第2章-塑料成型技术基础

第2章塑料成型技术基础塑料成型工艺与模具结构电子教案塑料的组成和特性塑料的分类塑料的热力学性能2.12.22.3第2章塑料成型技术基础塑料的工艺性能2.4常用塑料的性能与应用2.52.1塑料的基本组成一、塑料的特性

1.密度小、质量轻塑料的密度大约是钢材的1/8~1/5，铝材的1/2，如果采用发泡工艺生产泡沫塑料，则塑料的密度将会更小。

2.比强度、比刚度高塑料密度小，按单位质量计算相对的强度和刚度，即比强度（强度与其密度之比称为比强度）和比刚度（弹性模量与其密度之比称为比刚度）比较高。

2.1塑料的基本组成塑料的特性2.1塑料的基本组成3.化学稳定性好

它们对酸、碱、盐和许多化学药物都具有良好的耐腐蚀能力,最突出的是聚四氟乙烯塑料，化学稳定性极高，对强酸、强碱及各种氧化剂等腐蚀性很强的介质都完全稳定，甚至可以承受“王水”（镪酸）的腐蚀，被称为“塑料王”。4.减摩、耐磨性能优良，减振、隔音性能好它们可以在水、油或带有腐蚀性的液体中工作，也可以在半干摩擦或者完全干摩擦的条件下工作，这是一般金属零件无法与其相比的。塑料的减振和隔音性能来自于聚合物大分子的柔韧性和弹性。塑料从外部吸收进来的机械能量转换成内部热能，从而也就起到了吸振和减振的作用。5、电绝缘性能好、介电损耗低

塑料原子内部一般都没有自由电子和离子，所以大多数塑料都具有良好的绝缘性能以及很低的介电损耗。

2.1塑料的基本组成6.热导率低，部分塑料具有良好的光学性能7.塑料还有良好的成型加工型，可电镀性和着色能力。

塑料也有缺点：例如：塑件在光和热的作用下容易老化，使性能变差；塑件若长期受载荷作用，即使温度不高，其形状也会发生“蠕变”，且这种变形是不可逆的，从而导致塑件尺寸精度的丧失；塑件的使用温度范围较窄，对温度的敏感性远比金属或其他非金属大；塑料成型时收缩率较高，有的甚至高达3.5%以上，使得塑件要获得高精度难度较大，故塑件精度普遍不如金属零件。2.1塑料的基本组成二、塑料的基本组成塑料是以合成树脂为主要成分，加入适量的添加剂组成的。1、合成树脂

合成树脂是塑料的基本成分，是人们模仿天然树脂的成分用化学方法人工制取得到的各种树脂。2、塑料添加剂增塑剂（凡添加到聚合物中能使聚合物体系的塑性增加的物质都可以称之为增塑剂）。

增塑剂的作用是提高塑料的可塑性和柔软性。填料

填料在充填过程中一般显示两种功能：首先增加容量，降低塑料成本；其次是能够改善塑料性能，即用以塑料改性，提高塑料的物理性能、加工性能和塑件的质量等。2.1塑料的基本组成塑料的组成2、添加剂稳定剂

作用是提高树脂在热、光和霉菌等外界因素作用时的稳定性；阻缓塑料在成型或使用过程中的变质。稳定剂的加入量很少，一般仅为千分之几，但作用却很大。选择稳定剂首先要求和树脂相容性好，对树脂的稳定效果佳，其次还要求在成型过程中最好不分解，挥发性小，无色、耐油、耐化学药品及耐水等。常用的稳定剂有光稳定剂、热稳定剂和抗氧剂等。润滑剂

作用是改进高聚物的流动性、减少摩擦、降低界面黏附。润滑剂还可以起到熔融促进剂、防黏连和防静电、有利于脱模等作用。润滑剂的用量一般占总质量的0.5％～1％。

2.1塑料的基本组成塑料的组成2、添加剂着色剂

着色剂是能使塑料制件具有各种颜色的物质。着色剂还可改善塑件的性能，如可以提高耐候性、力学强度、电性能及光学性能等。着色剂一般有无机颜料、有机颜料及染料三大类。2.2塑料的分类塑料的分类（1）按照制造树脂的方法分为缩聚型塑料和加聚型塑料。（2）按照塑料树脂的大分子类型和特性分类1)热塑性塑料

热塑性塑料主要由合成树脂（分子为线型或者带有支链的线型结构）制成，其成型过程是物理变化。热塑性塑料受热可软化或熔融，成型加工后冷却固化，再加热仍可软化，可回收利用。

2)热固性塑料

热固性塑料主要是以缩聚树脂（分子为立体网状结构）为主，加入各种助剂制成的，但它的成型过程不仅是物理变化，更主要是化学变化。热固性塑料成型加工时也可受热软化或熔融，但一旦成型固化后便不能够再次软化，也不可回收利用。2.2塑料的分类塑料的分类（3）按塑料的应用分为普通塑料和工程塑料。

工程塑料又可分为通用工程塑料和特种工程塑料。1）普通塑料主要指产量大、用途广、价格低廉的一类塑料，它包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料、氨基塑料等六大普通塑料。它们的产量占塑料总产量的一大半以上，构成了塑料工业的主体。2）工程塑料是指在工程技术中作为结构材料的塑料。这类塑料的力学性能、耐热性、耐腐蚀性、尺寸稳定性等均较高，在变化的环境条件下可保持良好的绝缘介电性能。工程塑料一般可作为承载结构件、耐热件、耐腐蚀件、绝缘件使用。3）特种工程塑料又称为功能塑料，指具有某种特殊功能的塑料，如用于导电、热电、导磁、感光、防辐射、光导纤维、专用于减摩耐磨用途塑料。

2.3塑料的热力学性能塑料的热力学性能

1.非晶态高聚物的热力学性能

曲线分为三个阶段，即线型无定形聚合物常存在的三种物理状态:玻璃态、高弹态和黏流态。2.3塑料的热力学性能聚合物的热力学性能

2.晶态高聚物的热力学性能

2.4塑料的工艺性能1塑料的成型收缩性概念

塑料制件从模具中取出冷却后一般都会出现尺寸缩小的现象，这种体积收缩的特性称为塑料的成型收缩性。 其大小一般用实际收缩率和计算收缩率来表征。影响因素

（1）塑料品种（2）塑件结构（3）模具结构（4）成型工艺2.4塑料的工艺性能2塑料的流动性概念：

树脂聚合物所处的温度大于其黏流温度θf时发生的大分子之间的相对滑移现象，表现为成型过程中在一定温度和一定压力下塑料熔体充填模具型腔的能力。影响因素：（1）温度

一般情况料温高，流动性大，但不同塑料也各有差异。（2）压力

注射压力增大，流动性也增大。（3）模具结构

浇注系统的形式、尺寸、结构、冷却系统的设计和流动阻力等。2.4塑料的工艺性能2塑料的流动性（1）热塑性塑料流动性的测定2.4塑料的工艺性能2塑料的流动性（2）热固性塑料流动性的测定采用拉西格压模测定2.4塑料的工艺性能3塑料的相容性 塑料的相容性，也称为共混性，是指两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状态下不产生相分离现象的能力。这是改进塑料性能的重要途径之一

.分子结构相似者较易相容，如高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯彼此之间的混熔等，分于结构不同时较难相容，如聚乙烯和聚苯乙烯之间的混熔。

4塑料的热敏性和吸湿性热敏性 指塑料在受热、受压时的敏感程度。 吸湿性 指塑料对水分的亲疏程度。5塑料的比体积和压缩率

比体积和压缩率主要针对热固性塑料而言。比体积是指单位质量的松散塑料所占有的体积，其单位为cm3／ｇ；压缩率是指塑料的体积与塑件的体积之比，其值恒大于１。比体积和压缩率都表示粉状和纤维状塑料的松散性，在热固性塑料压缩或压注成型时，用它们来确定模具加料室的大小。2.4塑料的工艺性能6聚合物的取向现象当线型高分子受到外力而充分伸展的时候，其长度远远超过其宽度，这种结构上的不对称性，使它们在某些情况下很容易沿某特定方向做占优势的平行排列，这种现象称为取向。宏观上取向一般分为拉伸取向和流动取向两种类型。聚合物取向的结果是导致高分子材料的力学性质、光学性质以及热性能等方面发生了显著的变化。聚合物的取向性质已被广泛应用于工业生产中，牵伸工艺、吹塑成型工艺。7聚合物的降解

降解是指聚合物在某些特定条件下发生的大分子链断裂、侧基的改变、分子链结构的改变及相对分子质量降低等高聚物微观分子结构的化学变化。按照聚合物产生降解的不同条件可把降解分为很多种，主要有热降解、水降解、氧化降解、应力降解等。2.5常用塑料的性能与应用1热塑性塑料1.聚乙烯（PE）

由乙烯单体经聚合而成,是塑料工业中产量最大的品种。1939年实现工业化生产，是目前合成树脂中产量最大、用途最广的品种，约占世界塑料总产量的30%，为塑料工业之冠。无毒、无味、呈乳白色的蜡状半透明状；聚乙烯有优良的绝缘性、耐化学腐蚀性及耐低温性能，还有很高的耐水性，长期与水接触其性能可保持不变。聚乙烯的聚合方法按压力来分有低压法、中压法、高压法，所得到的聚合物相应地称为低压聚乙烯、中压聚乙烯和高压聚乙烯。高压法制备的聚乙烯，密度和结晶度较低，质地柔软、透明性好，可以用于制薄膜和日用品。这种聚乙烯也称为低密度聚乙烯（LD-PE)。低压法和中压法制备的聚乙烯，由于密度和结晶度较高，所以刚性大，机械强度高，但透明性较差，适于制备各种工业配件。这种聚乙烯又称为高密度聚乙烯(HD-PE)。聚乙烯质地柔软且易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模。2.5常用塑料的性能与应用2.聚丙烯（PP）

无味、无色、无毒，呈白色的半透明蜡状，在通用塑料中最轻；有优良的耐热性、耐化学腐蚀性；聚丙烯具有较好的刚度和易定向性；但收缩率较高。是通用塑料中唯一能在水中煮沸，甚至在135℃蒸汽中消毒而不被破坏的塑料。

强度比聚乙烯好，特别是经定向拉伸后的聚丙烯具有极高的抗弯曲疲劳强度，可制作铰链,俗称“百折软胶”；聚丙烯吸水率＜0.02％，几乎不吸水，防潮性能较好；聚丙烯在氧、热、光的作用下极易降解、老化，所以必须加入防老化剂。常用它来制作各种机械零件，如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件等，也可用做水、蒸汽、各种酸碱等的输送管道，盖和箱壳及各种绝缘零件，此外还可用于医药工业中等。2.5常用塑料的性能与应用3.聚氯乙烯（PVC）

聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末，由于其分子结构中含有氯原子，因此聚氯乙烯通常不易燃烧。早在20世纪30年代已实现工业化生产，原料易得，价格低廉，是热塑性通用塑料中耗能和生产成本最低的品种，世界产量仅次于聚乙烯，我国（聚氯乙烯）在20世纪90年代前一直位居第一，90年代以后被聚乙烯取代。含15%以下增塑剂的PVC称为硬PVC，含15%以上增塑剂的PVC称为软PVC。材料中增塑剂含量决定软硬程度。

硬聚氯乙烯有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能；软聚氯乙烯柔软性、断裂伸长率较好，但硬度、抗拉强度较低。PVC是无定形高聚物，没有明显的熔点，热稳定性较差。PVC的化学稳定性比较高，电器绝缘性能优良。PVC材料热稳定性差，易分解，在力、热及氧等条件下分解出HCI气体，所以PVC在加工时熔化温度是一个非常重要的工艺参数，如果此参数不当将导致材料分解的问题。必须加入稳定剂，并严格控制温度及熔料的滞留时间。

主要用途可用于房屋墙板；可用于防腐管道、管件、输油管等；可在电气、电子工业中用于制造插座、插头、开关、电缆；在日常生活中用于制造凉鞋、雨衣、玩具、人造革等。2.5常用塑料的性能与应用4.聚苯乙烯（PS）

（1）基本特性

聚苯乙烯是由苯乙烯聚合而成，为无色、无味的透明塑料。易燃烧,燃烧时带有很浓的黑烟，鲜花味。落地时发出清脆的类似金属的声音。易于着色,具有较好的几何稳定性、热稳定性和优良的光学透过性能；具有良好的电学性能，尤其是高频绝缘性；具有一定的化学稳定性，它能抵抗水及稀释的无机酸；缺点：在一些有机溶剂中易膨胀变形。力学性能不高，质硬而且脆，冲击强度和耐热性差，易燃。

为改进其性能，对其进行改性，产生了苯乙烯系列树脂，五大品种：

通用级聚苯乙烯（GPPS）俗称：硬胶高冲击聚苯乙烯（HIPS）俗称：不碎胶发泡级聚苯乙烯（EPS）俗称：发泡胶AS（SAN料）俗称：透明不碎胶ABS俗称：高度（超）不碎胶2.5常用塑料的性能与应用4.聚苯乙烯（PS）

（2）主要用途可制作灯罩、透明容器等；可用于电气方面的接线盒、电池盒等；可用于制造包装材料、家庭用品（餐具、托盘等）。聚苯乙烯有良好的卫生性能，用于产品包装，特别是一次性使用的包装容器。（3）成型特点熔化温度为180～280℃，成型模温为40～50℃；由于热膨胀系数高，制品中不宜有嵌件；塑件脱模斜度不宜过小、推出要均匀；宜用高料温、高模温、低压力并延长注射时间；常用点浇口形式。2.5常用塑料的性能与应用5.丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）（1）基本特性 ABS是由丙烯腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）共聚生成的三元共聚物，具有良好的综合力学性能。是目前产量最大、应用最广的一种工程塑料。丙烯腈使ABS有较高的耐化学腐蚀性及表面硬度；丁二烯使ABS具有良好的弹韧性；苯乙烯使ABS具有良好的加工性和染色性能。ABS的特性主要取决于三种单体的比率，通过控制三种成分的比例可以改变ABS的性能。无毒、无味，易燃烧、无自熄性，呈浅象牙色；有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性和耐水性；收缩率小，尺寸稳定。容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工。广泛应用于计算机和机器壳体，电器设备、汽车挡泥板等。2.5常用塑料的性能与应用6.聚酰胺（PA）

又称尼龙（Nylon），尼龙树脂为无毒、无味，呈白色或淡黄色的结晶颗粒。首先用于合成纤维，在我国的商品名为“锦纶”，而后用作塑料的。聚酰胺（PA）主要品种有尼龙6、尼龙66，尼龙1010

。具有优良的力学性能，抗拉、抗压、耐磨；抗冲击强度比一般塑料有显著提高，其中以尼龙6更优；具有良好的消音效果和自润滑性能；具有良好的耐化学性、气体透过性、耐油性和电性能；吸水性强、收缩率大，常常因吸水而引起尺寸的变化。熔融黏度低、流动性好，易产生飞边，成型加工前必须进行干燥处理；熔融状态的尼龙热稳定性较差尼龙具有优良的力学性能，耐磨性高于作轴承的钢、铜合金及普通钢，比强度高于金属，机械强度优异，可替代金属材料，广泛用于制造齿轮、蜗轮、密封垫片、轴承等。

1937年，杜邦公司的一位化学师偶然发现煤焦油、空气与水的混合物在高温融化后能拉出一种坚硬、耐磨、纤细并灵活的细丝。这就是广为人知的尼龙纤维。尼龙丝袜的发展是袜子历史中的一个里程碑。尼龙丝袜存在的最大的缺陷就是缺乏弹性。氨纶（PU)，又称弹性纤维，最早由德国拜耳公司于20世纪30年代开发成功，1959年美国杜邦公司首先实现了工业化生产，商品名称为Lycra（莱卡）。氨纶纤维（也称为斯潘德克斯Spendex纤维）是近年快速发展的高弹性合成纤维。氨纶做成的内衣伸缩自如，被誉为“第二皮肤”

。2.5常用塑料的性能与应用7.聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）

俗称有机玻璃或亚加力。具有很高的透明性，透光率为９０％～９２％，在所有塑料中透光性是最好的。力学强度和韧性是硅玻璃的10倍以上，坚韧、质轻、不易变形。

有较强的耐化学腐蚀性，电性能和耐候性能优良，但耐磨性能差。质脆，易开裂；表面硬度低，易擦花；故对包装要求高。

聚甲基丙烯酸甲酯可用来制造具有一定透明度的防振、防爆和观察等方面的零件。如飞机和汽车的窗玻璃、飞机罩盖、油杯、光学镜片等；也可用作绝缘材料和广告铭牌等。2.5常用塑料的性能与应用8.聚碳酸酯（PC）

本色微黄，而加点淡蓝色后可得到无色透明的塑件，透光率接近有机玻璃

具有良好的韧性和刚性，抗冲击性极好，俗称“防弹塑胶”具有良好的抗蠕变、耐磨、耐热、耐寒性和良好的耐气候性，而且电性能优良；收缩率小，尺寸稳定性好，塑件精度高。加工前物料必须经干燥处理；流道性差，成型时要求有较高的温度和压力；温度对ＰＣ的熔融黏度影响较大，所以可用提高温度的办法来增加融熔塑料的流动性；耐磨性差，塑件内应力较大，对缺口敏感，易开裂。聚碳酸酯是一种性能优良的工程塑料，广泛用于机械、电器上，还可制作照明灯、高温透镜、视孔镜、防护玻璃等光学零件。PC工程塑料的三大应用领域是玻璃装配业、汽车工业和电子、电器工业。广泛应用于人工肾血液透析设备和其他需要在透明、直观条件下操作并需反复消毒的医疗设备中。仅一架波音型飞机上所用聚碳酸酯部件就达2500个，单机耗用聚碳酸酯约2吨。

可重复消毒和使用的各种型号的储水瓶。

采用光学级聚碳酸配制作的光学透镜用于照相机、显微镜、望远镜及光学测试仪器等。由光学级聚碳酸酯制成的光盘作为新一代音像信息存储介质，正在以极快的速度迅猛发展。聚碳酸酯以其优良的性能特点因而成为世界光盘制造业的主要原料。生产轿车和轻型卡车的各种零部件，其主要集中在照明系统、仪表板、加热板、除霜器及聚碳酸酯合金制的保险杠等。

2.5常用塑料的性能与应用9.聚甲醛（POM）

外观呈淡黄或白色，既硬又滑，薄壁部分半透明。抗拉及抗压性能较好，耐疲劳强度突出，俗称“赛钢”；常温下一般不溶于有机溶剂，能耐醛、酯、醚、烃及弱酸、弱碱，但不耐强酸；耐汽油及润滑油性能也很好；有较好的电气绝缘性能。尺寸稳定，具有优良的减摩、耐磨性能，耐扭变，有突出的回弹能力。成型收缩率大，在成型温度下的热稳定性较差，加工温度范围窄，所以要严格控制成型温度。适合于做轴承、凸轮、滚轮、辊子、齿轮等耐磨、传动零件，还可用于制造汽车仪表板、汽化器、各种仪器外壳、罩盖、箱体、化工容器、泵叶轮、鼓风机叶片、配电盘、线圈座、各种输油管、塑料弹簧等。2.5常用塑料的性能与应用10.聚砜（ＰＳＵ）外观有的呈透明而微带琥珀色，也有的是象牙色的不透明体。聚砜具有较好的化学稳定性，很高的力学性能、很好的刚性和优良的介电性能；聚砜的尺寸稳定性较好；可进行一般机械加工和电镀；成型加工前仍要预先将原料进行充分干燥；模具设计时要尽可能考虑到降低浇口的阻力，成型时要注意对模具加热。聚砜可用于制造电气和电子零件，也可用来制造需要具有良好的热性能、耐化学性和刚性好的零件。2.5常用塑料的性能与应用11.聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）

俗称塑料王。聚四氟乙烯树脂为白色粉末，外观蜡状、光滑不黏，化学稳定性是其他任何塑料无法比拟的；耐热耐寒性能优良；短时间可耐高温到300℃，一般在240℃~260℃之间可连续使用。具有良好的电气绝缘性，且不受环境湿度、温度和电频率的影响。聚四氟乙烯的缺点是容易热膨胀，不耐磨，机械强度差，刚性不足且成型困难。制件一般是先将粉料冷压成坯件，然后再烧结成型。聚四氟乙烯在防腐化工机械上用于制造管子、阀门、泵、涂层衬里等；在电绝缘方面广泛应用在要求有良好高频性能并能高度耐热、耐寒、耐腐蚀的场合，如喷气式飞机、雷达等上面的某些零件；也可用于制造自润滑减摩轴承、活塞环等零件。由于它具有不黏性，在塑料加工及食品工业中被广泛地用于脱模剂。商标名Teflon

，特氟龙。这种材料的产品一般统称作“不粘涂层”

。聚四氟乙烯是1938年由化学家罗伊·普朗克特博士在杜邦位于美国新泽西州的实验室中意外发现。杜邦公司在1941年取得其专利，并于1944年以“Teflon”的名称注册商标。

1954年，法国工程师马克·格雷瓜尔的妻子柯莱特突发奇想，觉得丈夫用来涂在钓鱼线上防止打结的不粘材料特氟龙(Teflon)可以用在煎锅上，“不粘锅”。在医学上还可用它制作代用血管、人工心肺装置等。不粘性，耐热性，滑动性，抗湿性，耐磨损性，耐腐蚀性

12、PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）俗称涤纶树脂。1946年英国发表了第一个制备PET的专利，但美国杜邦公司购买专利后，1953年建立了生产装置，在世界最先实现工业化生产。初期PET几乎都用于合成纤维(我国俗称涤纶、的确良)。80年代以来，PET作为工程塑料有突破性的发展。包装是聚酯最大的非纤应用市场，同时也是PET增长最快的领域。

2.5常用塑料的性能与应用热固性塑料1.酚醛塑料（PF）

（1）基本特性 由苯酚和甲醛在催化剂的条件下缩聚，经中和、水洗而制成的树脂，呈琥珀玻璃态。酚醛树脂具有较好的耐酸性能；具有较好的力学性能，刚性好，变形小；耐热耐磨，能在150℃～200℃的温度范围内长期使用，在水润滑条件下，有极低的摩擦系数；电绝缘性能优良；质脆，冲击强度差，收缩率大。2.5常用塑料的性能与应用热固性塑料1.酚醛塑料（PF）