塑料材料及其成型工艺性能

13.12.20221

1.1塑料材料1.2塑料的流变性

1.3

塑料成型工艺性能第1章塑料材料及成型工艺性能13.12.20222

1.1.1塑料的概念

塑料是以高分子聚合物为主要成分，加入一定量添加剂而组成的一种混合物。1.1塑料材料13.12.20223

填充剂：改善塑料性能（粉状、片状、纤维）。增塑剂：提高可塑性、流动性、柔韧性、降低脆性。稳定剂：热稳定剂、光稳定剂、抗氧化剂。润滑剂：对塑料的表面起润滑作用，防止塑料在成型加工时黏模。着色剂：无机颜料、无机颜料、染料。其它：发泡剂、阻燃剂、固化剂、防静电剂、导电剂和导磁剂等。1.1塑料材料1.1.2塑料的填充剂13.12.20224

1.1塑料材料1.1.2塑料的填充剂添加剂、填充料及补强料常用村料对聚合物性质的影响强化纤维碳素、碳、矿物质纤维、玻璃、kevlar增加拉伸强度增加弯曲模数(flexuralmodulus)提高热变形温度提升抗收缩与抗翘曲能力导电性填充料铝粉、碳纤维、石墨提高电气性质提高热传导性耦合剂Silanes、titanates改善聚合物与纤维接口之键结力抗燃剂氯、溴、硫、金属盐降低燃烧发生率及扩散速度混合填充料碳酸钙、硅、粘土降低材料成本塑化剂单体液体、低分子量材料改善熔胶的流动性加强挠曲性着色剂（色料或染料）金属氧化物、铬酸盐、碳黑提供耐久的颜色防止热裂解或紫外线造成裂解发泡剂气体、氮复合物、联氨衍生物造成孔穴组织以降低材料密度13.12.20225

1.1.3塑料的分类1.按塑料中树脂分子结构和受热后呈现的基本行为分类：塑料非结晶型热塑性塑料结晶型热固性塑料1.1塑料材料13.12.20226

热塑性塑料与热固性塑料的结构与性质的对比1.1塑料材料受热行为图示13.12.20227

非结晶性热塑性塑料结晶性热塑性塑料常用的材料ABS、压克力（PMMA、PAN）、聚碳酸脂(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)聚缩醛树脂(POM)、尼龙(PA,)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、热塑性聚脂(PBT、PET)微观结构分子在液相和固相都呈现杂乱的配向性分子在液相呈现杂乱的配向性，在固相则形成紧密堆砌的晶体。受热反应具有软化温度范围，但没有明显的熔点具有明确的熔点性质透明抗化学性差成形时体积收缩率低通常强度不高一般具有高熔胶粘度热含量低半透明或不透明抗化学性佳成形时体积收缩率高强度高熔胶粘度低热含量高1.1塑料材料13.12.20228

2.按塑料的性能及用途分：

通用塑料：指产量大、用途广且价廉的塑料。

工程塑料：在工程技术中常作为结构材料来使用。特殊功能塑料：具有特殊性能的塑料（用于医药、光敏及液晶方面的氟塑料）。1.1塑料材料13.12.20229

五大泛用塑料及用途：低密度聚乙烯(LDPE)容器、塑料袋、胶膜、管子…等。高密度聚乙烯(HDPE)胶管、胶布、胶膜…等。聚苯乙烯(PS)外壳、玩具、壁砖…等。聚氯乙烯(PVC)瓶子、塑料管、薄膜、保鲜膜…等。聚丙烯(PP)汽车保险杆、仪表板、纤维…等。1.1塑料材料13.12.202210

工程塑料：起源：自1956年杜邦推出Derlin商名新塑料,宣称可取代金属,工程塑料之名由此开始。特性：机械强度高而且有适当平衡.耐热,耐久或具特殊机能.加工性良好，价格合理且工程性良好。1.1塑料材料08.12.2022111.1.4塑料的性能密度小(重量轻，塑料料比重0.9~2，铝2.7，铁7.8)。比强度(b/ρ)和比刚度(E/ρ)高。化学稳定性好好。电气性能优良良。减摩、耐磨和和自润滑性好好。成型和着色性性能好。多种防护性能能：除防腐外外，塑料还具具有防水、防防潮、防透气气、防振、防防辐射等。耐热性差、受受载荷易蠕变变、老化现象象。1.1塑料材料08.12.2022121.1.5塑料的可加加工性1.1.5.1热塑性塑料料的温度力力学状态及及成型加工工的关系Ⅰ—非结晶Ⅱ—结晶型Tg-玻璃化温度度Tm-结晶型熔点点Tf-非晶型流动动温度Td-分解温度1.1塑料材料08.12.202213图1-3热固性塑料料的状态与与温度的关关系1.1.5.2热固性塑料料的状态与与温度的关关系1.1塑料材料08.12.202214当温度和压力力变更时，黏黏流态的塑料料表观黏度会会相应地发生生变化，这称称为塑料的流流变性。1.2.1牛顿型流体流体在平直圆圆管内受切应应力而发生的的流动形式有有层流和湍流流两种。层流：被看着着一层层彼此此相邻且平行行的薄层流体体沿外力作用用方向进行的的相对滑移，，而且各层之之间无相互影影响。湍流：流体各各点的速度大大小与方向都都随时间而变变化，且流体体内相互干扰扰严重。1.2塑料的流变性性08.12.202215D:管道直径；V:流体的平均速速度；ρ:流体的密度；；η:流体剪切粘度度。Re<2100~4000时为层流，Re>4000时为湍流。塑料在成型加加工过程中的的流动基本上上属于层流。。层流与湍流的的区分以雷诺诺数（Re）为准，1.2塑料的流变性性08.12.202216牛顿流动定律律：在一定温度下下，当剪切力力τ作用于两个相相距为dr的液体平行层层面并以相对对速度dv移动时，则剪剪切力τ与剪切速率dv/dr(也称速度梯度度）之间呈下下列直线关系系：其中：η为牛顿黏度，，单位:Pa·s(N·s/m2)。符合上式的流流体都称为牛牛顿型流体。。液体流动时不不服从上式规规律的均称为为非牛顿体。。1.2塑料的流变性性08.12.202217非牛顿型流体体原则上包括括黏性流体、、黏弹性流体体及时间依赖赖性流体。可可以将非牛顿顿型流体当作作黏性流体看看待，黏性流流体又分为：：宾哈流体膨胀性流体假塑性流体。。非牛顿流体““黏度”称称为非牛顿顿黏度或称表表观黏度（1-2）1.2塑料的流变性性08.12.202218图1-4不同类型流体体的流动曲线线图1-5不同类型流体体表观黏度与与剪切速速率的关系1.2塑料的流变性性08.12.202219图1-6温度对表观黏黏度的影响1.2塑料的流变性性08.12.2022201.3.1流动性定义：在成型过程中中，塑料熔体体在一定的温温度与压力作作用下充填型型腔的能力。。实质：实质是由于分分子间产生相相互滑移，而而熔体分子间间的滑移又是是通过分子链链段运动来实实现的,取决于分子组组成、相对分分子质量大小小及其结构。。影响：塑料的流动性性差时→缺料料。熔体流动性太太好→溢料。。1.3塑料成型工艺艺性能08.12.202221热塑性塑料料熔融指数数(MI)单位:g/10min1—热电偶2—料筒3—出料孔4—保温层5—加热棒6—柱塞7—重锤（加柱柱塞共重2160g）图1-7熔融流动指指数测定法法热塑性塑料料的流动性性的测量方方法1：1.3塑料成型工工艺性能08.12.2022221.每转一周半半径增大12.5mm2.槽断面是半半圆形，直直径为4.9mm3.螺旋线槽总总长为1925mm。4.将塑料熔体体一定压力力温度注射射入螺旋形形槽中央，，制成蚊香香形状的试试品，测定定其螺旋线线的总长度度。螺旋线流动动试验法模模具流道示示意图热塑性塑料料的流动性性的测量方方法2：1.3塑料成型工工艺性能Viscosity黏(滞)度08.12.202223热塑性塑料料的流动性性分为三类类：流动性好的的：PE、PP、PS、醋酸纤维维等；流动性中等等的：改性聚苯乙乙烯、ABS、AS、有机玻璃璃、POM、氯化聚醚醚等；流动性差的的：PC、硬聚氯乙乙烯、聚苯苯醚、聚砜砜、氟塑料料。1.3塑料成型工工艺性能08.12.202224①称取7.5g塑料粉，20℃±5℃温度下并以以50MPa的压力下在在内径为28mm的模子内预预压成圆锭锭。②模具温度度150℃±±5℃,并保温5min；③将圆锭放放入拉西格格模的加料料室，并在在20s左右将压模模增至30MPa，保压3min；④长度即为为其流动值值。图1-8拉西格流动动性测定模模热固性塑料料的流动性性的测量方方法：1.3塑料成型工工艺性能08.12.2022251.3.2收缩性造成成型收收缩的原因因：热胀冷缩因弹性回复复造成的收收缩结晶收缩定向收缩影响收缩率率变化的因因素：塑料品种塑件特征模具结构成型工艺参参数1.3塑料成型工工艺性能08.12.2022261）收收缩缩率率计计算算S实=（a-b）/bS计=c-b/c（1-5）S实———实际际收收缩缩率率（（%)；S计———计算算收收缩缩率率（（%)；a————塑件件在在成成型型温温度度时时的的单单向向尺尺寸寸（（mm)b————塑件件在在常常温温下下的的单单向向尺尺寸寸（（mm)c————模具具型型腔腔在在常常温温下下的的单单向向尺尺寸寸（（mm)1.3塑料料成成型型工工艺艺性性能能08.12.2022271.3.3结晶晶性性热塑塑性性塑塑料料按按其其冷冷却却时时是是否否出出现现结结晶晶现现象象可可将将其其分分为为结结晶晶型型与与非非结结晶晶型型（（或或称称无无定定型型））。。结晶晶型型塑塑料料是是不不透透明明的的或或半半透透明明的的，，而而非非结结晶晶型型塑塑料料是是透透明明的的（（少少数数例例外外））。。结晶晶度度对对制制品品质质量量的的影影响响：：结晶晶度度大大的的塑塑件件密密度度大大，，强强度度、、硬硬度度高高，，刚刚度度、、耐耐磨磨性性好好，，耐耐化化学学性性和和电电性性能能好好。。结晶晶度度小小的的塑塑料料，，柔柔软软性性、、透透明明性性较较好好，，伸伸长长率率和和冲冲击击韧韧度度较较大大。。1.3塑料料成成型型工工艺艺性性能能08.12.202228宜采采用用中等等冷冷却却速速度度，即即将将模模具具温温度度控控制制在在Tg与Tvmax之间间。保保证证晶晶体体生生长长良良好好，，结结晶晶完完整整且且生生产产周周期期短短。。图1-9结晶晶速速度度与与温温度度的的关关系系影响响结结晶晶的的因因素素：：冷却却速速度度：：1.3塑料料成成型型工工艺艺性性能能08.12.2022291.3.4热敏敏性性及及吸吸湿湿性性热敏敏性性：：塑料料对对温温度度的的敏敏感感性性，，高高温温下下发发生生变变色色、、分分解解的的倾倾向向性性。。热敏敏性性塑塑料料：：硬硬聚聚氯氯乙乙烯烯、、聚聚偏偏氯氯乙乙烯烯、、氯氯乙乙烯烯和和醋醋酸酸乙乙烯烯共共聚聚物物（（EVA）、、聚聚甲甲醛醛、、聚聚三三氟氟氯氯乙乙烯烯等等。。吸湿湿性性：：是指指塑塑料料对对水水分分的的亲亲疏疏程程度度。。吸吸湿湿性性的的大大小小取取决决于于聚聚合合物物组组成成及及分分子子结结构构。。例如如：：PA、PC、ABS、PS等，，在在其其分分子子链链中中由由于于含含有有极极性性基基团团，，对对水水有有吸吸附附能能力力，，故故属属于于吸吸湿湿倾倾向向大大的的塑塑料料1.3塑料料成成型型工工艺艺性性能能08.12.2022301.3.5聚合合物物降降解解与与定定向向聚合合物物降降解解：：聚合合物物分分子子在在受受到到热热、、应应力力、、微微量量水水、、酸酸、、碱碱等等杂杂质质以以及及空空气气中中的的氧氧作作用用，，导导致致聚聚合合物物链链断断裂裂、、分分子子变变小小、、相相对对分分子子质质量量降降低低的的现现象象称称为为聚聚合合物物降降解解（（也也称称裂裂解解））。。聚合合物物降降解解的的影影响响：：轻度度降降解解会会使使聚聚合合物物变变色色；；进进一一步步降降解解会会使使聚聚合合物物分分解解出出低低分分子子物物质质