§1.3聚聚合合物物的的流流变变学学性性质质上式式可可改改写写为为：：设于是是，，式式（（1.5））改改写写为为式中中（1.5））（称称为为流流变变方方程程））（（1.6））（称称为为流流动动方方程程））（（1.7））—非牛牛顿顿液液体体的的表表观观粘粘度度。。§1.3聚聚合合物物的的流流变变学学性性质质就表表观观粘粘度度的的力力学学性性质质而而言言，，它它与与牛牛顿顿粘粘度度相相同同。。但但是是，，表观观粘粘度度表征征的的是是非非牛牛顿顿液液体体（（服服从从指指数数流流动动规规律律））在在外外力力的的左左右右下下抵抵抗抗剪剪切切变变形形的的能能力力。。由由于于非非牛牛顿顿液液体体的的流流动动规规律律比比较较复复杂杂，，表表观观粘粘度度除除与与流流体体本身身的的性性质质以及及温度度有关关以以外外，，还还受受剪切切速速率率的影影响响，，这这就就意意味味着着外外力力的的大大小小及及其其作作用用时间间也能能改改变变流流体体的的粘粘稠稠性性。。§1.3聚聚合合物物的的流流变变学学性性质质讨论论：：n＝1时时，，这这意意味味着着非非牛牛顿顿流流体体变变为为牛牛顿顿流流体，，所所以以，，n值值可可以以用用来来反反映映非非牛牛顿顿也也体体偏离离牛顿顿流流体体性性质质的的程度度。。n≠≠1时时，，绝绝对对值值∣∣1－－n∣∣越越大大，，流流体体的的非非牛牛顿顿性性越越强，，剪剪切切速速率率对对表表观观粘粘度度的的影影响响越越强强。。其中中n＜＜1时时，，称称为为假塑塑性性液液体体。（（在在注注射射成成型型中中，，除除了热热固固性性聚聚合合物物和和少少数数热热塑塑性性聚聚合合物物外外，，大大多多数数聚聚合合物物熔熔体体均均有有近近似似假假塑塑性性液液体体流流变变学学的的性性质质））N＞＞1时时，，称称为为膨胀胀性性液液体体。（（属属于于膨膨胀胀性性液液体体的的主主要要是一一些些固固体体含含量量较较高高的的聚聚合合物物悬悬乳乳液液））1234图1.5不同同类类型型流流体体的的流流动动曲曲线线1——膨膨胀胀性性流流体体；；2——牛牛顿顿流流体体；；3——假假塑塑性性流流体体；；4——复复合合型型流流体体剪切切速速率率切应应力力不同同类类型型流流体体的的流流动动曲曲线线§1.3聚聚合合物物的的流流变变学学性性质质不同同类类型型流流体体的的流流变变曲曲线线123表观观粘粘度度图1.6不同同类类型型流流体体的的流流变变曲曲线线1——膨膨胀胀性性流流体体；；2——牛牛顿顿流流体体；；3——假假塑塑性性流流体体剪切切速速率率§1.3聚聚合合物物的的流流变变学学性性质质§1.3聚聚合物物的流流变学学性质质3.假假塑性性液体体的流流变学学性质质在中等等剪切切速率率区域域，假假塑性性液体体的流流变学学性质质表现现为：：1）变变形和和流动动所需需要的的切应力力随剪切速速率变化，，并呈呈指数数规律律增大大；2）变变形和和流动动所受受到的的粘滞滞阻力力，即即液体体的表表观粘粘度随随剪切切速率率变化化，并并呈指指数规规律减减小。。这种现现象称称为假假塑性性液体体的““剪切稀稀化”§1.3聚聚合物物的流流变学学性质质4.影影响聚聚合物物流变变学性性质的的因素素（1））聚合合物结结构对对粘度度的影影响分子结结构相对分分子质质量相对分分子质质量分分布（（聚合合物内内大分分子之之间相相对分分子质质量的的差异异）§1.3聚聚合物物的流流变学学性质质（2））温度度对粘粘度的的影响响注：注注射成成型生生产中中，依依靠提提高温温度降降低熔熔体粘粘度以以改善善流动动性的的工艺艺控制制方法法，主主要适适用于于粘度度对剪剪切速速率不不太敏敏感或或其熔熔体近近似服服从牛牛顿流流动规规律的的聚合合物，，如PMMA、、PC、PA-66等这这些材材料不不需要要增加加很多多温度度而它它们的的粘度度却下下降不不少。。§1.3聚聚合物物的流流变学学性质质（3））压力力对粘粘度的的影响响注：粘粘度对对压力力的敏敏感性性会因因聚合合物不不同而而不同同。通通常认认为，，聚合合物熔熔体的的压缩缩率越越大，，其粘粘度对对压力力的敏敏感性性越强强§1.3聚聚合物物的流流变学学性质质5.热热固性性聚合合物的的流变变学性性质热固性性聚合合物和和热塑塑性聚聚合物物流变变行为为的不不同可可以用用图1.9加以以说明明：CBA温度流动性性图1.9温温度度对热热固性性聚合合物流流动性性的影影响A—总总的流流动曲曲线；；B—粘粘度对对流动动性的的影响响曲线线；C—交交联反反应速速度对对流动动性的的影响响曲线线§1.4聚聚合物物熔体体在成成型过过程中中的流流动状状态1.熔熔体在在圆形形导管管内的的流动动：2.在在扁形形导槽槽内的的流动动：§1.4聚聚合物物熔体体在成成型过过程中中的流流动状状态3.成成型过过程中中的流流动状状态分分析Ⅰ塑料聚聚合物物熔体体在注注射机机内的的旋转转螺杆杆与料料筒之之间进进行输输送、、压缩缩、熔熔融塑塑化，，并将将塑化化好的的熔体体储存存在料料筒的的端部部。Ⅱ储存在在料筒筒端部部的熔熔体受受螺杆杆的向向前推推压力力并通通过喷喷嘴、、模具具的主主流道道、分分流道道和浇浇口，，开始始射入入模腔腔内。。Ⅲ塑料熔熔体经经浇口口射入入模具具型腔腔过程程中的的流动动、相相变与与固化化。ⅢⅡⅠ§1.4聚聚合物物熔体体在成成型过过程中中的流流动状状态影响压压力损损失的的因素素：压力损损失和和流程程距离离成正正比；；压力损损失和和流道道（包包括型型腔））的截截面尺尺寸有有关———流流道截截面尺尺寸愈愈小，，压力力损失失愈大大；对圆形形流动动通道道，压压力损损失与与流道道半径径的4次方方成正正比；；对矩形形流动动通道道，压压力损损失与与流道道深度度的3次方方和宽宽度的的1次次方成成反比比。压力损损失和和熔体体的表表观粘粘度成成正比比。§1.4聚聚合物物熔体体在成成型过过程中中的流流动状状态4.速速度分分布与与末端端效应应（1））速度度分布布：n=∞∞n=3n=1n=1/3r／Rv／vm对牛顿顿型流流体来来说，，这种种分布布呈抛抛物线线型；；对非非牛顿顿型流流体来来说，，这种种抛物物线型型稍尖尖（n>1）或或稍平平（n<1）。。§1.4聚聚合物物熔体体在成成型过过程中中的流流动状状态（2））端末末效应应（与与聚合合物的的弹性性有关关）简单地地说：：熔体体在入入口端端出现现压力力降，，在出出口端端出现现膨胀胀的现现象称称为端末效效应，亦分分别称称为入口效效应和和离模模膨胀胀效应应。§1.4聚聚合物物熔体体在成成型过过程中中的流流动状状态产生入入口效效应的的原因因：聚合物物液体体以收敛流流动方式进进入导导管入入口时时，它它必须须变形形以适适应它它在新新的且且有适适当压压缩性性的流流道内内流动动，但但聚合合物熔熔体具具有弹性，也就就是对对变形形具有有抵抗抗力，，因此此，就就必须须消耗耗适当当的能能量，，即消消耗相相当的的压力力降，，来完完成在在这段段管内内的变变形。。熔体各各点的的速度度在进进入导导管前前后是是不同同的，，为调调整速速度，，也要要消耗耗一定定的压压力降降。§1.4聚聚合物物熔体在成成型过程中中的流动状状态产生离模膨膨胀的原因因（解释之一））聚合物熔体体从导管中中流出后，，周围压力力大大减小，甚至完全全消失，这这意味着聚聚合物内的的大分子突突然变得自自由了，因因此，前段段流动中储储存于大分分子中的弹弹性变形能能量被释放放出来，致致使在流动动变形中已已经伸展开开的大分子子链重新恢恢复卷曲，，各分子链链的间距随随着增大，，从而导致致聚合物内内自由空间间增大，于于是体积相相应发生膨膨胀。§1.4聚聚合物物熔体在成成型过程中中的流动状状态入口效应和出模膨胀效效应通常对塑料料的成型都都是不利的的，特别是是在注射成成型、挤出出成型和拉拉丝过程中中，可能导导致产品变变形和扭曲曲，降低塑塑件的尺寸寸稳定性，，并可能在在塑件内产产生内应力力，降低塑塑件物理和和力学性能能。增加管管子或口模模的平直部部分长度，，适当降低低成型时的的压力和提提高成型温温度，并对对挤出物加加以适当速速度的牵引引或拉伸等等，均有利利于减小或或消除端末末效应带来来的不利影影响。§1.5聚聚合合物在成型型过程中的的物理和化化学变化要求：了解聚合物物加工过程程中产生的的结晶、取向向、降解和交联等现象的物物理和化学学变化的特特点以及成成型工艺条条件对它们们的影响。。§1.5聚聚合合物在成型型过程中的的物理和化化学变化1.成型过过程中聚合合物的结晶晶1）结晶聚聚合物：聚合物在从从高温熔体体向低温固固态转变的的过程中，，若其分子子链构型（（结构形态态）能够得得到规整排排列，则该该聚合物为为结晶聚合合物。（如如：PE、、PTFE、POM等）2）结晶度度：结晶型聚合合物的结晶晶区在聚合合物中所占占的重量百百分数。（（大多数聚聚合物的结结晶度约为为10%～60%，但但有些也可可能达到很很高的数值值，如PP的结晶度度达到70%～95%，HDPE和和PTFE的也能超超过90%）3）结晶过过程：§1.5聚聚合合物在成型型过程中的的物理和化化学变化4）影响结结晶的因素素温度压力和切应应力增大压力可可使聚合物物在高于正正常情况下下的熔化温温度发生结结晶；切应应力可导致致微晶生成成，产生均均匀的微晶晶结构。分子结构聚合物分子子结构越简简单、越规规整，结晶晶越快，结结晶度越高高，同一种聚合合物的最大大结晶速率率随相对分分子质量的的增大而减减小。添加剂§1.5聚聚合合物在成型型过程中的的物理和化化学变化5）结晶对对塑件性能能的影响密度密度随结晶晶度的增大大而提高。。力学性能抗拉强度随随结晶度的的增大而提提高；冲击击韧性将下下降；弹性性模量将减减小。热性能结晶有助于于提高聚合合物的软化化温度和热热变形温度度。翘曲结晶程度越越高，体积积收缩越大大，因此结结晶态塑件件比非结晶晶态塑件更更容易因收收缩不均而而发生翘曲曲。表面粗糙度度和透明度度结晶后，塑塑件表面粗粗糙度将降降低，而透透明度会减减小或丧失失。§1.5聚聚合合物在成型型过程中的的物理和化化学变化结晶型塑料有PE、PP、PTFE、POM、PA、CPT等非结晶型塑料有PS、PMMA、PC、ABS、PSU等一般来说，，结晶型塑塑料是不透透明的或半半透明的，，非结晶型型塑料是透透明的。特例：聚4-甲基戊戊烯-1为为结晶型塑塑料却高度度透明性；；ABS为为非结晶型型塑料却不不透明。6）成型结结晶塑料时时应注意下下列问题料温上升到到成型温度度所需的热热量多，要要用塑化能能力大的设设备冷凝时放出出热量大，，要充分冷冷却熔态与固态态的比重差差大，成型型收缩大，，易发生缩缩孔、气孔孔各向异性显显著，内应应力大结晶熔点范范围窄，易易发生未熔熔粉末注入入模具或堵堵塞浇口§1.5聚聚合合物在成型型过程中的的物理和化化学变化§1.5聚聚合合物在成型型过程中的的物理和化化学变化2.成型过过程中的取取向作用1）取向的的概念聚合物大多多分子及其其链段或结结晶聚合物物的微晶粒粒子在应力力作用下形形成的有序序排列叫做做取向结构构。2）分类按应力力性质不同同分拉伸取向—由拉应力力引起，取取向方向与与拉伸方向向一致流动取向—在切应力力作用下沿沿着熔体流流动方向形形成的按流动动性质不同同，取向结结构可分为为单轴取向—取向结构构单元均沿沿着一个流流动方向有有序排列多轴取向—结构单元元可沿两个个或两个以以上流动方方向有序排排列按结晶晶与非结晶晶聚合物分分结晶取向非结晶取向向§1.5聚聚合合物在成型型过程中的的物理和化化学变化2）取向对对塑件性能能的影响取向对塑件件力学性能能的影响对单轴取向而言，取向向后在取向向平行方向向的抗拉强强度大为增增强，而与与取向轴垂垂直方向的的抗拉强度度则有所减减弱；而双轴取向的薄片或薄薄膜在平面面的任何方方向上均有有较高的抗抗拉强度、、断裂伸长长率和冲击击韧度，抗抗撕裂能力力也有所提提高。取向使塑件件具有各向向异性（在光、热热、电等方方面）§1.5聚聚合合物在成型型过程中的的物理和化化学变化取向对其它它性能的影影响聚合物的玻玻璃化温度度随取向程程度的提高高而上升；；取向程度度越大，回回缩或热收收缩越大。。综上所述，，聚合物的的取向对塑塑件的性能能影响很大大。在塑料料成型生产产中，可以以利用聚合合物的取向向来提高塑塑件的性能能，例如吹吹塑薄膜就就是利用聚聚合物双轴轴取向原理理来提高其其性能的，，但并不是是说聚合物物取向对塑塑件性能均均有益处，，在生产厚厚度较大的的塑件时，，就应力图图消除取向向现象，使使塑件不致致发生翘曲曲变形或裂裂纹，从而而保证塑件件质量。§1.5聚聚合合物在成型型过程中的的物理和化化学变化1—未取向向区2—高度取取向区3—中等取取向区4—轻度取取向区聚合物熔体体从浇口流流入模腔时时，熔体处处于充模的的初期阶段段，料流呈呈辐射状，，所以形成成平面取向结构。熔体体与型腔表表壁接触后后，开始实实现充模过过程，在这这个过程中中，先与型型腔表壁接接触熔体迅迅速冷却，，形成一个个来不及取取向的薄壳，，以后的的熔体将将在薄壳壳内流动动。由于于薄壳对对熔体的的摩擦作作用，其其附近的的熔体流流动阻力力很大，，熔体内内会产生生很大的的切应力力，所以以大分子子能在此此处高度取向向。与此同同时，熔熔体中部部所受摩摩擦最小小，切应应力也不不太大，，所以大大分子一一般只能能轻度取向向。而在中中部熔体体与薄壳壳附近熔熔体之间间的过渡渡区中，，大分子子取向程度度中等。§1.5聚聚合物物在成型型过程中中的物理理和化学学变化3.成型型过程中中聚合物物的降解解1）概念念由于聚合合物大分分子受热热和应力力的作用用，或由由于在高高温下受受微量水水分、酸酸、碱等等杂质及及空气中中氧的作作用，聚聚合物会会发生相相对分子子量降低低或大分分子结构构改变等等化学变变化，这这种现象象叫降解解或裂解解。2）防治治严格控制制原材料料的技术术指标和和使用合合格的原原材料使用前对对聚合物物进行严严格的干干燥确定合理理的加工工工艺和和加工条条件使用添加加剂注：聚合合物降解解通常是是有害的的，但也也有例外外，如通通过机械械降解（（辊压货货共挤））作用使使聚合物物之间或或两种聚聚合物的的弹体之之间进行行接枝或或嵌段聚聚合物配配置共聚聚物，以以改良聚聚合物性性能并扩扩大其应应用范围围就是一一例。§1.5聚聚合物物在成型型过程中中的物理理和化学学变化4.成型型过程中中聚合物物的交联联1）硬化化不足塑件的机机械强度度、耐热热、耐化化学腐蚀蚀性、电电绝缘性性等会下下降；热热膨胀、、内应力力、受力力时的蠕蠕变量等等会增加加；塑件件缺少光光泽，容容易发生生翘曲变变形；有有时甚至至会产生生裂纹。。2）过度度硬化塑件机械械强度不不高、变变色、发发脆，表表面有时时会出现现密集的的小泡；；可使塑塑件产生生焦化和和裂解现现象。§2.1塑塑料的基基本组成成1.塑料料的组成成合成树脂脂＋添加加剂1）合成成树脂（40%~100%））受热软化化后可将将塑料的的其它组组分加以以粘合，，并决定定塑料的的主要性性能2）添加加剂包括填充充剂、增增塑剂、、稳定剂剂、润滑滑剂、着着色剂和和固化剂剂等添加剂作用常用的各种添加剂含量填充剂（填料）调整塑料的物理化学性能提高材料强度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、云母、石棉、石金属粉、玻璃纤维、和碳纤维等20%~50%增塑剂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稳定剂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硬脂酸盐、铅的化合物及环氧化合物0.3%~0.5%润滑剂防止塑料在成型加工过程中粘附在模具上提高塑件的流动性硬脂酸及其盐类1%着色剂有机颜料、无机盐料、染料0.01%~0.02%固化剂促使合成树脂进行交联反应或加快交联反应速度§1.5聚聚合物物在成型型过程中中的物理理和化学学变化2.塑料料的分类类1）按合合成树脂脂的分子子结构及及特性分分热塑性塑塑料如：PE、PP、PS、PVC、PMMA、PA、POM、ABS、、PC、、PPO、PSU、PTFE等热固性塑塑料如：酚醛醛塑料、、氨基塑塑料、环环氧塑料料、脲醛醛塑料、、三聚氰氰胺甲醛醛和不饱饱和聚酯酯等§1.5聚聚合物物在成型型过程中中的物理理和化学学变化2）按塑塑料的用用途分通用塑料料如：PE、PP、PS、PVC、酚酚醛塑料料和氨基基塑料工程塑料料如：POM、PA、PC、PPO、、ABS、PSU、PTFE、PMMA和和环氧树树脂等特殊塑料料如：氟塑塑料、聚聚酰亚胺胺塑料、、有机硅硅树脂和和环氧树树脂等§1.6塑塑料成型型的工艺艺特性塑料的工工艺性能能——塑料料在成形形过程中中表现出出来的特特有性质质。热塑性塑塑料收缩性流动性相容性吸湿性热敏性热固性塑塑料收缩性流动性比容和压压缩比硬化速度度水分及挥挥发物含含量1、热塑塑性塑料料的工艺艺性能1）收缩缩性——塑件件从模具具中取出出冷却到到室温后后，尺寸寸或体积积收缩的的特性称称为收缩缩性成型收缩缩的大小小可用收收缩率来来表示：：（2.1）（2.2）式中Ss——实际际收缩率率Sj——计算算收缩率率a———模具具或塑件件在成型型温度时时的尺寸寸b———塑件件在室温温时的尺尺寸c———模具具在室温温时的尺尺寸§1.6塑塑料成型型的工艺艺特性§1.6塑塑料成型型的工艺艺特性成型收缩缩的形式式塑件的尺尺寸收缩缩：由于热胀冷缩缩和塑件脱脱模时弹性恢复复、塑性变变形等原因，导导致塑件件脱模冷冷却到室室温后其其尺寸缩缩小。收缩的方方向性：：塑料在成成型时由由于分子子的取向向作用使使塑件呈呈现各向异性，沿料流流方向（（即平行行方向））收缩大大，强度度高，与料流垂垂直方向向则收缩缩小，强强度低。。§1.6塑塑料成型型的工艺艺特性后收缩：：塑件成型型时，由由于受成成型压力力、切应应力、各各向异性性、密度度不均、、填料分分布不均均、模温温不一致致、硬化化不均和和塑性变变形等因因素的影影响，塑塑件内存存在残余余应力。。当脱模模后，由由于应力力趋向平平衡及储储存条件件的影响响，使塑塑件再次次收缩，，这种收收缩称为为后收缩。一般塑塑件在脱脱模后10h内内变化最最大，24h后后基本定定型，但但最后稳稳定要经经过30～60天。通常热塑塑性塑料料的后收收缩比热热固性塑塑料大，，挤塑和和注射的的后收缩缩比压缩缩成型大大。§1.6塑塑料成型型的工艺艺特性后处理收收缩：在某些情情况下，，塑件按按其性能能和工艺艺要求，，成型后后要进行行热处理理，处理理后也会会导致塑塑件尺寸寸收缩，，这种收收缩叫后处理收收缩。在模具具设计时时，对高高精度塑塑件则应应考虑后后收缩及及后处理理收缩的的偏差并并予以补补偿。§1.6塑塑料成型型的工艺艺特性影响塑件件收缩的的因素：：塑料的品品种各种塑料料都有其其各自的的收缩率率范围，，同一种种塑料由由于相对对分子质质量、填填料及配配比等不不同，则则其收缩缩率及各各向异性性也不同同。塑件的结结构塑件的形形状、尺尺寸、壁壁厚、有有无嵌件件、嵌件件数量及及布局等等，对收收缩率值值有很大大影响。。塑件的的形状复复杂、尺尺寸小、、壁薄、、带嵌件件，收缩缩率就小小。模具结构构模具的分分型面、、加压方方向、浇浇口形式式、尺寸寸及分布布等对收收缩率及及方向性性影响也也很大，，如采用用直接浇浇口，浇浇口截面面大，收收缩小，，但方向向性明显显。成型工艺艺条件模具温度度高、塑塑件冷却却慢，则则密度高高、收缩缩大；注注射压力力高、脱脱模后弹弹性恢复复大收缩缩小；保保压时间间长收缩小小。§1.6塑塑料成型型的工艺艺特性2）流流动性：塑料在一一定温度度、压力力作用下下，填充充模具型型腔的性性能，称称为塑料料的流动动性。塑料的流动性差差，就不易易充满型型腔，因因此需要要较大的的成形压压力才能能成形。。塑料的流动性好好，可以用用较小的的成形压压力充满满型腔。。但流动动性太好好，会使使塑料在在成形时时产生严严重的溢溢边，填填充不密密实，塑塑件组织织疏松，，易粘模模。热塑性塑塑料的流流动性常常用熔融指数数（单位g）、螺旋线长长度（单位cm）来来表示。。§1.6塑塑料成型的的工艺特性熔融指数用如如图2.1所所示的标准装装置（熔融指指数测定仪））来测定。将被测塑料装装入加热料筒筒中并进行加加热，在一定定的温度和压压力下，测定定塑料熔体在在10min内从出料孔孔挤出的重量量。图2.1熔熔融指数数测定仪仪结构示意图图§1.6塑塑料成型的的工艺特性螺旋线线长度度用标标准阿阿基米米德螺螺旋线线模具具来测测定。将被测测塑料料在一一定的的温度与压力下注入入模具具内，，用其其所达达到的的流动动长度度来表表示该该塑料料的流流动性性。§1.6塑塑料成成型的的工艺艺特性性影响塑塑料流流动性性的因因素塑料的的分子子结构构与成成分：：具有线线型分分子结结构塑塑料流流动性性好。。加入入填料料，降降低流流动性性，加加入增增塑剂剂和润润滑剂剂，增增加塑塑料的的流动动性。。温度：：塑料温温度高高，流流动性性好。。在成成形时时可通通过调调节温温度控控制流流动性性。PS、、PP、PA、、PMMA、ABS、AS、、PC、CA对对温度度敏感感。压力：：注射压压力↑↑，受受剪切切作用用↑，，流动动性↑↑。模具结结构：：包括模模具浇浇注系系统的的形式式、尺尺寸和和布置置；冷冷却系系统设设计的的合理理性；；熔料料流动动阻力力等因因素。。凡促促使熔熔料温温度降降低，，流动动阻力力增加加的因因素，，都会会使流流动性性降低低。§1.6塑塑料成成型的的工艺艺特性性常用热热塑性性塑料料的流流动性性：流动性性好尼龙PA、、聚乙乙烯PE、、聚苯苯乙烯烯PS、聚聚丙烯烯PP、醋醋酸纤纤维素素CA。流动性性中等等ABS、有有机玻玻璃PMMA、、聚甲甲醛POM、氯氯化聚聚醚CPT。流动性性差聚碳酸酸酯PC、、硬聚聚氯乙乙烯、、聚苯苯醚PPO、聚聚砜PSU、氟氟塑料料。§1.6塑塑料成成型的的工艺艺特性性3）相相容性性（共共混性性）：：指两种种或两两种以以上不不同品品种的的塑料料，在在熔融融状态态下不不产生生相分分离现现象的的能力力。不同塑塑料的的相容容性与与其分分子结结构有有一定定关系系，分分子结结构相相似者者较易易相容容；反反之较较难。。通过塑塑料的的这一一性质质，可可得到到类似似共聚聚物的的综合合性能能，这这是改改进塑塑料性性能的的重要要途径径之一一。§1.6塑塑料成成型的的工艺艺特性性4）吸吸湿性性：：表明塑塑料对对水分分的敏敏感程程度。。具有吸吸湿或或粘附附水分分倾向向的塑塑料：：PA、PC、、PSU、、ABS等等；既不吸吸湿也也不易易粘附附水分分的塑塑料，，如PE、、PP、POM等。。注：凡是具具有吸吸湿或或粘附附水分分倾向向的塑塑料，，如成成型前前水分分未去去除，，则在在成型型过程程中由由于水水分在在成型型设备备的高高温料料筒中中变为为气体体并促促使塑塑料发发生水水解，，成型型后塑塑料出出现气气泡、、银丝丝等缺缺陷。。因此此，对对吸湿湿性和和粘附附水分分倾向向大的的塑料料，在在成型型之前前应进进行干干燥，，使水水分控控制在在0.5～～0.2%以以下§1.6塑塑料成成型的的工艺艺特性性5）热敏性性：某些热热稳定定性差差的塑塑料，，在料料温高高和受受热时时间长长的情情况下下就会会产生生降解解、分分解、、变色色的特特性。。热敏性性塑料料：硬聚氯氯乙烯烯、聚聚偏氯氯乙烯烯、醋醋酸乙乙烯共共聚物物、聚聚三氟氟氯乙乙烯（（PCTFE））、聚聚甲醛醛（POM）等等。解决方方法：：选用螺螺杆式式注射射机，，流道道截面面取大大一些些（避避免过过大的的摩擦擦热））注射机机筒内内壁、、流道道和模模腔表表壁镀镀铬熔体在在模内内流动动时不不得有有死角角和滞滞料现现象生产时时严格格控制制成型型工艺艺条件件§1.6塑塑料成成型的的工艺艺特性性2、热热固性性塑料料的工工艺性性能1）收收缩率率产生收收缩的的原因因热收缩缩：是由于于热胀胀冷缩缩而使使塑件件成型型冷却却后所所产生生的收收缩。。热收收缩与与模具具温度度成正正比，，是影影响收收缩的的最主主要因因素。。结构变变化引引起收收缩：：由于交交联反反应，，分子子由线线性结结构变变为网网状结结构，，分子子链间间距缩缩小，，结构构变得得紧密密，而而产生生了体体积收收缩。。弹性恢恢复：：塑件从从模具具中取取出后后作用用在塑塑件上上的压压力消消失，，由于于弹性性回复复，会会造成成塑件件体积积的负负收缩缩（膨膨胀））。塑性变变形：：塑件脱脱模时时，成成型压压力迅迅速降降低，，但模模壁紧紧压在在塑件件周围围，使使其产产生塑塑性变变形。。§1.6塑塑料成成型的的工艺艺特性性影响收收缩率率的因因素塑料品品种：：品种不不同，，收缩缩率不不同，，同种种塑料料，牌牌号不不同，，收缩缩率不不同，，同种种牌号号，批批次不不同，，收缩缩率也也可能能不同同塑件件结结构构：：壁厚厚大大，，收收缩缩率率大大，，有有嵌嵌件件，，收收缩缩率率小小，，形形状状复复杂杂，，收收缩缩率率小小模具具结结构构成形形工工艺艺§1.6塑塑料料成成型型的的工工艺艺特特性性2））流流动动性性表示示方方法法———拉拉西西格格流流动动性性（单单位位㎜㎜））测定定方方法法：：将一一定定重重量量的的被被侧侧塑塑料料预预压压成成圆圆锭锭，，将将圆圆锭锭放放入入压压模模中中，，在在一一定定的的温温度度和和压压力力下下，，测测定定它它从从模模孔孔中中挤挤出出的的长长度度（（毛毛糙糙部部分分不不计计在在内内）），，即即为为拉拉西西格格流流动动值值§1.6塑塑料料成成型型的的工工艺艺特特性性影响响因因素素塑料料品品种种加入入填填料料，，流流动动性性降降低低，，加加入入增增塑塑剂剂，，流流动动性性增增加加。。模具具结结构构模具具成成型型表表面面光光滑滑，，型型腔腔形形状状简简单单，，采采用用不不溢溢式式压压缩缩模模等等有有利利于于改改善善流流动动性性。。成型型工工艺艺采用用压压锭锭及及预预热热和和提提高高成成型型压压力力，，在在低低于于塑塑料料硬硬化化温温度度的的条条件件下下提提高高成成型型温温度度等等都都能能提提高高塑塑料料的的流流动动性性。。§1.6塑塑料料成成型型的的工工艺艺特特性性3））比比容容和和压压缩缩率率比容容＝＝压缩缩率率＝＝表示示粉粉状状塑塑料料的的松松散散程程度度，，用用来来确确定定压压缩缩模模加加料料腔腔容容积积的的大大小小。。比比容容和和压压缩缩率率大大，，要要求求加加料料腔腔体体积积增增大大，，同同时时成成形形困困难难。。§1.6塑塑料料成成型型的的工工艺艺特特性性4））硬硬化化速速度度硬化化是指指热热固固性性塑塑料料成成形形时时分分子子由由线线形形向向体体型型转转变变，，完完成成交交联联反反应应的的过过程程。。硬化化速速度度通通常常以以塑塑料料试试样样硬硬化化每每1㎜㎜厚厚度度所所需需的的秒秒数数来来表表示示。。影响响硬硬化化速速度度的的因因素素：：塑料料品品种种；；塑塑件件形形状状及及壁壁厚厚；；成成型型温温度度及及是是否否预预热热、、预预压压等等有有密密切切关关系系。。例如如：：采采用用预预压压、、预预热热、、提提高高成成型型温温度度和和增增长长加加压压时时间间等等措措施施，，都都能能显显著著加加快快硬硬化化速速度度。。硬化化速速度度的的调调整整：：压注注或或注注射射成成形形时时，，应应要要求求在在塑塑化化、、填填充充时时化化学学反反应应慢慢，，硬硬化化慢慢以以保保持持长长时时间间的的流流动动状状态态，，但但当当充充满满型型腔腔后后，，在在高高温温、、高高压压下下应应快快速速硬硬化化。。§1.6塑塑料料成成型型的的工工艺艺特特性性5））水水分分和和挥挥发发物物含含量量来源源制造造时时未未除除净净存储储、、运运输输过过程程中中吸吸收收（（吸吸湿湿性性塑塑料料））成型型时时化化学学反反应应附附产产物物水发及挥发发物含量过过多的影响易造成不易易成型，塑塑件质量低低等缺陷。。例如：塑件件易产生气气泡、内应应力和塑性性变形，使使机械强度度降低；会会促使流动动性过大，，容易溢料料，成型周周期增长，，收缩率增增大，使塑塑件容易产产生翘曲、、波纹及光光泽不好等等现象。有害气体对对模具和人人体会有损损害。注意：塑料料中水分及及挥发物的的含量不足足，也会导导致流动性性不良，成成型困难，，同时不利利于压锭。。§1.6塑塑料成成型的工艺艺特性测定采用15±±0.2g的试验用用料，在烘烘箱中于103~105℃干干燥30min后，，其试验前前后重量差差△M。设设水分及挥挥发物的含含量为X，，则：§1.7常常用用塑料简介介1、聚乙烯（PE）——是塑料工业业中产量最最大的品种种。1）物理形态：：无毒、无味味，白色或或乳白色，，柔软、半半透明颗粒粒状。使用用温度范围围-70℃℃～180℃；吸水水性极小，，且介电性性能好，是是最理想的的高频电绝绝缘材料。。2）分类按聚合合时采用压压力，分为为高压PE（（低密度））：强度、耐热热性低，介介电性、柔柔软性、耐冲冲击性、透透明性高中压PE低压PE（（高密度））：强度、耐热热性高，介介电性、柔柔软性、耐冲冲击性、透透明性低。。§1.7常常用用塑料简介介3）用途：低压聚乙烯烯用于制造造塑料管、、塑料板、、塑料绳以以及承载不不高的零件件；中压聚聚乙烯适宜宜的成型方方法有高速速吹塑成形形．可制造造瓶类、包包装用的薄薄膜以及各各种注射成成形制品和和旋转成形形制品；高高压聚乙烯烯常用于制制作塑料薄薄膜、软管管、塑料瓶瓶以及电气气工业的绝绝缘零件和和电缆外皮皮等。4）成形特点：：收缩率范围围及收缩值值大，方向向性明显，，易变形、、扭曲；流流动性好且且对压力变变化敏感；；注射成形形时采用高高压注射，，慢速冷却却。塑件可可强行脱模模。§1.7常常用用塑料简介介2、聚丙稀稀（PP））1）物理特性：：聚丙烯无色色、无味、、无毒。比比聚乙烯更更透明、更更轻。它不不吸水，，光泽好，，易着色。。介电性、、耐水性、、化学稳定定性好，易易于加工成成形。能在在100℃℃以上的温温度下进行行消毒灭菌菌，其最低低使用温度度可达-15℃。与PE相比比较：※收缩率大※力学性能好好，特别抗抗弯曲疲劳劳强度高，，定向拉伸伸后聚丙烯烯可制作铰铰链，§1.7常常用用塑料简介介2）用途制作各种机机械零件，，如法兰、、接头、泵泵叶轮、汽汽车零件和和自行车零零件水蒸汽、各各种酸碱等等的输送管管道、化工工容器和其其他设备的的衬里、表表面涂层盖和本体合合一的箱壳壳、各种绝绝缘零件。。3）成形特点成形收缩范范围及收缩缩率大易易发生缩孔孔、凹痕、、变形，方方向性强；；流动性极极好易于于成形；注注射成形模模具必须设设计能充分分进行冷却却的冷却回回路，并注注意控制成成形温度。。§1.8塑塑料成成型工艺1、注射成成型原理及及其成型特特点1）注射成成型原理：：将粒状或粉状的塑料加入入到注射机机的料斗，，在注射机机内塑料受受热熔融并并使之保持持流动状态态，然后在在一定压力力下注人闭闭合的模具具，经冷却却定型后，，熔融的塑塑料就固化化成为所需需的塑件。。注射成型工工作循环加料合模注射充模保压补缩冷却定型开模清模塑件脱模预塑§1.8塑塑料成成型工艺§1.8塑塑料成成型工艺注射成型的的特点：优点成型周期短短、生产效效率高、易易实现自动动化能成型形状状复杂、尺尺寸精确、、带有金属属或非金属属嵌件的塑塑料制件产品质量稳稳定适应范围广广到目前为止止，除氟塑塑料以外，，几乎所有有的热塑性性塑料都可可以用注射射成型的方方法成型。。另外，一一些流动性性好的热固固性塑料也也可用注射射成型。§1.8塑塑料成成型工艺缺点注射设备价价格较高注射模具结结构复杂生产成本高高、生产周周期长、不不适合于单单件小批量量的塑件生生产§1.8塑塑料成成型工艺加料塑化充模保压倒流冷却脱模成型前的准准备注射过程塑件的后处处理注射成型工工艺退火处理调湿处理原料外观检检验及工艺艺性能测定定塑料预热和和干燥料筒清洗嵌件预热脱模剂的选选用§1.8塑塑料成成型工艺1）成形形前准备：：原料外观检检验及工艺艺性能测定定：包括塑料色色泽、粒度度及均匀性性、流动性性（熔体指指数、粘度度）热稳定定性及收缩缩率的检验验。塑料预热和和干燥：除去物料中中过多的水水分和挥发发物，以防防止成型后后塑件表面面有缺陷或或发生降解解，影响塑塑料制件的的外观和内内在质量。。物料干燥的的方法：小小批量生产产，采用烘烘箱干燥；；大批量生产产，采用沸沸腾干燥或或真空干燥燥。§1.8塑塑料成成型工艺料筒清洗：：当改变产品品、更换原原料及颜色色时均需清清洗料筒。。嵌件预热：：减少物料和和嵌件的温温度差，降降低嵌件周周围塑料的的收缩应力力，保证塑塑件质量。。脱模剂的选选用：常用脱模剂剂包括硬脂脂酸锌、液液态石蜡和和硅油。§1.8塑塑料成成型工艺2）注射过过程：加料将粒状或粉粉状塑料加加入注射机机的料斗。。塑化通过注射机机加热装置置的加热，，使得螺杆杆中的塑料料原料熔融融，成为具具有良好的的可塑性的的塑料熔体体。充模塑化好的塑塑料熔体在在注射机柱柱塞或螺杆杆的推动作作用下，以以一定的压压力和速度度经过喷嘴嘴和模具的的浇注系统统进入并充充满模具型型腔。§1.8塑塑料成成型工艺保压补缩从熔体充满满型腔后，，在注射机机柱塞或螺螺杆推动下下，熔体仍仍然保持压压力进行补补料，使料料筒中的熔熔料继续进进入型腔，，以补充型型腔中塑料料的收缩需需要，并且且可以防止止熔体倒流流。浇口冻结后的的冷却经过一段时间间使型腔内的的熔融塑料凝凝固成固体，，确保当脱模模时塑件有足足够的刚度，，不致产生翘翘曲或变形。。脱模塑件冷却到一一定的温度,推出机构将将塑件推出模模外。注射成型过程程中塑料压力力的变化0132时间压力1—柱塞或螺螺杆在熔体充充满模腔后停停在原位不动动2—没有倒流流阶段3—补缩时间间短，倒流的的熔体多§1.8塑塑料成型工工艺3）塑件后处处理后处理原因及及作用：由于塑化不均均匀或由于塑塑料在型腔内内的结晶、取取向和冷却不不均匀；或由由于金属嵌件件的影响或由由于塑件的二二次加工不当当等原因，塑塑件内部不可可避免地存在在一些内应力，从而导致塑塑件在使用过过程中产生变变形或开裂，，因此，应该该设法消除之之。§1.8塑塑料成型工工艺退火处理将塑件在定温温的加热液体体介质（如热水、热油和液体石蜡等）或热空气气循环烘箱中中静置一段时时间，然后缓缓慢冷却至室室温的一种热热处理工艺。。温度：高于使用温度度10°~15°或低于于热变形温度度10°~20°时间：与塑料品种和和塑件厚度有有关一般可按按每毫米约半半小时计算。。作用：消除塑件的内内应力，稳定定塑件尺寸，，提高结晶度度、稳定结晶晶结构，从而而提高其弹性性模量和硬度度。§1.8塑塑料成型工工艺调湿处理：将刚脱模的塑塑件放入加热热介质（如沸水、醋酸钾溶液）中，加快吸吸湿平衡速度度的一种后处处理方法。（（主要用于吸吸湿性很强且且又容易氧化化的塑料，如如PA）温度：100~121℃（热变变形温度高时时取上限，反反之取下限））。时间：保温时间与塑塑件厚度有关关，通常取2~9h。目的：消除残余应力力；使制品尽尽快达到吸湿湿平衡，以防防止在使用过过程中发生尺尺寸变化。§1.8塑塑料成型工工艺3、注射成型型的工艺参数数温度压力时间料筒温度喷嘴温度模具温度———控制塑料的塑塑化和流动影响塑料的流流动和冷却塑化压力（背背压）注射压力重要参数§1.8塑塑料成型工工艺1）温度料筒温度料筒温度应在在粘流温度（（或熔点）和和热热分解温度之之间间。柱塞式料筒温温度高于螺杆杆式料筒温度度10～20℃。塑件及模具结结构特点：对对于薄壁制件件料筒温度高高于厚壁制件件；形状复杂杂或带有嵌件件的制件料筒筒温度也应高高一些。料筒温度的分分布，一般遵遵循前高后低低的原则，即即料筒后端温温度最低，喷喷嘴温度最高高。对螺杆式式注射机为防防止因螺杆与与熔料、熔料料与熔料、熔熔料与料筒之之间的剪切摩摩擦热而导致致塑料热降解解，可使料筒筒前段温度略略低于中段。。§1.8塑塑料成型工工艺判断料筒温度度是否合适，，可采用对空注射法观察或直接观观察塑件质量量的好坏。对对空注射时，，如果料流均均匀、光滑、、无泡、色泽泽均匀则说明明料温合适；；如果料流毛毛糙，有银丝丝或变色现象象，则说明料料温不合适。。§1.8塑塑料成成型工工艺喷嘴温温度：：一般略略低于于料筒筒最高高温度度，以以防止止熔料料在喷喷嘴处处产生生流涎涎现象象。但但不能能过低低，否否则熔熔料在在喷嘴嘴处会会出现现早凝凝而将将喷嘴嘴堵塞塞，或或者有有早凝凝料注注入模模腔而而影响响塑件件的质质量。。§1.8塑塑料成成型工工艺模具温温度：：模具具温度度的高高低决决定于于塑料料的特特性、、塑件件尺寸寸与结结构、、性能能要求求及其其它工工艺条条件。。模具具温度度↑，，流动动性↑↑，密密度和和结晶晶度↑↑，收收缩率率和生生产率率↓。。模具温温度通通常是是由通通入定定温的的冷却却介质质来控控制