第1章-塑料成型基础知识

1、,南昌大学科学技术学院理工部,主讲人： 罗华云,第1章 塑料成型基础知识,塑料成型:是将塑料材料转变成塑件的生产工艺过程。要实现这种转变，就要研究在转变过程中塑料的各种性质和行为与各种因素之间的关系，从而可以采用合理的工艺以获得质量良好的塑料制件。 1.1 聚合物的结构和性能 1.2 聚合物的流变性质 1.3 聚合物成型过程中的物理行为 1.4 聚合物成型过程中的化学行为 1.5 塑料组成、分类与用途 1.6 塑料成型工艺性能,塑料的概念 塑料中的必要和主要成分是树脂。树脂分为天然树脂和合成树脂。合成树脂是由一种或几种简单低分子化合物通过聚合反应而生成的一种高分子化合物 ，所以又叫聚合物或称高

2、聚物。 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 聚合物的结构和性能,将低分子化合物单体转变成高分子物质的过程叫做聚合反应，单体经过这种化学反应之后，其原子便以共价键的方式相结合，形成高分子结构。如乙烯经聚合成为聚乙烯,1.1.1 聚合物高分子的形成,这种高分子又称为分子链 单体又称为链节 构成大分子的单体数又称为链节数或聚合度,（1）原子数量多 一个高分子中含有几千个、几万个、甚至几百万个原子。 （2）相对分子质量大 高分子化合物的分子量一般可自几万至几十万、几百万甚至上千万。例如尼龙分子的分子量为二万三千左右，天然橡胶的为四十万。 （3）分子长度相对于低

3、分子长 例如低分子乙烯的长度约为0.0005m，而高分子聚乙烯的长度则为6.8m，是前者的13600倍。,聚合物高分子的特点,1.聚合物的长链结构 （决定聚合物的基本性质） 聚合物高分子呈链状结构，其链状结构有以下三种类型： 线型高分子：像一根长长的链条，主链上无分枝，又称为热塑性聚合物。可以多次反复加热而仍具有可塑性的树脂。可循环利用。 （PE、PP、PVC、PS、ABS、PMMA、PA、 POM、PC等） b)带支链的线型高分子： 具有线型主链，主链上 带有一些支链；可反复 加热和冷却，可循环 利用。,1.1.2 聚合物高分子的结构,a) 线型高分子,b) 带有支链的线型高分子,体型高分子

4、：这种聚合物成型前也是线型结构，受热熔化，溶剂中溶解；如果在聚合物中加入交联剂，多个聚合物的支链间便产生化学反应，彼此相互连接，形成一种体型结构，或网状结构。又称为热固性聚合物。这种聚合物在化学（交联）反应后便形成一种硬的固体，一般有较高的耐热性和受压不变形，再高温加热也不软化直至分解 为止。如一旦毁坏，便不能再回收利用。 （酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、 聚邻苯二甲酸、二烯丙酯、有机硅塑料、 硅酮塑料）,c) 体型高分子,2. 聚合物的聚集态结构： 指聚合物分子链之间的排列和堆砌结构； 分三类：,1.1.2 聚合物高分子的结构,非晶态,晶态,部分晶态,2. 聚合物的聚集态结构 指聚合物分子链

5、之间的排列和堆砌结构， 分三类：（聚集状态有固态、粘流态（液态）而无气态，这里指的是固态的三种排列方式） 晶态：分子链在空间的规则排列；分子链间吸引力大，分子链移动困难，因此，密度大，强度、硬度高，刚度好，熔点高，热稳定性好，化学稳定性好， 非晶态：分子链在空间的无规则排列；分子链间活动能力大，弹性、伸长率及韧性好 部分晶态：分子链在空间部分规则排列；介于晶态与非晶态之间 结晶度：表示聚合物的结晶程度，是指聚合物中结晶区所占的体积或质量的百分数。聚合物的结晶度一般为 30%90% ，特殊情况达 98% 随结晶度提高其强度、刚度提高；塑性、韧性下降。,1.1.2 聚合物高分子的结构,1.1.3

6、聚合物高分子的物理状态、力学及加工适应性 1.非结晶高聚物的温度、力学状态及成型加工的关系,图1-3 聚合物物理状态与温度的关系,线型非结晶聚合物,线型结晶聚合物,根据物理状态与温度关系 分为： 玻璃态 高弹态 粘流态,1.1.3 聚合物高分子的物理状态、力学及加工适应性 1.非结晶高聚物的温度、力学状态及成型加工的关系,玻璃态： 塑料处于温度Tg 以下的状态，为坚硬的固体，是大多数塑件的使用状态。Tg 称为玻璃化温度，是多数塑料使用温度的上限。（如有机玻璃） 高弹态： 塑料处于温度Tg 和 Tf 之间的状态，类似橡胶状态的弹性体，仍具有可逆的形变性质。（如橡胶）,1.1.3 聚合物高分子的物

7、理状态、力学及加工适应性 1.非结晶（无定型）高聚物的温度、力学状态及成型加工的关系,粘流态： 当塑料受热温度超过Tf 时，由于分子链的整体运动，塑料开始有明显的流动，塑料开始进入粘流态变成粘流液体，通常我们也称之为熔体。塑料在这种状态下的变形不具可逆性质，一经成型和冷却后，其形状永远保持下来。Tf 称为粘流化温度，是聚合物从高弹态转变为粘流态（或粘流态转变为高弹态）的临界温度。当塑料继续加热，温度至T d 时，聚合物开始分解变色，Td 称为热分解温度，是聚合物在高温下开始分解的临界温度。,1.非结晶高聚物的温度、力学状态及成型加工的关系,2. 线性结晶聚合物的物理状态、力学性能及加工状态,图

8、1-3 聚合物物理状态与温度的关系,相对分子质量较低（TmTf）,相对分子质量较高（TmTf）,2. 线性结晶聚合物的物理状态、力学性能及加工状态,线性结晶聚合物与非线性结晶聚合物不同 Tm-取代Tf 不存在高弹态 使用温度范围扩大。 随结晶度降低，可能存在非晶区，在不同温度仍会出现一定量的高弹态。 当结晶度40%， 熔点前曲线不出现转折；无高弹态，熔化后直接进入粘流态 晶区熔化后是否直接进入粘流态视相对分子质量而定。 相对分子质量较低（TmTf），晶区熔化后直接进入粘流态。 相对分子质量足够大（TmTf），晶区熔化后出现转折；出现高弹态。温度进一步升高至Tf 才进入粘流态。 这样需提高加工温

9、度；高温下出现高弹态，给加工带来困难。因此晶态聚合物相对分子质量选得较低一些，以满足力学性能为宜。 晶态聚合物随结晶度不同在此阶段仍可产生一定变形，可进行薄膜、泠热拉深成型。,2. 线性结晶聚合物的物理状态、力学性能及加工状态,总之： Tg 材料玻璃化温度，使用温度上限，温度越高，材料耐热性 好，对环境温度不敏感。 Tf 粘流态温度，此温度低有利熔融， Tf（Tm）Td为成型加工温度，温度范围越宽，成型加工越容易,1.成型过程中的应力和应变 2.聚合物变形流动时的粘弹性质 3.塑料变形的滞后效应与松弛,流变学研究物质变形与流动的科学。 粘流态的聚合物在外力作用下，相互交缠卷曲的大分子链将会沿受

10、力方向发生解缠，伸直以及相对滑移，从而表现出一种变形量很大的宏观流动。 聚合物的流变学主要研究聚合物在外力作用下产生的应力、应变和应变速率等力学现象与自身粘度之间的关系，以及影响这些关系的各种因素。如聚合物的结构、性能、温度、作用力的大小和作用时间、方式等。 1.2.1 聚合物的粘弹性质,1.2 聚合物的流变性质,1.成型过程中的应力和应变 塑料在成型过程中受到力的作用，往往会产生切应力和拉（压）应力，在应力作用下会产生形状和尺寸变化为应变。切应力使流体产生变形和流动应变 2.聚合物变形流动时的粘弹性质 聚合物在变形流动时既有粘性又有弹性的性质称为粘弹性质 或粘弹性行为 3.塑料变形的滞后效应

11、与松弛 聚合物高弹变形和粘性变形都与时间有关，聚合物熔体从开始变形到变形与应力相适应的平衡状态要经过一个时间过程；这种变形对应力的滞后响应称为滞后效应。而变形与应力的适应过程称为松弛。 聚合物在压力作用下快速泠却时，变形量与压力不适应；塑件脱模后存在较大的残余应力，这种应力随时间而逐渐释放；这种与松驰有关的现象称为时效变形。为防止过大的时效变形，塑件脱模后常要进行后处理如退火处理或调湿处理。,1.2.1 聚合物的粘弹性质,1. 牛顿型流体,1.2.2 聚合物的流动规律,图1-3 聚合物物理状态与温度的关系,1. 牛顿型流体,1.2.2 聚合物的流动规律,牛顿在研究液体流动时发现，温度一定时，液

12、体在流动时的切应力和剪切速率之间存在着如下关系： 式中 液层之间的单位距离内的速度差，为速度梯度 单位时间内的切应变，称为剪切速率。 比例常数，称为剪切粘度或牛顿粘度。 凡是液体层流时符合牛顿流动规律的通称牛顿流体，其特征为应变随应力作用的时间线性地增加，且粘度保持不变（定温情况下）。,2. 非牛顿型流体 指数流动规律和表观粘度 聚合物的流动行为远比低分子流体的复杂，绝大多数聚合物流体在塑料成型条件下的流动行为与牛顿流体不符。（除聚碳酸酯、聚酰胺、氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物和聚对苯二甲酸乙二醇酯等少数几种外） 1. 指数流动规律 高分子聚合物由于大分子的长链结构，相互缠结，它们的流动规律不符合牛

13、顿流动规律，在宽广的剪切速率范围内，流动时切应力和剪切速率不再成线性关系，流体的粘度也不再是一个常数。通常，将这种流体的流动称为非牛顿流动，具有这种流动行为的流体称为非牛顿流体。,1.2.2 聚合物的流动规律,2. 非牛顿型流体,1.2.2 聚合物的流动规律,稠度系数,非牛顿指数,非牛顿流体熔体的表观黏度（或非牛顿黏度）,（流变方程）,（流动方程）,就表观粘度的力学性质而言，它与牛顿粘度相同。但是，表观粘度除与流体 本身的性质以及温度有关以外，还受剪切速率的影响，这就意味着外力的大 小及其作用时间也能改变流体的粘稠性。,2. 非牛顿型流体 在聚合物流变学中凡是服从指数流动规律的流体称为非牛顿流

14、体或统称粘性流体。 讨论： n1时， 意味着非牛顿流体变为牛顿流体，所以，n 值可以用来反映非牛顿流体偏离牛顿流体性质的程度。 n1时 ，绝对值1n越大，流体的非牛顿性越强，剪切速率对表观粘度的影响越强。 n1时，称为假塑性液体。在中等剪切速率区域，大多数聚合物熔体均有近似假塑性液体流变学的性质（在注射成型中，除了热固性聚合物和少数热塑性聚合物外） 假塑性液体的流变学性质为： 1）切应力随剪切速率呈指数规律增大； 2）液体的表观粘度随剪切速率变化，呈指数规律减小。这种现象称为假塑性液体的“剪切稀化”,2. 非牛顿型流体 n1时，称为膨胀性液体。 （是一些固体含量较高的聚合物悬乳液）,不同类型流

15、体的表观粘度和剪切速率的关系。,3. 影响高分子聚合物黏度的因素,（1）聚合物结构和相对分子质量对粘度的影响 分子结构：影响较复杂，大分子链柔顺性较大的聚合物，流动时的非牛顿性较强，熔体粘度及其对剪切速率的敏感性较强。对大分子链刚硬性高及分子间吸引大的聚合物，流动时的非牛顿性减弱，熔体粘度对温度敏感性增加。提高温度有利改善流动性。如 PA 、PS 、PC等 相对分子质量：相对分子质量较大，滑移困难，粘度增加。需要较大的剪切速率和剪切时间使粘度降低。 相对分子质量分布（聚合物内大分子之间相对分子质量的差异-差异大，分布宽）聚合物相对分子质量分布较宽时，熔体的粘度较小；另 在平均相对分子质量相同时

16、，随着剪切速率的增加，相对分子质量分布宽的要比相对分子质量分布窄的粘度下降快。但塑件质量较差。,3. 影响高分子聚合物黏度的因素,（2）温度对粘度的影响 温度升高，分子间作用力减小，粘度降低。 但不同聚合物，对温度敏感性不同，如PMMA、PC、PA-66等对温度极敏感，不需要增加很多温度而它们的粘度却下降不少。注射成型生产中，主要适用于粘度对剪切速率不太敏感或其熔体近似服从牛顿流动规律的聚合物。 而 PE、 PP、POM 对温度的敏感性要小一些 （3）压力对粘度的影响 压力增加，分子间的距离减小；引力增加，粘度增加。粘度对压力的敏感性会因聚合物不同而不同。通常认为，聚合物熔体的压缩率越大，其粘

17、度对压力的敏感性越强 （4）助剂对粘度的影响 助剂的加入主要改变分子间的作用力，从而影响粘度。助剂中的增塑剂和润滑剂降低粘度，填充剂则增加粘度。,3. 影响高分子聚合物黏度的因素 （5）剪切速率对粘度的影响 如粗黑线所示：随剪切速率增加，粘度下降,1.2.2 聚合物的流动规律,温度,增塑剂或溶剂,填充剂,相对分子量,压力,1.聚合物熔体的弹性类型 （1）剪切弹性 成型物料所受的切应力与其发生的剪切弹性变形的比称为剪切弹性模量，简称“切变模量”。,1.2.3高分子聚合物的弹性,（2）拉伸弹性 成型物料所受的拉应力与其发生的拉伸弹性变形的比称为拉伸弹性模量。,2. 聚合物熔体流动过程中的弹性行为

18、对注射成型影响很大，常常会使熔体在模内流动时产生端末效应和失稳流动等问题，最终导致塑件产生变形、扭曲以及熔体破裂等成型缺陷。 （1）端末效应 在导管入口和出口端出现的与 熔体弹性行为有紧密联系的现象； 聚合物熔体在管道入口端因出现 收敛流动，使压力降突然增大的 现象称为入口效应。 在出口端 出现体积膨胀的现象叫做出口 膨胀效应（Barun效应） 合称为端末效应，如图所示。,2. 聚合物熔体流动过程中的弹性行为 产生入口效应的原因： 聚合物以收敛流动方式进入导管入口时，它必须变形，以适应压缩性的流道内流动，但聚合物熔体具有弹性，也就是对变形具有抵抗力，因此，就必须消耗适当的能量，即消耗相当的压力

19、降，来完成在这段管内的变形。 熔体各点的速度在进入导管前后是不同的，为调整速度，也要消耗一定的压力降。 产生出口膨胀的原因： 聚合物熔体从导管中流出后，周围压力大大减小，甚至完全消失，聚合物内的大分子突然变得自由了，因此，前段流动中储存于大分子中的弹性变形能量被释放出来，致使在流动变形中已经伸展开的大分子链重新恢复卷曲，各分子链的间距随着增大，从而导致聚合物内自由空间增大，于是体积相应发生膨胀。,2.聚合物熔体流动过程中的弹性行为 入口效应和出口膨胀效应通常对塑料的成型都是不利的，特别是在注射成型、挤出成型和拉丝过程中，可能导致产品变形和扭曲，降低塑件的尺寸稳定性，并可能在塑件内产生内应力，降

20、低塑件物理和力学性能。 增加管子或口模的平直部分长度，适当降低成型时的压力和提高成型温度，并对挤出物加以适当速度的牵引或拉伸等，均有利于减小或消除端末效应带来的不利影响。,2.聚合物熔体流动过程中的弹性行为 （2）不稳定流动和熔体破裂现象 在高切应力和高剪切速率作用下，大分子链几乎被拉直，继续变形呈现很大的弹性性质，导致其熔体无法保持稳定的层流流动，通常将这种现象称为失稳流动。 失稳流动时，挤出物表面粗糙、无光泽、 粗细不均和扭曲，严重时会出现波浪形 和竹节形，甚至会出现破裂。,（2）不稳定流动和熔体破裂现象 失稳流动和熔体破裂现象的影响因素 1）分子结构 相对分子质量越大、分布越窄，弹性行为

21、越突出，越易发生失稳流动 2）温度 主要影响极限剪切应力和极限剪切速率，一般降低温度时，减小极限剪切应力，减小极限剪切速率有利于稳定流动。 3）流道结构 从突然过渡改为平缓过渡有利于稳定流动,1.浇口和型腔对熔体充型流动的影响,1.2.4聚合物熔体的充型流动 充型流动：在型腔内流动和成型过程；要求：连续、平稳，否则影响表面质量、形状尺寸、力学性能。 模具结构和注射工艺参数影响充型流动。,浇口的横截面高度和型腔的深度相差很大（高速 ） 喷射、蛇形流 表面粗糙、易破裂,浇口的横截面高度和型腔的深度相差不大（中速） 较平稳地扩展性流动,浇口的横截面高度和型腔的深度相差接近 （低速） 平稳地扩展性流动

22、,2.扩张流动充型与熔接痕 （1）充型运动过程的三个典型阶段 1)前锋料流呈辐射状流动的起始阶段 2)前锋料流呈圆弧状的过渡阶段 3)以黏流性熔膜为前锋料头的匀整运动主阶段。 （2）熔接痕： 两股料流的汇合处产生的连接痕迹 当熔体在型腔中流动的过程中遇到型芯和嵌件等障碍物时，或一型腔多个浇囗进料，则熔膜将被分成两股，最终在两股料流的汇合处产生熔接痕。 熔体温度越低，熔接痕越明显，强度越低。,仅仅靠加热的方式来提高熔体的流动性往往会造成局部熔体的过热，从而导致聚合物的分解。一般将加热升温与增加熔体的摩擦生热结合起来才能获得比较满意的效果。 过分加大冷却速度也会由于塑件各部分由于冷却速度相差太大而

23、造成很大的内应力。 结晶型聚合物在受热转变成熔体的过程中会因为要吸收结晶潜热，而比非结晶型聚合物要消耗更多的热量。,1.3.1 聚合物的加热与冷却 （导热能力差）,1.3 聚合物成型过程中的物理行为,1.聚合物的结晶现象 （1）结晶的概念：聚合物在从高温熔体向低温固态转变的过程中，若其分子链构型（结构形态）能够得到规整排列，则该聚合物为结晶聚合物。 结晶型塑料有 PE、PP、PTFE、POM、PA、CPT等 非结晶型塑料有 PS、PMMA、PC、ABS、PSU等 与低分子结晶相比：晶体不整齐、结晶不完全、结晶速度慢、没有明显的熔点。 （2）二次结晶和后结晶： 二次结晶：在初晶结构不完善的部位或

24、非结晶区发生的现象。 后结晶：是在初晶界面上生长并发展，促使晶体进一步长大的现象。 采用退火处理，加快其结晶速度，稳定尺寸和性能,1.3.2聚合物的结晶,（3）结晶速度和结晶度 1）结晶速度： 均 匀形核率随温降而增大，生长速度随温降而减少，某温度下有一最大值。 用半结晶周期（结晶度达50%所需时间）来表示；或书中的结晶常数 k 表示。 2）结晶度： 结晶型聚合物的结晶区在聚合物中所占的质量或体积百分数。（大多数聚合物的结晶度约为10%60%，但有些也可能达到很高的数值，如PP的结晶度达到70%95%，HDPE和PTFE的也能超过90%）,（4）影响结晶的因素 温度 （前述） 压力和切应力 增

25、大压力可使聚合物在高于熔化温度发生结晶；切应力可导致微晶生成，产生均匀的微晶结构。 分子结构 聚合物分子结构越简单、越规整，结晶越快，结晶度越高， 同一种聚合物的最大结晶速率随相对分子质量的增大而减小。 添加剂,成型结晶塑料时应注意下列问题 料温上升到成型温度所需的热量多，要用塑化能力大的设备 冷凝时放出热量大，要充分冷却 熔态与固态的比重差大，成型收缩大，易发生缩孔、气孔 各向异性显著，内应力大 结晶熔点范围窄，易发生未熔粉末注入模具或堵塞浇口,2.结晶对塑件质量的影响 密度：结晶度大的塑件密度大，密度随结晶度的增大而提高。 力学性能 强度、硬度，刚度、耐磨性随结晶度的增大而提高；冲击韧性将

26、下降；弹性模量将减小。 结晶度小的塑料，柔软性、伸长率和冲击韧度较大。 热性能： 耐热性好，耐化学性和电性能好 ；结晶有助于提高聚合物的软化温度和热变形温度。 翘曲 结晶程度越高，体积收缩越大，因此结晶态塑件比非结晶态塑件更容易因收缩不均而发生翘曲。 表面粗糙度和透明度,2.结晶对塑件质量的影响 表面粗糙度和透明度 一般来说，结晶型塑料是不透明的或半透明的，非结晶型塑料是透明的。 特例：聚4-甲基戊烯-1为结晶型塑料却高度透明性；ABS为非结晶型塑料却不透明。 结晶后，塑件表面粗糙度将降低，而透明度会减小或丧失。,1.取向及其机理 聚合物高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

27、序排列即称为取向（或定向）。 取向的分类： 按应力性质不同分 拉伸取向由拉应力引起，取向方向与拉伸方向一致 流动取向在切应力作用下沿着熔体流动方向形成的 按流动性质不同分 单轴取向取向结构单元均沿着一个流动方向有序排列 多轴取向结构单元可沿两个或两个以上流动方向有序排列 注射成型中主要发生流动取向 按结晶与非结晶聚合物分 结晶取向 非结晶取向,1.3.3聚合物的取向,取向的分类：,2. 影响取向的因素 凡是能改变熔体流动速度梯度和熔体停止流动后在玻璃化温度以上的停留时间等因素都会影响聚合物的取向程度和分布。 (模温、注射压力、保压时间、充型速度、浇口 ) 3.取向对聚合物性能的影响 对单轴取向

28、而言，呈现出明显的各向异性，沿取向方向力学性能显著提高，与取向方向垂直的方向力学性能显著下降。 利用取向来提高塑件的性能，例如吹塑薄膜就是利用聚合物双轴取向原理来提高其性能的。双轴取向的薄片或薄膜在平面的任何方向上均有较高的抗拉强度、断裂伸长率和冲击韧度，抗撕裂能力也有所提高。 但并非聚合物取向对塑件性能均有益处，在生产厚度较大的塑件(如模压塑件)时，就应该力图消除取向现象，使塑件不致发生翘曲变形或裂纹，从而保证塑件质量。,残余应力是由塑料在型腔内流动和冷却的过程中产生的。 残余流动应力：在注射和保压阶段，塑料受到不均衡的剪切和正应力作用，产生了隐藏在塑件内部的残余应力。 温度残余应力：由于注

29、射型腔内快速的不均匀冷却固化而产生的热应力。,1.3.4 残余应力,定义：聚合物分子在受到热、应力、微量水、酸、碱等杂质以及空气中的氧作用，导致聚合物链断裂、分子变小、相对分子质量降低的现象 。 1.降解的种类 （1）热降解 （2）氧化降解 （3）水降解 （4）应力降解,1.4.1 聚合物降解,1.4 聚合物成型过程中的化学行为,2. 防止降解的方法 （1）控制原料的技术指标，避免原料不纯对降解发生催化作用； （2）成型前对物料进行预热和干燥，严格控制其含水量； （3）制定合理的成型工艺参数；保证在不易降解的条件下成型 (4) 成型设备与模具应具有良好的结构，与聚合物接触的部位不应有死角或缝隙

30、，流道长度要适中，加热和冷却系统应有灵敏度高的显示装置，以保证良好的温度控制和冷却速率 (5) 对热、氧稳定性差的聚合物，可考虑在配方中加入稳定剂和抗氧剂等 注：聚合物降解通常是有害的，但也 有例外，如通过机械降解（辊压和共 挤）作用使聚合物之间或两种聚合物 的弹体之间进行接枝或嵌段聚合物配 置共聚物，以改良聚合物性能并扩大 其应用范围就是一例。,(1)交联 聚合物由线性结构转变为体形结构的化学反应过程。 交联后，聚合物的强度、耐热性、化学稳定性和尺寸稳定性均有所提高。交联一词常用硬化、熟化两词所代替 (2)交联与硬化、熟化的关系 “硬化的好”、“熟化的好”，并不意味着交联反应的完全，而是指成

31、型固化过程中的交联反应发展到了一种最为适宜的程度，在这种程度下，塑件能获得最佳的物理和力学性能。 交联度：为已反应的基团数占总基团数的百分比； 交联度没有100%，但硬化程度可以达到甚至超过100%。硬化程度超过100%的称为过熟；硬化程度小于100%的称为欠熟。,1.4.2 聚合物的交联,1）硬化不足 塑件的机械强度、耐热、耐化学腐蚀性、电绝缘性等会下降；热膨胀、内应力、受力时的蠕变量等会增加；塑件缺少光泽，容易发生翘曲变形；有时甚至会产生裂纹。 2）过度硬化 塑件机械强度不高、变色、发脆，表面有时会出现密集的小泡；可使塑件产生焦化和裂解现象。 检查硬化程度的方法很多，目前生产中多采用物理方

32、法。常用的方法有脱模后的硬度检测法、沸水试验法、萃取法、密度法、导电度检测法等。如有条件，也可采用超声波和红外线辐射法，其中以超声波方法为最好。,塑料的主要成分是合成树脂，其中还有许多有特定用途的添加剂。 （1）合成树脂：是人工合成的高分子化合物，又称高聚物，它是塑料中最基本、最重要的组成成分，约占塑料质量的40100，它决定了塑料的基本性质，各种塑料都是由树脂的名字来命名。 作用：受热软化后可将塑料的其它组分加以粘合,1.5.1 塑料的组成,1.5 塑料组成、分类与用途,（2）添加剂 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

33、 、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。 固化剂：热固性塑料中使合成树脂完成化学反应而固化 其它：发泡剂、阻燃剂、防静电剂、导电剂和导磁剂等 。,添加剂的性能,1.1.2 塑料的填充剂,1.5.2 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 （无定型）,热塑性塑料,结晶型,热固性塑料,热塑性塑料与热固性塑料的结构与性质的对比 热塑性塑料如：PE、PP、PS、PVC、PMMA、PA、POM、ABS、PC、PPO、PSU、PTFE等 热固性塑料如：酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料

34、、脲醛塑料、三聚氰胺甲醛和不饱和聚酯等,2.按塑料的性能及用途分类： 通用塑料：指产量大、用途广且价廉的塑料。 如： PE、PP、PS、PVC、酚醛塑料和氨基塑料 工程塑料：在工程技术中常作为结构材料来使用。 如：POM、PA、PC、PPO、ABS、PSU、PTFE、PMMA和环氧树脂等 具有特殊性能的塑料（用于医药、光敏及液晶方面的氟塑料 ）。如：氟塑料、聚酰亚胺塑料、有机硅树脂和环氧树脂等,五大泛用塑料及用途： 低密度聚乙烯(LDPE) 地膜、食品包装袋、容器衬里、涂层,吹塑中空容器等小型制 。 高密度聚乙烯(HDPE) 胶管、洗发水瓶、胶膜等。 聚苯乙烯(PS) 外壳、玩具、壁砖等。 聚

35、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。,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。 如：POM、PA、PC、PPO、ABS、PSU、PTFE、PMMA和环氧树脂等,特性： 机械强度高而且有适当平衡.耐热,耐久或具特殊性能.加工性良好，价格合理且工程性良好。,特殊功能塑料： 如用于医药、光敏及液晶方面的氟塑料、聚酰亚胺塑料、有机硅树脂、环氧树脂、导电塑料、导磁塑料、导热塑料以及其他某些专门用途而改性得到的塑料。,1.5.3 塑料的性能与用途 密度小 (重量轻，塑料比重0.92

36、，铝2.7，铁7.8)。 比强度和比刚度高。化学稳定性好。 电气性能优良。 减摩、耐磨和自润滑性好。 成型和着色性能好。 多种防护性能：除防腐外，塑料还具有防水、防潮、防透气、防振、防辐射等。 耐热性差、受载荷易蠕变、老化现象。,1.6 塑料成型工艺性能,工艺性能： 与成型工艺、成型质量有关的各种性能统称为塑料的成型工艺性能塑料在成形过程中表现出来的特有性质。 这些性能有的直接影响成型方法和工艺参数的选择，有的只与操作有关。,热塑性塑料,收缩性 流动性 相容性 吸湿性 热敏性,热固性塑料,收缩性 流动性 比容和压缩比 硬化速度 水分及挥发物含量,1.6.1 收缩性：塑件从模具中取出冷却到室温后

37、，尺寸或体积收缩的特性称为收缩性 造成成型收缩的原因： 热胀冷缩 因弹性回复造成的收缩 结晶收缩 定向收缩 影响收缩率变化的因素： 塑料品种 塑件特征 模具结构 成型工艺参数,成型收缩的形式 (1)塑件的线性尺寸收缩； 热胀冷缩和塑件脱模时弹性恢复、塑性变形等 (2)收缩的方向性； 塑料在成型时由于分子的取向作用使塑件呈现各向异性，沿料 流方向（即平行方向）收缩大，强度高，与料流垂直方向则收缩小，强度低。 (3)后收缩： 当脱模后，由于应力趋向平衡及储存条件的影响，使塑件再次收缩，这种收缩称为后收缩。一般塑件在脱模后10h内变化最大，24h后基本定型，但最后稳定要经过3060天。通常热塑性塑料

38、的后收缩比热固性塑料大，挤塑和注射的后收缩比压缩成型大,(4)后处理收缩（退火处理） 热处理后也会导致塑件尺寸收缩，这种收缩叫后处理收缩。在模具设计时，对高精度塑件则应考虑后收缩及后处理收缩的偏差并予以补偿,Ss实际收缩率 Sj 计算收缩率 Lc 模具或塑件在成型温度时的尺寸 Ls 塑件在室温时的尺寸 Lm 模具在室温时的尺寸,2.收缩率计算 成型收缩的大小可用收缩率来表示：,3.影响收缩率变化的因素 (1)塑料品种 各种塑料都有其各自的收缩率范围，同一种塑料由于相对分子质量、填料及配比等不同，则其收缩率及各向异性也不同。 (2）塑件特征 塑件的形状、尺寸、壁厚、有无嵌件、嵌件数量及布局等，对

39、收缩率值有很大影响。塑件的形状复杂、尺寸小、壁薄、带嵌件，收缩率就小。,(3）模具结构 模具的分型面、加压方向、浇口形式、尺寸及分布等对收缩率及方向性影响也很大，如采用直接浇口，浇口截面大，收缩小，但方向性明显。 (4）成型工艺参数 模具温度高、塑件冷却慢，则密度高、收缩大； 注射压力高、脱模后弹性恢复大收缩小；保压时间长收缩小。,1.6.2.流动性 流动性：塑料在一定温度、压力作用下，填充模具型腔的性能，称为塑料的流动性。 塑料的流动性差，就不易充满型腔，因此需要较大的成形压力才能成形。 塑料的流动性好，可以用较小的成形 压力充满型腔。但流动性太好，会使 塑料在成形时产生严重的溢边，填充 不

40、密实，塑件组织疏松，易粘模。 热塑性塑料的流动性常用熔融指数 （单位g）、螺旋线长度（单位cm） 来表示。,熔融指数用图示的标准装置（熔融指数测定仪）来测定。 将被测塑料装入加热料筒中并进行加热，在一定的温度和压力下，测定塑料熔体在10min内从出料孔挤出的重量。,热塑性塑料熔体流动性测定方法 螺旋线长度用标准阿基米德螺旋线模具来测定。 将被测塑料在一定的温度与压力下注入模具内，用其所达到的流动长度来表示该塑料的流动性。,热固性塑料熔体流动性测定方法 拉西格流动性（单位）测定方法： 将一定重量的被侧塑料预压成圆锭，将圆锭放入压模中，在一定的温度和压力下，测定它从模孔中挤出的长度（毛糙部分不计在

41、内），即为拉西格流动值,影响塑料流动性的因素 塑料品种： 塑料的分子结构与成分： 具有线型分子结构塑料流动性好。加入填料，降低流动性，加入增塑剂和润滑剂，增加塑料的流动性。 温度： 塑料温度高，流动性好。在成形时可通过调节温度，控制流动性。PS、PP、PA、PMMA、ABS、AS、PC、CA对温度敏感。 压力：注射压力大，受剪切作用强，流动性好。 模具结构：模具成型表面光滑，型腔形状简单，流动性好。 模具浇注系统的形式、尺寸和布置；冷却系统设计的合理性；熔料流动阻力等因素。凡促使熔料温度降低，流动阻力增加的因素，都会使流动性降低。,塑料熔体的流动性对注射充模的影响 溢料：流动性太好易导致溢料；

42、 缺料：流动性不佳易导致缺料。,1.6.3 塑料的其他工艺性能 1结晶性 在注射成型时，结晶型塑料有如下特点。 (1) 结晶型塑料必须要加热至熔点温度以上才能得到软化状态。 (2) 塑件在模内冷却时，结晶型塑料要比非结晶型塑料放出更多的热量。 (3)结晶型塑料易产生缩孔和气孔。 (4) 结晶型塑料的结晶度与冷却速度密切相关，冷却速度快时结晶度低、收缩小。 (5) 结晶型塑料各向异性显著，内应力大，脱模后塑件内未结晶的分子有继续结晶的倾向，易使塑件变形和翘曲。 (6) 熔融温度Tm范围窄，注射机性能不良时，容易使未完全熔融的生料注入模具或堵塞浇口。,2热敏性 热敏性是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产生降解、