塑料工艺学课件版 1前言(1-2)

第一章绪论第一节塑料的定义第二节塑料的组成第三节塑料的分类第四节塑料的性能和用途第五节塑料的主要成型方法第一章绪论1.1什么是塑料？塑料是以树脂为主要成分，适当加入添加剂，可在加工中塑化成型的一类高分子材料。塑料工业：塑料原料的生产、塑料的配制、塑料制品的成型、塑料成型机械和模具。第一章绪论合成树脂粉料混合混合造粒成型机械加工修饰装配塑料工业生产流程示意图第一章绪论1.2塑料的组成合成树脂：决定塑料的基本性能稳定剂：热稳定剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂

填料：填充剂和增强剂

增塑剂：提高成型时的可塑性、增进制品的柔软性润滑剂：润滑、光亮着色剂固化剂：交联剂第一章绪论1.3塑料的性能：质量轻、比强度高、耐化学腐蚀能力强、绝缘性能好、光学性能好、加工性能好。塑料制品的用途：农业：农用薄膜、排灌与喷灌管道、鱼网工业：管道、容器、齿轮、壳体、封装材料建筑业：塑料门窗、上下水管、装饰材料交通与航空工业、办公及家用电器工业、第一章绪论1.4塑料的分类：按照成型性能：热塑性塑料和热固性塑料热塑性塑料：成型后再加热可重新软化加工而化学组成不变的一类塑料。特点：加工前后都是线性结构，无化学变化，可熔、可溶。热固性塑料：成型后不能再加热软化而重复加工的一类塑料特点：加工前是线性预聚体，加工中发生化学交联反应形成三维网状结构，不溶、不熔。第一章绪论按照用途：通用塑料、工程塑料、特殊用途塑料通用塑料：聚乙烯（Polyethylene）、聚丙烯（Polypropylene）、聚苯乙烯（Polystyrene）、聚氯乙烯（Polyvinylchloride）、酚醛（PF）和氨基塑料六大类。工程塑料：丙烯腈(Acrylonitrile)－丁二烯(Butadiene)－苯乙烯(Styrene)共聚物(ABS）、聚酰胺(Polyamide)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPO)、聚砜及各种增强塑料。塑料分类Classificationofplastics1.热塑性塑料

ThermoplasticPlastics聚氯乙烯Polyvinylchloride(PVC)聚笨乙烯

Polystyrene(PS)ABS树脂

ABS(ABS)聚碳酸

Polycarbonate(PC)丙烯酸Acrylic(PMMA)聚丙烯Polypropylene(PP)聚甲醛Acetal(POM)2.热固性塑料

ThermosetPlastics环氧树脂

Epoxyresins(EP)第一章绪论1.5塑料的主要成型方法注射成型挤出成型中空成型压缩成型压注成型固相成型成型方法与材料的MFR的关系成型方法产品所需材料的MFR挤出成型管材≤0.1片材、瓶、薄壁管0.1～0.5电线电缆0.1～1薄片、单丝（纯）0.5～1多股丝或纤维≈1瓶（玻璃状）1～2注射成型胶片（流延膜）9～15模压制件1～2薄壁制件3～6涂布涂覆纸9～15真空成型制件0.2～0.5塑料、橡胶、纤维及其分子量第二章塑料成型的理论基础2.1聚合物的加工和流变性质2.2聚合物在成型中的物理化学变化第二章塑料成型的理论基础2.1.1聚合物的聚集态－聚合物微观分子运动特征宏观表现结晶态、玻璃态、高弹态、粘流态等聚集态1.玻璃态及玻璃化转变温度(Tg)当聚合物分子运动的能量很低，难以克服分子内旋转势垒，链段(约含40一60个链节)和整个分子链的运动处于冻结状，松弛时间无限大，小的运动单元（侧基、支链和小链节）可以运动时，聚合物力学性质与玻璃相类似即为玻璃态。在外力下，形变很小，形变与外力的大小成正比。外力除去后，形变能立刻回复，符合虎克定律，呈现理想固体的虎克弹性或称普弹性。玻璃态与高弹态之间的转变称作玻璃化转变，对应温度即为玻璃化转变温度。2.高弹态温度升到一定值时，分子热运动足以克服内旋转位垒，链段运动激活，松弛时间减小，高聚物渐入高弹态。当聚合物在外力作用下，大分子链可以通过链段的运动改变构象以适应外力的作用。特别是分子在受外力拉伸时，可以从蜷曲的线团状态变为伸展的状态，表现出很大的形变(1000%)。当外力去除后，大分子链又回到链段的运动恢复到最可几的蜷曲的线团状态。在外力作用下这种大的且逐渐回复特征的形变，为区别于普弹性称为高弹性。高分子材料具有高弹态是它区别于低分子材料的重要标志。

3.粘流态当温度继续升高，最终导致整个分子链运动且松弛时间进一步缩短。在外力作用下即发生粘性流动，变性不能自发恢复。玻璃态形变温度粘流态高弹态温度-形变曲线（热-机曲线）（无定形聚合物）第二章塑料成型的理论基础2.1.2聚合物结晶：聚合物从高温熔体向低温固态转变的过程中，大分子规整排列形成高度有序的晶格的过程就是结晶过程。结晶过程只发生在玻璃化温度和熔融温度之间。结晶区高聚物溶化后是否进入粘流态应有分子量大小决定（1）当分子量比较小，Tf<Tm时，整个试样呈现粘流态。（2）当分子量比较大或足够大，Tf>Tm时，试样先呈现高弹态，当实际温度大于Tf时，进入粘流态。对成型加工不利。Tf是成型加工下限温度Td是成型加工上限温度Tf与Td

相差越远越有利于成型加工极性强的大分子Tf高，如PAN，大分子之间极性力太强，以致，尚未流动已经分解，所以不能用熔融法纺丝。PVC也是，所以在加工成型中不得不依靠加入足够的稳定剂来提高Td

，又加入增塑剂来降低Tf。成型加工依据1－熔融纺丝2－注射3－薄膜吹塑4－挤出成型5－压延成型6－中空成型7－真空和压力成型8－薄膜和纤维热拉伸9－薄膜和纤维冷拉伸第二章塑料成型的理论基础2.1.3聚合物的加工性：聚合物的可挤压性聚合物的可模塑性聚合物的可纺性聚合物的可延性第二章塑料成型的理论基础聚合物的可挤压性：聚合物通过挤压作用形变时获得一定形状并保持这种形状的能力。衡量聚合物可挤压性的物理量是熔体的粘度（剪切粘度和拉伸粘度）第二章塑料成型的理论基础聚合物的可模塑性：聚合物在温度和压力作用下发生形变并在模具型腔中模制成型的能力。要求：能充满模具型腔获得制品所需尺寸精度，有一定的密实度，满足制品合格的使用性能等。决定因素：聚合物属性、成型工艺、模具结构尺寸判断方法：聚合物熔体在注射压力作用下，由阿基米德螺旋形槽的模具的中部进入，经流动而逐渐冷却硬化为螺旋，以螺旋线的长度来判断聚合物流动性的优劣。第二章塑料成型的理论基础聚合物的可纺性：聚合物经过成型加工为连续的固态纤维的能力。聚合物的可延性：半晶型或半结晶聚合物在受到压延或拉伸时变形的能力。如果聚合物具有压延性，则通过压延和拉伸工艺可生产片材、薄膜和纤维。第二章塑料成型的理论基础θg－玻璃化温度，材料使用的下限温度θf－粘流温度θm－熔点温度聚合物在成型中的物理变化：结晶和取向聚合物在成型中的化学变化：降解和交联2.2聚合物在成型中的物理化学变化聚合物在成型中的物理变化结晶：分子结构简单、对称性高（PE.PTFE.PVDC)，或者分子间作用力大（PA）。完全熔融的温度：ΘM=(1.5~2.0)Θg结晶形态：单、球晶、伸直链晶、纤维状晶后结晶、二次结晶：内应力变形密度拉伸强度冲击韧性弹性模量热性能脆性结晶度：不完全结晶的聚合物中晶相所占的质量分数（或体积分数）。测试方法：量热法（DTA、DSC）、密度法、X－射线衍射法、红外光谱法、水解法、核磁共振法等结晶影响结晶的因素：熔融温度和熔融时间冷却速度：模具温度和熔体温度的差切应力和压力：注射和保压分子结构、低分子物质和固体杂质（成核剂）给试样或参比物提供补充热量，以保证它们在升温测量过程中始终保持同样的温度，因而可以测定试样的吸热或放热效应以及热容的变化，由对试样的补偿的热量峰ΔH就可以找到发生热力学突变的位置取向及残余应力取向：聚合物的大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。拉伸取向、流动取向取向度F=½(3cos2θ-1),θ结构单元排列方向与流动方向（或拉伸方向）之间的夹角测试方法：声波传播法、光学双折射法、广角X－射线衍射法、偏振荧光法残余应力：熔体受到不均衡的高剪切和正应力作用、模具温度的不均匀而产生聚合物在成型中的化学变化降解：聚合物在高温、应力、氧气和水分等外部条件作用下发生的化学分解反应。成型时的热和压力达到或超过聚合物化学键的能量、杂质产生的游离基、氧和水的作用等热降解、氧化降解、水降解、应力降解交链：聚合物由线型结构转变为体型结构的化学反应过程（热固性塑料）第三章塑料制品的原料选择

塑料材料的选用原则：①制品要求的使用性能：材料的机械性能、耐热温度、透明性、绝缘性、导电性、使用环境②原料的可加工性：加工设备成本：压延成型>注塑>挤出>中空吹塑>压制成型>真空吸塑加工能耗：是否干燥，加工温度③原料成本：PF（酚醛）>PET>LDPE>PVC>PS>PP树脂品种热变形温度/oC维卡软化温度/oCHDPE80120LDPE5095PP102110PS85105PMMA100120PC134153ABS86160PET70-PA658180PPO（聚苯醚））172-常用塑料的耐热性结晶聚合物Tg

（oC）熔点Tm（oC）PE-120146PP（等规）200PTFE327PC150295PA650270热变形温度：升温速度为２℃／min，负荷为18.5kg／cm２，试样的尺寸为（120×15mm），随着温度的升高，它将产生弯曲变形，当试样中点弯曲挠度（试样着力处的位移）达到0.21mm时的温度就称为热变形温度。维卡软化温度：维卡软化温度用于塑料、皮革测试较多，测定的是“针入度”。和热变形温度测定原理一样，只不过试样是圆片或方片，形变到达一定深度时的温度称为维卡软化温度。（PVC：0.1mm）塑料冲击强度/(J/m)塑料冲击强度/(J/m)PS16PTFE113PP20HDPE130PA101051PA6146PSF(聚砜)61ABS183POM68PC422PA6690LDPE543几种树脂的落球冲击强度PVCPVC可分透明、不透明及软硬质等。软质PVC的加工温度是70～100℃，硬质PVC加工时间短，不过须升温到150℃。硬质PVC熔融时，流动性不好，其力学强度也相当大，电气绝缘性件耐热、耐碱、耐酸性等也非常好，且透明可以自由着色。软质PVC因具有可塑性以上述性质较低，不过却可自由制得柔软的薄膜或薄板。软化温度约80℃,硬质耐水，分解温度约273℃。

PVC可用于制作桌巾、包装膜、汽车窗帘、公事包、手提包、化学鞋，胶膜能通过紫外线，保温性能很好。硬质PVC可用于水道配管、化学工厂配管、建材、电话机、电气零件、耐药品器具等。PS

无色透明，硬而稍脆，耐水性、电气绝缘性非常优越，不受强酸或强碱侵蚀，但对有机溶剂和油缺乏耐力，耐热性也不是很好。聚苯乙烯树脂的另一大特征是熔融树脂的热稳定性和流动性很高，成型性非常好，PS可自由着色，但稍脆。耐冲击性苯乙烯（HIPS）树脂是在苯乙烯树脂中添加丁二烯和苯乙烯共聚合橡胶而得，但两者又各分好几级，此外也有添加紫外线吸收剂或抗氧化剂以改善耐光性，也有把玻璃纤维加入基材中，以加大强度的情况。

PS迎合现代视觉的美观透明性和色调，使它可广泛用于面包盒、牛油罐等餐桌用品、商品容器、玩具、水果盘、牙刷或毛刷的柄、肥皂盒、调味料容器等。ABS

苯乙烯单体若与丙烯睛单体和丁二烯橡胶聚合，则可得由丙烯睛（A）、丁二烯橡胶（B）、苯乙烯（S）三成分各种比例组合而成的共聚合体（ABS）。

ABS等性质，树脂具备冲击强度、机械强度、耐药品性、耐热性、尺寸稳定、加工容易也是较廉价的工业材料。主要用途是制造收音机、电视机外壳、果汁机、吹风机、电动剃须刀的外壳、电扇的本体、汽车的仪表外壳、车厢冷气机外壳。冷暖气前护格机框。PCPC为无色或淡黄色的材料，抗拉强度、弯曲强度、弹性、耐冲击性都大，这些物理性质可与金属材料匹敌。且这些性质不会因温度而有太大变化，在140℃仍可保持强度。脆化温度低到-100～-140℃，耐冲击性很大，高居塑料的首位，可制成胶盔、安全帽。对紫外线的抵抗性很强，曝露屋外十年间的耐候性试验，力学性能仍毫无变化，电气性质也优良，耐药品性是耐酸而不耐碱