塑料成型工藝設計.ppt

1、任務一 選擇與分析塑料原料,項目二 塑料成型工藝設計,一、 項目引入,某企業(yè)大批量生產塑料燈座，要求燈座具有足夠的強度和耐磨性能，外表面無瑕疵、美觀、性能可靠，要求設計一套成型該塑件的模具。通過本項目，完成對塑件材料的選擇及對材料使用性能和成型工藝性能的分析,圖1-1 燈座二維圖形,圖1-2 燈座三維圖形,二、相關知識,塑料是指以樹脂為主要成份、加入添加劑，在一定溫度和壓力下具有塑性和流動性，可被模塑制成一定形狀，且在一定條件下保持形狀不變的材料。 組成：聚合物合成樹脂（高分子有機物、簡稱高聚物，40 100%）和添加劑,天然樹脂：橡膠、松香、蟲膠、瀝青等 1）樹脂 合成樹脂 ：PE、PVC、

2、PP、PC、ABS、PA、PF等（P13頁,聚合反應、縮聚反應,2）添加劑（輔助材料） 填充劑即填料（增量、改性）、穩(wěn)定劑（防降解）、增塑劑（塑性、柔性、流動性）、潤滑劑（防粘模、改善流動性和表面光澤）、著色劑（裝飾美觀）、發(fā)泡劑、增強材料,1. 塑料的組成,圖1-3 塑料原料,一) 塑料的組成及性能,2塑料的通用性能,一) 塑料的組成及性能,1） 塑料的優(yōu)良性能 1）密度小，重量輕，比強度和比剛度高 2）多種優(yōu)良的機械性能 3）耐化學作用好 4）電絕緣、絕熱、隔聲性能好 5）成型和著色能力好 6）加工性能好 7）自潤滑性好 （2）塑料的不足性能 1）機械強度低、2）尺寸精度低、3）耐熱溫度低

3、 另外，高溫下容易降解和老化；導熱性能較差；吸濕性大，容易發(fā)生水解老化；使用壽命短,1高聚物的結構特點,二）高聚物的結構,單個高分子結構,線型 支鏈型 網狀,2聚合物分子鏈的聚集狀態(tài),二）高聚物的結構,結晶型塑料 非結晶型塑料（線性無定型,結構,結晶造成分子的緊密聚集狀態(tài)，增強了分子間的作用力，使聚合物的抗拉強度、硬度、熔點、耐熱性和耐化學性提高；彈性模量、伸長率和沖擊強度則降低，表面粗糙度值增大，而且還會導致塑件的透明度降低甚至喪失,1. 按塑料的成型性能分類,三）塑料的分類,1） 熱塑性塑料 呈線型分子鏈或支鏈型結構 受熱變軟或熔化，成為可流動性的穩(wěn)定黏性液體，在此狀態(tài)具有可塑性；冷卻后保

4、持既得的形狀；再加熱，又可變軟并可制成另一形狀。 可逆的 如：聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、有機玻璃（聚甲基丙烯酸甲脂）PMMA、 尼龍（聚酰胺）PA （2） 熱固性塑料 網狀分子鏈結構，固化后： 不可逆. 電木（酚醛樹脂PF）、環(huán)氧樹脂 EP 課本P9表1-1 常用塑料名稱/代號,2. 按塑料的應用范圍分類,三）塑料的分類,2）按用途 1） 通用塑料：指產量大，用途廣。價格低廉的一類塑料。如：聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，醛酚塑料，氨基塑料6大類，占塑料產量的80% 2）工程塑料：指具有較高的機械性能、良好的耐磨性、耐腐蝕性、自潤滑性及尺寸穩(wěn)定性，可替代金屬而作某些機械構件，

5、如：聚酰胺PA，聚甲醛POM，ABS 3）特種塑料：環(huán)氧樹脂、光敏塑料、導磁塑料、耐高溫塑料等。 （3）按聚集狀態(tài) 結晶型塑料和非結晶型塑料（線性無定性型塑料） 結晶度,高聚物形變溫度曲線,四）聚合物的熱力學性能和成型加工適應性,聚合物在恒定壓力下，隨著加工溫度的變化，存在三種狀態(tài),Tg: 玻璃化溫度,Tf: 粘流化溫度,Tb ：稱脆化溫度,Td: 熱分解溫度,常溫下玻璃態(tài)的典型材料：有機玻璃、聚乙烯； 常溫下高彈態(tài)的典型材料：橡膠； 常溫下粘流態(tài)的典型材料：環(huán)氧樹脂（如膠黏劑等,四）聚合物的熱力學性能和成型加工適應性,圖1-6 聚合物的溫度、力學狀態(tài)及成型加工適應性1線形無定形 2結晶型,1

6、黏度與剪切稀化效應,五）聚合物的黏性流動,流體在管內一般有兩種流動狀態(tài)：層流和湍流,1）牛頓流體（低分子物質及少部分聚合物如PC、PA等）： 低分子流體，剪切力與剪切速率間存在線性關系 牛頓流體的流變方程式為 : 切應力，單位Pa 剪切速率：單位時間的切應變，一般稱為剪切速率，s-1,比例常數（黏度），也稱牛頓黏度，反應了牛頓流體抵抗外力引起流動變形的能力， Pas,1黏度與剪切稀化效應,五）聚合物的黏性流動,2 ）非牛頓流體（大部分聚合物）： 流變方程式為,非牛頓流體的表觀黏度。非常數，為變量 表征： 在外力的作用下抵抗剪切變形的能力。 與流體本身和溫度以及剪切速率有關 n 與聚合物和溫度有

7、關的常數，可以反映聚合物熔體偏離牛頓流體性質的程度。 K 與聚合物和溫度有關的常數，反映聚合物熔體的粘稠性，稱為黏度系數,1黏度與剪切稀化效應,五）聚合物的黏性流動,在注射成型中，除了熱固性聚合物和少數熱塑性聚合物外，大多數聚合物熔體均有近似假塑性液體流變學的性質。 注塑成型中近似具有假塑性流體性質的高聚物有聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚丙烯、ABS、聚苯乙烯等,不同類型流體的流變曲線 1 膨脹性流體； 2 牛頓流體； 3 假塑性流體,剪切變稀,3） 假塑性液體的流變學性質,3聚合物熔體在模內的流動現象,五）聚合物的黏性流動,入口效應：聚合物熔體在管道入口端因出現收斂流動，消耗能量突增

8、，使壓力降突然增大的現象,離模膨脹效應：聚合物熔體流出流道或者澆口時，熔體發(fā)生體積膨脹的現象。其實質是一種由彈性回復而引起的失穩(wěn)流動,圖1-8 聚合物熔體在管道入口區(qū)和出口區(qū)的流動,1）端末效應,3聚合物熔體在模內的流動現象,五）聚合物的黏性流動,圖1-9 聚合物失穩(wěn)流動時的 熔體概貌（PMMA 170,2）失穩(wěn)流動和熔體破裂,失穩(wěn)流動：假塑性聚合物熔體在極高的剪切作用下，大分子鏈會被拉直，繼續(xù)變形就會呈現很大的彈性性質，熔體將陷入彈性紊亂狀況，各點流速將相互干擾，這種現象稱為失穩(wěn)流動,熔體破裂：聚合物熔體在失穩(wěn)狀態(tài)下通過模內流道后，將變得粗細不均、沒有光澤，表現出粗糙的鯊魚皮狀。 此時，如繼

9、續(xù)增大剪切力，熔體將呈波浪、足片形等，更嚴重時，斷裂成碎塊，這種現象稱為熔體破裂,3聚合物熔體在模內的流動現象,五）聚合物的黏性流動,圖1-11 熔體充模速度不同時的表現,3）聚合物熔體的充模流動,澆口截面高度與型腔厚度相差很大時，容易噴射，熔體高速充模，受離模膨脹影響，易 形成蛇形流，表面粗糙，甚至破裂。 b. 澆口截面高度與型腔厚度相差不太大時，中速充模，熔體平穩(wěn)擴展。 c. 澆口截面高度與型腔厚度相差接近時，當制件厚度很小時出現這種情況，熔體一般不會發(fā) 生噴射，充模更平穩(wěn),澆口截面高度與型腔厚度對充模流動的影響,3聚合物熔體在模內的流動現象,五）聚合物的黏性流動,圖1-12 聚合物熔體繞

10、不同斷面形狀障礙物時的速度變化與流動情況,3）聚合物熔體的充模流動,熔接痕,熔接痕處往往是塑件強度最弱的地方。 設計澆口尺寸和選擇澆口位置時，應綜合考慮模腔內型芯結構、鑲件安放等，避免出現料流分流、熔體噴射和蛇形流引起的熔合縫,兩股料流的結合處產生熔接痕,1熱塑性塑料的工藝特性,六）塑料的工藝特性,1）影響收縮的基本因素是： (1)塑料種類：不同塑料收縮率不同，詳見課本P31表2-3 (2)塑料制品結構：制品結構復雜、壁薄、嵌件多且均勻分布的，則收縮率小。如塑料加強筋 (3)模具結構：澆口的型式、尺寸及位置(注射模塑與傳遞模塑)熱收縮 (4)成型工藝：有預熱，成型溫度不高，成型壓力較大，保壓時

11、間較長 的，收縮率較小,1）收縮性 塑料的膨脹系數比鋼大，塑料件冷卻收縮比模具大,1熱塑性塑料的工藝特性,六）塑料的工藝特性,實際收縮率 2）收縮率 計算收縮率 a-成型溫度下塑料尺寸 b -室溫下塑件尺寸 c -室溫下模具尺寸 在普通中小模具成型零件尺寸計算時，計算收縮率和實際收縮率相差很小。常用計算收縮率； 在大型、精密模具成型零件尺寸計算時常用實際收縮率 。 注意: *收縮率是一個范圍值(查手冊可得Sman Smin)，設計時收縮率一般取平均值，但精確確定收縮率需反復實驗求其平均值,1熱塑性塑料的工藝特性,六）塑料的工藝特性,2）流動性 指在成型過程中，塑料熔體在一定的溫度與壓力下充填模

12、腔的能力。 線性分子結構的聚合物流動性好。 塑料流動性的好壞，很大程度上影響成型工藝參數及模具結構。 料溫高、注射壓力大，流動性好。 各種塑料流動好壞常分三類，見課本P33(P22) （3）相容性 相容性又稱共混性，指兩種或兩種以上不同品種塑料，在熔融狀態(tài)下不產生相分離現象的能力。 分子結構相似者相容性好,常用熱塑性塑料的流動性：（書P24表2.2） 流動性好： 尼龍PA、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚丙烯PP、醋酸纖維素CA。 流動性中等： ABS、有機玻璃PMMA、聚甲醛POM、氯化聚醚CPT。 流動性差 ： 聚碳酸酯PC、硬聚氯乙烯、聚苯醚PPO、聚砜PSU、氟塑料,吸濕性 ：表明塑料對水

13、分的敏感程度 具有吸濕或粘附水分傾向的塑料：PA、PC、PSU、ABS等； 既不吸濕也不易粘附水分的塑料，如PE、PP、POM等。 注： 凡是具有吸濕或粘附水分傾向的塑料，如成型前水分未去除，則在成型過程中由于水分在成型設備的高溫料筒中變?yōu)闅怏w并促使塑料發(fā)生水解，成型后塑料出現氣泡、銀絲等缺陷。因此，對吸濕性和粘附水分傾向大的塑料，在成型之前應進行干燥，使水分控制在0.50 .2%以下,1熱塑性塑料的工藝特性,六）塑料的工藝特性,4）吸濕性 吸濕性是指塑料對水分的親疏程度。親疏性好壞分兩種，見課本P33(P23) 塑料在加工成型前，一般都要經過干燥，使水分含量在0.2%以下。 （5）取向性 在

14、應力作用下，聚合物分子鏈或纖維填料隨著應力（流動）方向作平行排列的現象。取向會使塑料產生明顯的各向異性，易使塑料翹曲變形，甚至在垂直取向方向上產生裂紋。但塑件鉸鏈結構有效使用了取向性能。 （6）降解和熱敏性 降解指聚合物在某些特定條件下發(fā)生的大分子鏈斷裂及分子質量降低的現象，主有熱降解、水降解、氧化降解等，輕度降解使塑料變色，進一步降解使塑料制品出現氣泡、流紋，甚至焦化變黑。 熱敏性指塑料在高溫下受熱時間長、澆口截面過小或者剪切作用力過大，塑料制品變色、降解、分解的傾向,熱敏性：某些熱穩(wěn)定性差的塑料，在料溫高和受熱時間長的情況下就會產生降解、分解、變色的特性。 熱敏性塑料： 硬聚氯乙烯、聚偏氯

15、乙烯、醋酸乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯（PCTFE）、聚甲醛（POM）等。 解決方法： 添加抗熱敏的熱穩(wěn)定劑； 注射機筒內壁、流道和模腔表壁鍍鉻（避免過大摩擦熱） 生產時嚴格控制成型工藝條件,2熱固性塑料的工藝特性,六）塑料的工藝特性,1）收縮性,同熱塑性塑料的收縮性,1）定義： 2）測定值： 衡量熱固性塑料流動性的指標通常用拉西格流動性表示,2） 流動性,每一品種的塑料分為三個不同等級的流動性 流動性較差(2580mm),適用于壓制無嵌件、形狀簡單、厚度一般的塑 件； 流動性中等(81131mm)，用于壓制中等復雜程度的塑件； 流動性好(131180mm)，可用于壓制結構復雜、型腔很深、嵌件較多

16、的薄壁塑 件，或用于壓注成型。200mm以上，注射成型,2熱固性塑料的工藝特性,六）塑料的工藝特性,1）收縮性,同熱塑性塑料的收縮性,1）定義： 2）測定值： 衡量熱固性塑料流動性的指標通常用拉西格流動性表示,2） 流動性,每一品種的塑料分為三個不同等級的流動性 流動性較差(2580mm),適用于壓制無嵌件、形狀簡單、厚度一般的塑 件； 流動性中等(81131mm)，用于壓制中等復雜程度的塑件； 流動性好(131180mm)，可用于壓制結構復雜、型腔很深、嵌件較多的薄壁塑 件，或用于壓注成型。200mm以上，注射成型,2熱固性塑料的工藝特性,六）塑料的工藝特性,3）比體積與壓縮率 1) 定義：

17、比體積（比容）是單位質(重)量塑料所占的體積； 壓縮率是塑料的體積與塑料制品體積之比，其值恒大于1。 2）功用：比體積和壓縮率都表示了各種塑料的松散程度，它們都可以作為確定加料腔大小的依據；比體積和壓縮率大，內部充氣多，成型時排氣困難，成型周期長，生產率低。 （4）水分和揮發(fā)物的含量 1）來源： 2）作用 3）相應措施： 成型前預熱干燥；模具中開排氣槽或壓制操作時設排氣工步；模具表面鍍鉻是防止腐蝕,5）交聯與硬化速度(固化特征,硬化是指塑料成型時完成交聯反應的過程。 硬化速度通常以塑料試樣硬化每1mm厚度所需的秒數來表示 此值越小，硬化速度越快,三、項目實施,燈座為電器類零件，需大批量生產，通過查P28表2-1（1-4）及表(1-5)對多種塑料的性能與應用進行綜合比較，材料品種可選擇聚碳酸酯（PC,一）選擇制件材料,二）分析制件材料使用性能,PC屬熱塑性非結晶型塑料，為無色透明粒料，密度為1.021.05g/cm3. PC是一種性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，韌而剛，抗沖擊性在熱塑性塑料中名列前茅。成型零件可達到很好的尺寸精度并在很寬的溫度范圍內保持其尺寸穩(wěn)定性；成型收縮率穩(wěn)定在0.5%0.8%；抗蠕變、耐熱、耐磨、耐寒；PC吸水率較低，能在較寬的范圍