塑料基础工艺及设计9

《塑料成型工艺及模具设计》第3版，第1章教案课程名称：塑料成型工艺及模具设计章节名称：第1章塑料成型基础知识授课对象：材料成型及控制工程、机械设计制造及其自动化、高分子材料与工程等专业本科生学时安排：4学时（理论教学）一、教学目标1.知识目标理解高分子聚合物的形成、链状结构与聚集态结构；掌握线型非晶态与晶态高聚物的三态转变（玻璃态、高弹态、黏流态）及其加工适应性；熟悉聚合物流变学基本概念，包括牛顿型与非牛顿型流体、表观黏度的影响因素；了解聚合物成型过程中的物理行为（结晶、取向、残余应力）和化学行为（降解、交联）及其对塑件质量的影响；掌握塑料的组成、分类（热塑性/热固性、通用/工程/特种）、性能特点及用途；理解塑料成型工艺性能（收缩性、流动性、热敏性、水敏性等）及其对模具设计和工艺参数选择的影响。2.能力目标能够根据塑料的工艺性能初步判断成型难易程度；能够分析聚合物结构与性能之间的关系，为后续模具设计提供理论依据；能够识别常见塑料类型并了解其基本用途。3.素质目标培养学生从高分子物理角度思考成型问题的科学思维；通过介绍我国高分子材料发展成就，增强民族自豪感与行业责任感；树立严谨求实的工程态度，理解材料性能对产品质量的决定性作用。二、教学重点与难点教学重点线型非晶态与晶态高聚物的三态转变及对应的加工方法；聚合物流变行为（假塑性流体、表观黏度、影响黏度的因素）；塑料成型工艺性能：收缩率、流动性、结晶性、热敏性等；塑料的组成（树脂与添加剂）及分类。教学难点聚合物黏弹性及其在成型中的表现（如入口效应、离模膨胀）；结晶、取向、残余应力的产生机理及对塑件性能的影响；收缩率的计算与影响因素。三、教学方法与手段多媒体讲授：结合PPT、动画演示聚合物分子结构、三态转变、流变曲线等抽象概念；案例分析：通过常见塑料（如PE、PP、ABS、PC）的工艺性能对比，加深理解；实物展示：展示不同塑料样品，直观感受塑料的差异；课堂互动：设问启发，如“为什么聚乙烯可以反复加热成型，而酚醛塑料不行？”；雨课堂/学习通：推送预习资料和课后练习题。四、教学内容及过程设计教学环节教学内容要点时间分配教学活动设计导入从生活实例（如塑料瓶、手机壳）引入，提问“为什么不同塑料性能各异？”激发兴趣。5分钟展示常见塑料制品，引导学生思考材料与成型的关系。1.1聚合物的结构和性能高分子聚合物的形成（聚合反应、相对分子质量）；链状结构类型：线型、支链型、体型（热塑性/热固性）；聚集态结构：晶态、部分晶态、非晶态；线型非晶态高聚物的三态：玻璃态、高弹态、黏流态（\(T_g\)、\(T_f\)、\(T_d\)）；线型晶态高聚物的特点（熔点\(T_m\)）。45分钟播放动画展示分子链运动；对比热塑性与热固性塑料的交联过程；举例说明不同状态对应的成型方法（如玻璃态可机械加工、高弹态可真空成型、黏流态可注射）。1.2聚合物的流变性质牛顿型流体与非牛顿型流体（宾哈、假塑性、膨胀性）；假塑性流体的“剪切变稀”现象及表观黏度公式；影响黏度的因素：分子结构、相对分子质量、温度、压力、助剂；聚合物的弹性行为：端末效应（入口效应、离模膨胀）、失稳流动；充型流动：喷射、扩展流动、熔接痕。50分钟展示流动曲线图；用挤出实验视频演示离模膨胀；讨论浇口设计如何避免喷射。1.3聚合物成型过程中的物理行为加热与冷却（传热性差、结晶潜热）；结晶（条件、对塑件性能的影响）；取向（机理、影响因素、对性能的影响）；残余应力（类型、危害、减少措施）。30分钟结合图表解释结晶度与力学性能的关系；举例说明取向导致各向异性（如薄膜拉伸）；引入退火处理概念。1.4聚合物成型过程中的化学行为降解（热降解、氧化降解、水降解、应力降解）及防止方法；交联（热固性塑料固化、硬化程度判断）。20分钟强调干燥对吸湿性塑料的重要性；展示过热导致的塑件缺陷图片。1.5塑料的组成、分类、性能与用途塑料组成：树脂（主要成分）与添加剂（填充剂、增塑剂、稳定剂、着色剂、润滑剂、固化剂等）；分类：按受热行为（热塑性/热固性）、按用途（通用/工程/特种）；性能特点（密度小、比强度高、化学稳定性好等）及局限性；常用塑料性能与用途（表2-1）。30分钟展示不同添加剂实物或图片；列表对比热塑性与热固性塑料；介绍我国工程塑料发展现状（思政点）。1.6塑料成型工艺性能收缩性：定义、形式（线性收缩、方向性、后收缩）、收缩率计算、影响因素；流动性：熔融指数、螺旋线长度、拉西格流动值；其他工艺性能：结晶性、热敏性、水敏性、吸湿性、应力敏感性、相容性、比体积与压缩比、硬化特性。30分钟讲解收缩率计算公式（1-5）；展示不同塑料流动性数据表；讨论如何根据工艺性能选择成型条件。课堂小结回顾本章核心知识点，强调结构与性能、流变、工艺性能的内在联系。10分钟思维导图总结；预留答疑时间。五、课后作业与思考题简答题：解释线型非晶态高聚物的三态转变，并说明各状态对应的成型加工方法。什么是假塑性流体？其表观黏度与剪切速率有何关系？影响塑料收缩率的主要因素有哪些？在设计模具时如何考虑收缩率？塑料添加剂有哪些类型？分别起什么作用？计算题：

某塑件在常温下的尺寸为100mm，模具型腔在常温下的尺寸为101.5mm，求该塑料的计算收缩率。若塑件成型后24小时实测尺寸为99.8mm，实际收缩率是多少？分析题：为什么聚碳酸酯（PC）注射前必须充分干燥，而聚乙烯（PE）通常不需要？请从聚合物结构角度分析。结合教材表1-2和1-3，讨论壁厚对收缩率的影响规律，并说明在模具设计中如何应对。拓展思考：

收集资料，了解我国在高性能工程塑料（如聚醚醚酮PEEK、聚酰亚胺PI）领域的最新进展，并撰写200字左右的心得体会（思政融入）。六、参考资料教材：《塑料成型工艺及模具设计》（王群、滕杰主编，机械工业出版社，2025）参考书：《塑料成型工艺学》（黄锐主编）、《高分子物理》（何曼君等）标准：GB/