塑料材料及成型工藝性能培訓(xùn)課件

1.1塑料材料1.2塑料的流變性

1.3塑料成型工藝性能第1章塑料材料及成型工藝性能12/13/20221

1.1.1塑料的概念

塑料是以高分子聚合物為主要成分，加入一定量添加劑而組成的一種混合物。1.1塑料材料12/13/20222

填充劑：改善塑料性能（粉狀、片狀、纖維）。增塑劑：提高可塑性、流動(dòng)性、柔韌性、降低脆性。穩(wěn)定劑：熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、抗氧化劑。潤(rùn)滑劑：對(duì)塑料的表面起潤(rùn)滑作用，防止塑料在成型加工時(shí)黏模。著色劑：無(wú)機(jī)顏料、無(wú)機(jī)顏料、染料。其它：發(fā)泡劑、阻燃劑、固化劑、防靜電劑、導(dǎo)電劑和導(dǎo)磁劑等。1.1塑料材料1.1.2塑料的填充劑12/13/20223

1.1塑料材料1.1.2塑料的填充劑添加劑、填充料及補(bǔ)強(qiáng)料常用村料對(duì)聚合物性質(zhì)的影響強(qiáng)化纖維碳素、碳、礦物質(zhì)纖維、玻璃、kevlar增加拉伸強(qiáng)度增加彎曲模數(shù)(flexuralmodulus)提高熱變形溫度提升抗收縮與抗翹曲能力導(dǎo)電性填充料鋁粉、碳纖維、石墨提高電氣性質(zhì)提高熱傳導(dǎo)性耦合劑Silanes、titanates改善聚合物與纖維接口之鍵結(jié)力抗燃劑氯、溴、硫、金屬鹽降低燃燒發(fā)生率及擴(kuò)散速度混合填充料碳酸鈣、硅、粘土降低材料成本塑化劑單體液體、低分子量材料改善熔膠的流動(dòng)性加強(qiáng)撓曲性著色劑（色料或染料）金屬氧化物、鉻酸鹽、碳黑提供耐久的顏色防止熱裂解或紫外線(xiàn)造成裂解發(fā)泡劑氣體、氮復(fù)合物、聯(lián)氨衍生物造成孔穴組織以降低材料密度12/13/20224

1.1.3塑料的分類(lèi)1.按塑料中樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)和受熱后呈現(xiàn)的基本行為分類(lèi)：塑料非結(jié)晶型熱塑性塑料結(jié)晶型熱固性塑料1.1塑料材料12/13/20225

熱塑性塑料與熱固性塑料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的對(duì)比1.1塑料材料受熱行為圖示12/13/20226

非結(jié)晶性熱塑性塑料結(jié)晶性熱塑性塑料常用的材料ABS、壓克力（PMMA、PAN）、聚碳酸脂(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)聚縮醛樹(shù)脂(POM)、尼龍(PA,)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、熱塑性聚脂(PBT、PET)微觀結(jié)構(gòu)分子在液相和固相都呈現(xiàn)雜亂的配向性分子在液相呈現(xiàn)雜亂的配向性，在固相則形成緊密堆砌的晶體。受熱反應(yīng)具有軟化溫度范圍，但沒(méi)有明顯的熔點(diǎn)具有明確的熔點(diǎn)性質(zhì)透明抗化學(xué)性差成形時(shí)體積收縮率低通常強(qiáng)度不高一般具有高熔膠粘度熱含量低半透明或不透明抗化學(xué)性佳成形時(shí)體積收縮率高強(qiáng)度高熔膠粘度低熱含量高1.1塑料材料12/13/20227

2.按塑料的性能及用途分：

通用塑料：指產(chǎn)量大、用途廣且價(jià)廉的塑料。

工程塑料：在工程技術(shù)中常作為結(jié)構(gòu)材料來(lái)使用。特殊功能塑料：具有特殊性能的塑料（用于醫(yī)藥、光敏及液晶方面的氟塑料）。1.1塑料材料12/13/20228

五大泛用塑料及用途：低密度聚乙烯(LDPE)容器、塑料袋、膠膜、管子…等。高密度聚乙烯(HDPE)膠管、膠布、膠膜…等。聚苯乙烯(PS)外殼、玩具、壁磚…等。聚氯乙烯(PVC)瓶子、塑料管、薄膜、保鮮膜…等。聚丙烯(PP)汽車(chē)保險(xiǎn)桿、儀表板、纖維…等。1.1塑料材料12/13/20229

工程塑料：起源：自1956年杜邦推出Derlin商名新塑料,宣稱(chēng)可取代金屬,工程塑料之名由此開(kāi)始。特性：機(jī)械強(qiáng)度高而且有適當(dāng)平衡.耐熱,耐久或具特殊機(jī)能.加工性良好，價(jià)格合理且工程性良好。1.1塑料材料12/13/2022101.1.4塑塑料的的性能能密度小小(重量量輕，，塑料料比重重0.9~2，，鋁2.7，鐵鐵7.8)。比強(qiáng)度度(b/ρρ)和比比剛度度(E/ρρ)高。?；瘜W(xué)穩(wěn)穩(wěn)定性性好。。電氣性性能優(yōu)優(yōu)良。。減摩、、耐磨磨和自自潤(rùn)滑滑性好好。成型和和著色色性能能好。。多種防防護(hù)性性能：：除防防腐外外，塑塑料還還具有有防水水、防防潮、、防透透氣、、防振振、防防輻射射等。。耐熱性性差、、受載載荷易易蠕變變、老老化現(xiàn)現(xiàn)象。。1.1塑塑料料材料料12/8/2022111.1.5塑塑料的的可加加工性性1.1.5.1熱熱塑性性塑料料的溫溫度力力學(xué)狀狀態(tài)及及成型型加工工的關(guān)關(guān)系Ⅰ—非非結(jié)晶晶ⅡⅡ—結(jié)結(jié)晶型型Tg-玻璃璃化溫溫度Tm-結(jié)晶晶型熔熔點(diǎn)Tf-非晶晶型流流動(dòng)溫溫度Td-分解解溫度度1.1塑塑料料材料料12/8/202212圖1-3熱熱固固性塑塑料的的狀態(tài)態(tài)與溫溫度的的關(guān)系系1.1.5.2熱熱固性性塑料料的狀狀態(tài)與與溫度度的關(guān)關(guān)系1.1塑塑料料材料料12/8/202213當(dāng)溫度度和壓壓力變變更時(shí)時(shí)，黏黏流態(tài)態(tài)的塑塑料表表觀黏黏度會(huì)會(huì)相應(yīng)應(yīng)地發(fā)發(fā)生變變化，，這稱(chēng)稱(chēng)為塑塑料的的流變變性。。1.2.1牛牛頓型型流體體流體在在平直直圓管管內(nèi)受受切應(yīng)應(yīng)力而而發(fā)生生的流流動(dòng)形形式有有層流流和湍湍流兩兩種。。層流：：被看看著一一層層層彼此此相鄰鄰且平平行的的薄層層流體體沿外外力作作用方方向進(jìn)進(jìn)行的的相對(duì)對(duì)滑移移，而而且各各層之之間無(wú)無(wú)相互互影響響。湍流：流流體各點(diǎn)點(diǎn)的速度度大小與與方向都都隨時(shí)間間而變化化，且流流體內(nèi)相相互干擾擾嚴(yán)重。。1.2塑塑料料的流變變性12/8/202214D:管道直直徑；V:流體的的平均速速度；ρ:流體的的密度；；η:流體剪剪切粘度度。Re<2100~4000時(shí)為層層流，Re>4000時(shí)為湍湍流。塑料在成成型加工工過(guò)程中中的流動(dòng)動(dòng)基本上上屬于層層流。層流與湍流流的區(qū)分以以雷諾數(shù)（（Re）為為準(zhǔn)，1.2塑塑料的流流變性12/8/202215牛頓頓流流動(dòng)動(dòng)定定律律：：在一一定定溫溫度度下下，，當(dāng)當(dāng)剪剪切切力力ττ作作用用于于兩兩個(gè)個(gè)相相距距為為dr的的液液體體平平行行層層面面并并以以相相對(duì)對(duì)速速度度dv移動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)，，則則剪剪切切力力τ與剪剪切切速速率率dv/dr(也也稱(chēng)稱(chēng)速速度度梯梯度度））之之間間呈呈下下列列直直線(xiàn)線(xiàn)關(guān)關(guān)系系：：其中中：：ηη為牛牛頓頓黏黏度度，，單單位位:Pa··s(N··s/m2)。。符合合上上式式的的流流體體都都稱(chēng)稱(chēng)為為牛牛頓頓型型流流體體。。液體體流流動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)不不服服從從上上式式規(guī)規(guī)律律的的均均稱(chēng)稱(chēng)為為非非牛牛頓頓體體。。1.2塑塑料料的的流流變變性性12/8/202216非牛牛頓頓型型流流體體原原則則上上包包括括黏黏性性流流體體、、黏黏彈彈性性流流體體及及時(shí)時(shí)間間依依賴(lài)賴(lài)性性流流體體。。可可以以將將非非牛牛頓頓型型流流體體當(dāng)當(dāng)作作黏黏性性流流體體看看待待，，黏黏性性流流體體又又分分為為：：賓哈哈流流體體膨脹脹性性流流體體假塑塑性性流流體體。。非牛牛頓頓流流體體““黏黏度度””稱(chēng)稱(chēng)為為非非牛牛頓頓黏黏度度或或稱(chēng)稱(chēng)表表觀觀黏黏度度（1-2））1.2塑塑料料的的流流變變性性12/8/202217圖1-4不不同類(lèi)型流體體的流動(dòng)曲線(xiàn)線(xiàn)圖1-5不不同類(lèi)型流體體表觀黏度與與剪切速速率的關(guān)系1.2塑塑料的流變性性12/8/202218圖1-6溫溫度對(duì)表表觀黏度的的影響1.2塑塑料的流流變性12/8/2022191.3.1流動(dòng)性性定義：在成型過(guò)程程中，塑料料熔體在一一定的溫度度與壓力作作用下充填填型腔的能能力。實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)是由于于分子間產(chǎn)產(chǎn)生相互滑滑移，而熔熔體分子間間的滑移又又是通過(guò)分分子鏈段運(yùn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的,取決決于分子組組成、相對(duì)對(duì)分子質(zhì)量量大小及其其結(jié)構(gòu)。影響：塑料的流動(dòng)動(dòng)性差時(shí)→→缺料。熔體流動(dòng)性性太好→溢溢料。1.3塑塑料成型型工藝性能能12/8/202220熱塑塑性性塑塑料料熔熔融融指指數(shù)數(shù)(MI)單位位:g/10min1——熱熱電電偶偶2——料料筒筒3——出出料料孔孔4——保保溫溫層層5——加加熱熱棒棒6——柱柱塞塞7——重重錘錘（（加加柱柱塞塞共共重重2160g））圖1-7熔熔融融流流動(dòng)動(dòng)指指數(shù)數(shù)測(cè)測(cè)定定法法熱塑塑性性塑塑料料的的流流動(dòng)動(dòng)性性的的測(cè)測(cè)量量方方法法1：：1.3塑塑料料成成型型工工藝藝性性能能12/8/2022211.每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)一周半半徑增大大12.5mm2.槽斷斷面是半半圓形，，直徑為為4.9mm3.螺旋旋線(xiàn)槽總總長(zhǎng)為1925mm。。4.將塑塑料熔體體一定壓壓力溫度度注射入入螺旋形形槽中央央，制成成蚊香形形狀的試試品，測(cè)測(cè)定其螺螺旋線(xiàn)的的總長(zhǎng)度度。螺旋線(xiàn)流流動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)法模具具流道示示意圖熱塑性塑塑料的流流動(dòng)性的的測(cè)量方方法2：：1.3塑塑料料成型工工藝性能能Viscosity黏(滯)度12/8/202222熱塑性塑料的的流動(dòng)性分為為三類(lèi)：流動(dòng)性好的：：PE、PP、、PS、醋酸酸纖維等；流動(dòng)性中等的的：改性聚苯乙烯烯、ABS、、AS、有機(jī)機(jī)玻璃、POM、氯化聚聚醚等；流動(dòng)性差的：：PC、硬聚氯氯乙烯、聚苯苯醚、聚砜、、氟塑料。1.3塑塑料成型工藝藝性能12/8/202223①稱(chēng)取取7.5g塑料料粉，，20℃±±5℃℃溫度度下并并以50MPa的壓壓力下下在內(nèi)內(nèi)徑為為28mm的模模子內(nèi)內(nèi)預(yù)壓壓成圓圓錠。。②模具具溫度度150℃℃±5℃℃,并并保溫溫5min；③將圓圓錠放放入拉拉西格格模的的加料料室，，并在在20s左左右將將壓模模增至至30MPa，，保壓壓3min；④長(zhǎng)度度即為為其流流動(dòng)值值。圖1-8拉拉西格格流動(dòng)動(dòng)性測(cè)測(cè)定模模熱固性性塑料料的流流動(dòng)性性的測(cè)測(cè)量方方法：：1.3塑塑料料成型型工藝藝性能能12/8/2022241.3.2收收縮性性造成成成型收收縮的的原因因：熱脹冷冷縮因彈性性回復(fù)復(fù)造成成的收收縮結(jié)晶收收縮定向收收縮影響收收縮率率變化化的因因素：：塑料品品種塑件特特征模具結(jié)結(jié)構(gòu)成型工工藝參參數(shù)1.3塑塑料料成型型工藝藝性能能12/8/2022251）收縮率計(jì)計(jì)算S實(shí)=（a-b））/bS計(jì)=c-b/c（1-5）S實(shí)——實(shí)際收縮縮率（%)；；S計(jì)——計(jì)算收縮縮率（%)；；a——塑件在在成型溫度時(shí)時(shí)的單向尺寸寸（mm)b——塑件在在常溫下的單單向尺寸（mm)c——模具型型腔在常溫下下的單向尺寸寸（mm)1.3塑塑料成型工藝藝性能12/8/2022261.3.3結(jié)結(jié)晶性熱塑性塑料按按其冷卻時(shí)是是否出現(xiàn)結(jié)晶晶現(xiàn)象可將其其分為結(jié)晶型型與非結(jié)晶型型（或稱(chēng)無(wú)定定型）。結(jié)晶型塑料料是不透明明的或半透透明的，而而非結(jié)晶型型塑料是透透明的（少少數(shù)例外））。結(jié)晶度對(duì)制制品質(zhì)量的的影響：結(jié)晶度大的的塑件密度度大，強(qiáng)度度、硬度高高，剛度、、耐磨性好好，耐化學(xué)學(xué)性和電性性能好。結(jié)晶度小的的塑料，柔柔軟性、透透明性較好好，伸長(zhǎng)率率和沖擊韌韌度較大。。1.3塑塑料成型型工藝性能能12/8/202227宜宜采采用用中等等冷冷卻卻速速度度，即即將將模模具具溫溫度度控控制制在在Tg與Tvmax之間間。保保證證晶晶體體生生長(zhǎng)長(zhǎng)良良好好，，結(jié)結(jié)晶晶完完整整且且生生產(chǎn)產(chǎn)周周期期短短。。圖1-9結(jié)結(jié)晶速速度與與溫度度的關(guān)關(guān)系影響結(jié)結(jié)晶的的因素素：冷卻速速度：：1.3塑塑料料成型型工藝藝性能能12/8/2022281.3.4熱敏性性及吸濕性性熱敏性：：塑料對(duì)溫溫度的敏敏感性，，高溫下下發(fā)生變變色、分分解的傾傾向性。。熱敏性塑塑料：硬硬聚氯乙乙烯、聚聚偏氯乙乙烯、氯氯乙烯和和醋酸乙乙烯共聚聚物（EVA））、聚甲甲醛、聚聚三氟氯氯乙烯等等。吸濕性：：是指塑料料對(duì)水分分的親疏疏程度。。吸濕性性的大小小取決于于聚合物物組成及及分子結(jié)結(jié)構(gòu)。例如：PA、PC、ABS、、PS等等，在其其分子鏈鏈中由于于含有極極性基團(tuán)團(tuán)，對(duì)水水有吸附附能力，，故屬于于吸濕傾傾向大的的塑料1.3塑塑料料成型工工藝性能能12/8/2022291.3.5聚聚合物降降解與定向聚合物降解：：聚合物分子在在受到熱、應(yīng)應(yīng)力、微量水水、酸、堿等等雜質(zhì)以及空空氣中的氧作作用，導(dǎo)致聚聚合物鏈斷裂裂、分子變小小、相對(duì)分子子質(zhì)量降低的的現(xiàn)象稱(chēng)為聚聚合物降解（（也稱(chēng)裂解））。聚合物降解的的影響：輕度降解會(huì)使使聚合物變色色；進(jìn)一步降降解會(huì)使聚合合物分解出低低分子物質(zhì)，，使制品出現(xiàn)現(xiàn)氣泡和流紋紋弊病，削弱弱制品各項(xiàng)物物理、力學(xué)性性能；嚴(yán)重的的降解會(huì)使聚聚合物焦化變變黑并產(chǎn)生大大量的分解物物質(zhì)。1.3塑塑料成型工藝藝性能12/8/202230聚合物定向：塑料在成型加加工過(guò)程中分分子發(fā)生不同同程度的定向向排列，即為為定向（或稱(chēng)稱(chēng)取向）。影響聚合物定向的因素：①隨著模具溫溫度、成型溫溫度及塑件型型腔深度的增增加，分子定定向程度也隨隨之增加。②為了減少分分子定向程度度，通?？蓪部陂_(kāi)設(shè)在在型腔深度較較大的部位。。③增加澆口長(zhǎng)長(zhǎng)度、充模壓壓力及充模時(shí)時(shí)間，分子定定向程度也隨隨之增加。1.3塑塑料成型工藝藝性能12/8/2022311.