华科大塑料成型工艺学课件02塑料成型基础

第二章塑料成型基础塑料成型工艺及模具设计第2章塑料成型基础本章基本内容塑料成型基础理论注射工艺过程及主要成型工艺参数塑料的成型特性第2章塑料成型基础学习目的与要求掌握高聚物的三种物理、力学状态及其应用。掌握塑料成型基本理论、注射工艺过程及主要成型工艺参数。充分了解塑料的成型特性，使塑料成型工艺性与模具结构相匹配。第2章塑料成型基础本章重点对塑料的特征温度的理解牛顿型流体与非牛顿型流体的区别注射工艺过程对成型工艺条件的选择和控制第2章塑料成型基础本章难点对塑料的特征温度的理解，以及如何使用这些温度。对成型工艺条件的选择和控制。第2章塑料成型基础2.1塑料成型基础理论2.2注射工艺过程及主要成型工艺参数2.3塑料的成型特性

2.4思考题2.1塑料成型基础理论2.1.1高聚物的三种物理、力学状态及其应用2.1.2成型加工中塑料受到的应力和应变2.1.3塑料熔体的流变性能2.1.4对塑料粘度的调节2.1.5分子定向2.1.6热固性塑料流变学2.1.1高聚物的三种物理、力学状态及其应用

塑料的物理状态：玻璃态、高弹态和粘流态塑料的物理状态与它本身的温度有关。如图2-1所示。A塑料呈现刚性固体状，为玻璃态。C高聚物呈现柔软的弹性状，称高弹态。E继续升高温度，分子热运动能量进一步增大，至能解开分子链间的缠结而发生整个大分子的滑移，在外力作用下便发生粘性流动，称粘流态。Tb称为脆化温度，是高聚物保持高分子力学特性的最低温度。Td称为分解温度，在温度高于Td后，高分子主链发生断裂，这现象称为降解。图2-2是结晶型高聚物的温度—形变曲线。2.1.2成型加工中塑料受到的应力和应变只有在受到外力作用而产生应变时，塑料才会流动和变形。应力有三种类型：

剪切应力、拉伸应力、压缩应力，因而对应产生三种应变（在应力作用下产生的形状与尺寸变化叫做应变）：

剪切应变、拉伸应变和压缩应变。剪切应力对塑料的成型最为重要。如图2-32.1.3塑料熔体的流变性能研究物质形变与流动的科学称为流变学

⑴牛顿型流体

⑵非牛顿型流体2.1.3塑料熔体的流变性能

⑴牛顿型流体符合下式的流体称为牛顿型流体：

以切应力τ对剪切速率或者以粘度η对剪切速率作用所得到的曲线称为流体的流动（或流变）曲线，它是确定塑料成型加工工艺条件的重要依据。图2-4

牛顿型流体的的流动曲线特点：图2-5、图2-62.1.3塑料熔体的流变性能⑵非牛顿型流体

非牛顿型流体包括粘性流体、粘弹性流体和时间依赖性流体。粘性流体又分为宾哈流体、膨胀性流体和假塑性流体.实际中，几乎绝大多数聚合物熔体和熔液的流动行为都接近于假塑性流体。见图２-７

2.1.3塑料熔体的流变性能假塑性流体可用指数流动规律来描述：非牛顿液体的粘度也称为表观粘度则

n—流动行为指数，对牛顿流体n=1,假塑性流体n＜1,n值越小则流体的非牛顿性越强。

K—流体稠度，k值越高，流体粘度越大。如图2-８2.1.4对塑料粘度的调节从成型工艺出发，欲获得理想的粘度，主要取决于对温度、剪切速率及压力。

1.温度

提高其温度不超过分解温度，粘度可下降。但是,将温度调节，对有的塑料效果颇佳，有的则差。如图2-9

2.剪切速率绝大多数塑料熔体属于塑性流体，具有表现粘度随剪切速率或切应力的增大而减小的流变性能。与温度一样，各种假塑性塑料的粘度对其所受剪切速率发生改变的敏感性亦不一致。如图2-10、2-11

2.1.4对塑料粘度的调节

3.压力提高压力（注射压力和挤压压力）对塑料粘度起增大作用。粘度对压力的敏感性也因塑料品种而异。成型制品时，应注意模具温度状况和浇注系统结构同样对塑料熔体充模流动粘度发生重要影响，要真正实现合理的粘度，还必须包括这部分的设计要合理。2.1.5分子定向

1.分子取向机理

塑料中的聚合物大分子、细而长的纤维状填料分子在成型过程中由于受到应力作用而产生分子整齐、平行排列的现象，这种现象称之为分子取向。如图2-122.1.5分子定向

2.分子定向作用有定向分子存在将对制品的力学性能、收缩与变形产生重要影响。2.1.5分子定向

3.影响分子定向的因素

定向方向在流动取向下，分子方向沿着料流方向平行排列。料流方向又取决于料流进入型腔的位置即浇口位置，故在型腔一定时影响分子定向方向的因素是浇口位置。

定向程度分子定向程度与塑料的类别和塑料制品的壁厚大小有关。此外，分子定向程度还与注射工艺条件及模具的浇口设计关系密切，现将其各项影响及相互关系归纳列于表2—2中。2.1.6热固性塑料流变学热固性塑料的流变性与热塑性塑料的有着本质差异，因其粘度是随分子的交联反应而发生变化，在成型热固性塑料制品过程中的粘度变化是不可逆转的，因此在制订成型工艺条件和模具设计时要十分重视对温度的合理选择和控制。图2-13

热固性塑料制品分子定向现象是无法消除的。为此，在设计模具对应该考虑这样一个问题：浇口的位置和形状能左右塑料的流动方向和定向程度，应使塑料在模内流动所产生的分子取向方向与制品在使用中的受力方向保持一致。2.2注射工艺过程及主要成型工艺参数2.2.1注塑工艺过程2.2.2主要成型工艺参数2.2.1注塑工艺过程

注射模塑简称注塑，用注塑成型的制品z占塑料制品的30%左右。几乎能加工所有的热塑性塑料和部分热固性塑料。

注塑成型的制品具有以下特点：制品形状复杂，尺寸精确，生产率高，成形周期短，成本低，制品可带有金属嵌件。

注塑成形的产品有：冰箱、洗衣机、空调器、饮水机等外壳2.2.1注塑工艺过程2.2.1注塑工艺过程2.2.1注塑工艺过程2.2.1注塑工艺过程1.注射前的准备2注射成型过程3制品的后处理2.2.1注塑工艺过程1.注射前的准备1）原料外观的检验和工艺性能的测定

2）物料的预热和干燥

3）嵌件的预热

4）料筒的清洗

5）脱模剂的选用2.2.1注塑工艺过程2.注射成型过程

1）加料

2）加热塑化：粉状或粒状的物料在料筒内加热熔融成粘流态并具有良好的可塑性。

3）加压注射

4）保压

5）冷却定型6）脱模2.2.1注塑工艺过程3.制品的后处理原因：由于塑化不均匀或由于塑料在型腔内的结晶、取向和冷却的不均匀，或由于金属嵌件的影响和塑件二次加工不当等原因，塑件内部不可避免地存在一些内应力，从而导致塑件在使用过程中产生变形或开裂。

方法：退火处理、调湿处理

2.2.1注塑工艺过程3.制品的后处理（1）退火处理

塑件放在一定温度的红外线或循环热风烘箱、液体介质中（矿物油，石蜡）一段时间，再缓慢冷却。消除塑件的内应力，提高塑件的性能。退火的温度：高于使用温度10～20℃，低于相变温度10～20℃。（2）调湿处理

将刚从模具中脱出的塑件放在热水中(100～120℃)，隔绝空气，进行防氧化处理，达到吸湿平衡。调湿后缓冷至室温。使塑件颜色、性能以及尺寸得到稳定注塑工艺过程图2-142.2.2主要成型工艺参数（1）.温度

料筒温度：保证塑料塑化良好，能顺利实现注射，又不引起塑料分解。喷嘴温度：通常略低于料筒温度模具温度：对塑料熔体在型腔内的流动和塑料制品内在性能与表面质量影响很大。

脱模温度

2.2.2主要成型工艺参数（2）.压力塑化压力：采用螺杆式注射机时，螺杆顶部塑料熔体在螺杆旋转后退时所受的压力，亦称为背压。注射压力：柱塞或螺杆顶部对塑料熔体所施加的压力。作用：克服熔体流动充模过程中的流动阻力；使熔体具有一定的充模速率；对熔体进行压实。

2.2.2主要成型工艺参数（3）.时间：注射时间：柱塞或螺杆前进的时间（10s）保压时间：柱塞或螺杆停留在前进位置的时间(20-120s)冷却时间：30-120s

模塑周期：它由注射时间、保压时间、冷却时间和辅助时间四部分组成。图2-15表示了它们的关系。2.3塑料的成型特性2.3.1流动性2.3.2收缩性、收缩率、比热容和压缩率2.3.3结晶性、相容性、热敏性、固化和熔体破裂2.3.4熔结痕、内应力2.3.1流动性流动性：塑料在一定的温度和压力下填充模具型腔的能力1、合理选择流动性

遇到成型形状复杂、壁薄或尺寸较大的制品时，产品设计者应考虑在满足制品使用性能的前提下，优先选择流动性好的塑料来成型。２、流动性等级测定流动性的方法用标准测试模具（仪器），测定值越高，表明流动性越好。热固性塑料可用拉西格试验值来表征。人们习惯引用与塑料流动性相关的塑料溢料间隙（溢边值）概念。所谓溢料间隙是指熔体塑料在成型高压下不得流过的最大间隙值。2.3.2收缩性、收缩率、比热容和压缩率１、

收缩性和收缩率造成收缩的因素及各种收缩现象如：

(1)热胀冷缩(2)塑料品种(3)成型工艺｛收缩率受工艺条件（压力、温度、时间）的影响很大)｝(4)模具结构(5)塑件结构制品的成型收缩率常用室温下模具直线尺寸与制品相应的直线尺寸之差及其与制品直线尺寸的比值来表示称为成型收缩流量。用%表示则称为成型收缩率A—室温下模具的直线尺寸B—室温下制品的直线尺寸Qn—收缩率注:由于收缩率与塑件结构有关,所以设计模具时，需根据模塑收缩率来计算型腔的尺寸。

２、比热容和压缩率

比热容是单位重量的松散塑料所占有的体积。压缩率是松散塑料的体积与同重量塑料的体积之比。用它们可计算出每模塑料需要的注射量（cm3）或模具加料腔的容积尺寸。注射量是决定设备的主要条件。2.3.3

结晶性、挥发物含量、相容性、热敏性、固化和熔体破裂１、结晶性

结晶性即指聚合物分子能做空间规则排列生成结晶的能力。聚合物的结晶性与它们的结晶度能力大小有关。结晶型塑料收缩大。结晶形是各向异性体，非结晶形是各向同性体。结晶塑料成型特性：

1）结晶溶解需要热量

2）冷凝时放出热量多

3）硬化状态时与熔融时的密度相差大，成型收缩大，易发生缩孔、缩松

4）分子的定向作用和收缩的方向性结晶形塑料制品易变形扭曲

5）冷却速度对结晶度影响很大缓冷可以使结晶度上升，控制模温十分重要２、挥发物含量

塑料中的挥发物包括水、氯、空气、甲醛等低分子物质３、相容性指两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状态下产生相分离现象的能力。通过塑料的这一性质，可以得到类似共聚物的综合性能，是改进塑料性能的重要途径之一。４、热敏性和和水敏性指某些热稳定性差的塑料，在料温高和受热时间长的情况下就会产生降解、分解、变色的特性，具有这种特性的塑料叫做热敏性塑料分解时产生单体、气体、固体；有的气体对人、设备、模具有害。因而必须控制成型温度、模温、加热时间等必要时加稳定剂有的塑料即使含有少量的水分，但在高温高压下也会发生分解，具有这种倾向的塑料称为水敏性塑料。这种塑料需预先加热干燥。５、固化

热固性塑料成型过程中，树脂发生交联反应，分子结构由线型变为体型，塑料由既可熔又可溶变为既不熔又不溶的状态。6、熔体破裂当一定熔体指数的塑料熔体在恒温下通过喷嘴孔时，其流速超过一定值后，挤出的熔体表面发生明显的横向凹凸不平或外形畸变以致支离或断裂，这种现象称为熔体破裂。发生熔体破裂会影响塑件的外观和性能，所以对于熔体指数高的塑料，应增大喷嘴、流道和浇口截面，以减小压力，减小注射速度，从而防止熔体破裂的产生。2.3.4熔结痕、内应力１、熔结痕

减少熔结痕可选用流动性较好的塑料，或增加浇口数量，缩短流程，以较快时间充模；适当提高料温或模温等；增强模具排气措施；改变浇口位置使熔结痕产生在塑件的次要部位；尽量不用脱模剂等。２、内应力产生内应力的一个重要因素是注射及补料时的剪切应力。减少应力措施：注射压力不宜取得过高，使用较高的料温和模温，保压时间要适度，可采取降压保压方法，成型后将制品进行热处理。

1.塑