工程塑料及其應(yīng)用培訓(xùn)課件

工程塑料及其應(yīng)用

青島科技大學(xué)

塑料工程教研室第一章工程塑料性能一第二章工程塑料成型加工二第三章工程塑料改性三第四章工程塑料在機械中的應(yīng)用四目錄

工程塑料由于熔點較高、熔融粘度較大，成型加工比較困難，各有特點。2工程塑料成型

2.1ABS成型加工

（1）ABS吸水，所以加工前必須干燥處理，方法：80℃環(huán)境干燥8小時左右。

（2）非結(jié)晶的無定形聚合物，沒有固定熔點，加工溫度范圍較寬，注射230℃左右，擠出200℃左右。

（3）成型收縮率與GPS相似，0.5%左右。

（4）非常容易出現(xiàn)應(yīng)力開裂，必要時進行退火處理，70℃干燥2-4小時。52.2聚碳酸酯成型加工苯環(huán)—剛性基團醚氧鍵—提高鏈柔性極性基團—提高分子間作用力，吸水。總體來講，雙酚A型的聚碳酸酯是以剛性為主兼有一定柔性的材料。Tg～145oC，黏流溫度~300oC。異丙撐基—柔性1、化學(xué)結(jié)構(gòu)

2.2聚碳酸酯成型加工

由于PC分子鏈的剛性和苯環(huán)的體積效應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)晶能力變差，其熔融溫度和玻璃化溫度均超過模具溫度，很快降至熔融溫度和玻璃化溫度之下，完全來不及結(jié)晶，只能得到無定形的透明制品。

PC雖然吸濕性很小，但因為容易高溫水解，即使微量的水分也要在加工前盡量去除（含水率要<0.02％）；PC分子鏈剛性大，熔體黏度高；

PC的熔體更接近牛頓流體，提高溫度比增大壓力更能降低熔體黏度；由于分子量的不同，熔融粘度以高粘度、中粘度和低粘度采用的加工工藝有所區(qū)別，注射成型溫度從250℃-300℃，擠出時控制在250℃左右。PC的分子鏈剛硬，成型冷卻后易殘余很大的內(nèi)應(yīng)力（如何消除？）。

2.2PC成型加工

2.3PET成型加工

透明瓶或膜加工要點：1、干燥（130℃左右干燥8小時），防止水產(chǎn)生霧度。2、由于結(jié)晶溫度高（130左右）、結(jié)晶速度慢可采取急冷，凍結(jié)晶核生成。

2.4PMMA成型加工澆鑄成型：用于成型有機玻璃板材、棒材等型材，即用本體聚合方法成型型材。注塑成型：采用懸浮聚合所制得的顆粒料，成型在普通的柱塞式或螺桿式注塑機上進行。擠出成型：用懸浮聚合生產(chǎn)的顆粒料制備有機玻璃板材、棒材、管材、片材等，但這樣制備的型材，特別是板材，由于聚合物分子量小，力學(xué)性能、耐熱性、耐溶劑性均不及澆注成型的型材，其優(yōu)點是生產(chǎn)效率高。熱成型：是將有機玻璃板材或片材制成各種尺寸形狀制品的過程，將裁切成要求尺寸的坯料夾緊在模具框架上，加熱使其軟化，再加壓使其貼緊模具型面，得到與型面相同的形狀，經(jīng)冷卻定型后修整邊緣即得制品。耐疲勞性能好，并且其耐疲勞性是再常見的熱塑性塑料中最好，能耐107次以上反復(fù)負(fù)荷的作用。

POM即使交變次數(shù)達107次，其疲勞強度仍保持在35MPa，而PC和PA經(jīng)104次交變試驗后，疲勞強度只有28MPa。

特別適合受外力反復(fù)作用的齒輪類制品和持續(xù)振動下的部件。

2.5POM成型加工POM穩(wěn)定性差。均聚甲醛端端基中含有有不穩(wěn)定的的―OH結(jié)構(gòu)，POM的Td(235～240℃)較低，當(dāng)溫度高于于270℃時—C—O——鍵將斷裂，，引起大分分子熱分解解。甲醛在高溫溫有氧時會會被氧化成成甲酸，而而甲酸對POM的降解反應(yīng)應(yīng)有自動加加速催化作作用，因此此常在均聚聚甲醛樹脂脂中加入熱穩(wěn)定劑、、抗氧劑、、甲醛吸收收劑等以滿足成成型加工的的需要。2.5POM成型加工2.5POM成型加工成型前干燥燥：100℃×4h。加工溫度范范圍窄：熔熔點為175℃(均聚)或165℃(共聚)，溫度大于于190℃就開始降解解；熱敏性塑料料，嚴(yán)格控控制成型溫溫度。熔融狀態(tài)下下為非牛頓頓型流體，，熔體粘度對對剪切敏感感，受溫度影影響不大。。模溫控制在在適當(dāng)，80℃左右右，結(jié)晶充充分；收縮率較大大，模具設(shè)設(shè)計應(yīng)考慮慮尺寸；熱處理消除除內(nèi)應(yīng)力；；1）因為易吸吸水，高溫溫下氧化變變色，所以以加工時應(yīng)應(yīng)進行干燥燥處理，一一般情況100℃左左右烘干8-12小時，使其其含水量不不超過0.1％，特殊制制品應(yīng)在真真空干燥箱箱中進行。。2）還熔體粘粘度較小，，容易產(chǎn)生生“流涎現(xiàn)現(xiàn)象“，所所以在注塑塑時應(yīng)采用用自鎖式噴噴嘴。另一一方面，熔熔融溫度范范圍較窄，，噴嘴必須須加熱，以以免堵塞。。3）收縮率較較大，2%以上，尺寸寸最終穩(wěn)定定時間較長長。4）制件調(diào)濕濕處理，提提高韌性和和尺寸穩(wěn)定定性。2.6PA成型加工2.7.1成型加工特特性1)PPO是無定型型的非晶材材料，在成成型時無結(jié)結(jié)晶過程，，殘留內(nèi)應(yīng)應(yīng)力會造成成應(yīng)力開裂裂，在選定定成型條件件時應(yīng)認(rèn)真真考慮。2)聚苯醚醚的熔點高高，其晶體體部分的熔熔融溫度高高達262～267℃，而且且，在300℃以下下其熔體粘粘度很高，，給聚苯醚醚的成型加加工帶來困困難。3)聚苯醚醚和改性聚聚苯醚的熔熔融體屬非非牛頓型流流體，熔體體的粘度與與溫度的關(guān)關(guān)系很大，，隨著溫度的的提高粘度度直線下降降。這種粘度度大，流動動性差的特特性致使加加工時必須須采用很高高的溫度，，因此，加加工困難，，能耗過大大。2.7聚苯醚成型型加工4)成型收縮率率很低，蠕變小，，尺寸穩(wěn)定定，可成型精密密制品。5)吸水率很小小，通常物物料不經(jīng)干干燥就能進進行成型加加工(如需干燥，，物料厚度度為50mm時，一一般在l30℃左右右干燥2h即可。)。2.7.1PPO加工特性螺桿長徑比比應(yīng)大于15：1；壓縮比一般般采用2.5～.5)。螺桿形式多采用漸變式的等距變變深。噴嘴采用直通式式模具應(yīng)應(yīng)裝有有加熱熱裝置置，模模具與與注射射機模模板之之間要要有絕絕熱板板。成型溫溫度：：料筒溫溫度一一般控控制在在280～340℃的的范圍圍內(nèi)，超過過340℃℃，物物料降降解。。2.7.2PPO注射成成型模具溫溫度應(yīng)應(yīng)在100-150℃范范圍內(nèi)內(nèi)，能能使應(yīng)應(yīng)力減減至最最小，，有利利于降降低表表面粗粗糙度度和充充滿薄薄壁部部分。。超過過150℃℃容易易引起起氣泡泡并延延長成成型周周期；；低于100℃，，會產(chǎn)產(chǎn)生較較高的的殘留應(yīng)力力，以以及使使制品品產(chǎn)生生充模模不足和和分層層脫皮皮等缺缺點。。聚苯醚醚注射射成型型的廢廢料可可反復(fù)使使用，，一般般重復(fù)復(fù)3次次，其力學(xué)學(xué)性能能沒有有明顯顯的下下降。。2.7.2PPO注射成成型聚苯硫硫醚(PPS)樹脂脂白色色，硬硬而脆脆,跌落于于地上上有金金屬響響聲，，密度度1.36g/cm3，成型型收縮縮率0.7%。透光光率僅僅次于于PMMA,著色性性、耐水性性好。加工工性能能好，，可以以制成成粒料料、纖纖維、、薄膜、涂料料、注注塑制制品、、擠出出制品品和壓壓塑制制品等等，用用途極極廣。PPS的熱熱變形形溫度度在260℃以以上，連續(xù)使使用溫溫度200-240℃，是是耐熱熱性極極佳的的特種種工程程塑料料PPS樹脂脂本身身具有有很好好的阻阻燃性性，無無需添添加任任何阻阻燃劑劑即可達到到UL-94V-0。。(無無滴落落)級級，且且燃燒燒過程程中發(fā)發(fā)煙量量很低低。PPS樹脂脂經(jīng)復(fù)復(fù)合后后成型型收縮縮率極極小，，吸水水率低低，線線膨脹脹系數(shù)小，，即使使在高高溫或或高濕濕度條條件下下也顯顯示優(yōu)優(yōu)異的的尺寸寸穩(wěn)定定性。。PPS樹脂脂的流流動性性很好好，可可用各各種方方法加加工成成型，，可注注射成型復(fù)復(fù)雜和和薄壁壁的精精密制制件。。2.8PPS成型加加工2.8.1注射成成型1)PPS有良良好的的流動動性,2)干干燥:145℃℃,3-4h3)料料筒溫度為為315～360℃。典型型的注射射壓力力為5.5-8.2MPa。4）模模具具的溫溫度應(yīng)應(yīng)控制制制在在133-162℃℃之間間，使使PPS能能充分分結(jié)晶晶。低于這這個溫溫度范范圍，，部件件PPS不不能結(jié)結(jié)晶，，這樣樣當(dāng)制制件在在超過過原先先模具具溫度度以上上的溫溫度下下工作作時，，沒有有充分分結(jié)晶晶的PP5制件件就會會產(chǎn)生生結(jié)晶晶。引引起收收縮，，尺寸寸精度度就會會發(fā)生生變化化。較高的的模具具溫度度，使使制品品表面面發(fā)生生所謂謂“富富樹脂脂化””，表表面光光澤性性提高高，相相反，，冷模模具注注塑時時，填填料將將在制制品表表面富富集，，結(jié)果果制品品的光光澤性性降低低，耐耐化學(xué)學(xué)性降降低。。2.8PPS成型加加工2.8.2模壓成成型適合于于量小的的特殊殊制品品或大大型制制品。用于模模壓成成型的的PPS樹樹脂應(yīng)應(yīng)為低低流動動性。。將配配好的的原料料加入入模具具進行行預(yù)成成型冷冷壓，，壓力力為15-20MPa，然后加加熱至至熔融融溫度度以上上，一一般為為360℃，，再加加7-40MPa的的壓力力進行行二次次壓縮縮，時時間為為3-5min。冷壓：：以2℃℃/min的速速度緩緩慢冷冷卻至至230℃℃，再再稍快快冷至至150℃℃，即即得成成品。。2.8PPS成型加加工2.9UHMWPE成型加加工2.9.1成型特特性UHMWPE分子質(zhì)質(zhì)量極極高，，成型型加工工困難難。(1)物料料熔融融時粘粘度極極高，，不成成粘流流態(tài)而而是處處于高高粘彈彈態(tài)。。熔體體質(zhì)量流流動速速率幾乎為為零，所以以很難難直接接進行行擠出出或注注射成成型(2)臨界界剪切切速率率低，，熔體體易破破裂。。通常常把熔熔體剛剛出現(xiàn)現(xiàn)破裂裂時的的剪切切速率率稱為為臨界界剪切切速率率。實實踐讓讓明它它隨聚聚乙烯烯的相相對分分子質(zhì)質(zhì)量增增大而而減小小。對對于相相對分分子質(zhì)質(zhì)量極極高的的UHMWPE來說說，在在剪切切速率率很低低時，，就可可能產(chǎn)產(chǎn)生熔熔體裂裂，在在較低低剪切切速率率下，，就會會產(chǎn)生生滑流流或噴噴流現(xiàn)現(xiàn)象。。因此此，在在超高高相對對分子子質(zhì)量量聚乙乙烯擠擠出加加工時時，會會遇到到由于于容易易破裂裂而產(chǎn)產(chǎn)生裂裂紋現(xiàn)現(xiàn)象；；在超超高相相對分分子質(zhì)質(zhì)量聚聚乙烯烯注塑塑時，，會出出現(xiàn)咬咬流而而致使使制品品出現(xiàn)現(xiàn)多孔孔狀或或脫層層現(xiàn)象象。這這是熱熱塑性性方法法加工工超高高相對對分子子質(zhì)量量聚乙乙烯的的難題題。(3)UHMWPE的的摩擦擦因數(shù)數(shù)極低低，使使粉料料在進進料過過程中中極易易打滑滑。(4)成型型溫度度范圍圍窄，，易氧氧化降降解。。2.9.2UHMWPE模壓成成型自由燒燒結(jié)法法和燒燒結(jié)壓壓制法法(1)自由由燒結(jié)結(jié)法自自由燒燒結(jié)法法也叫叫壓制制-燒結(jié)-壓制法法(先高壓壓壓制制成毛毛坯，然后把把毛坯坯放入加熱爐爐中加加熱，，加熱熱一定定時間間后取取出制制品再再放到到另一一個模模具中中加壓壓冷卻卻，然然后取取出制制品.具體工工藝為為：首首先稱稱取UHMWPE配好的的粉料料裝入入毛坯坯成型型模具具，高高壓成成型，，壓力力一般般為42MPa，保保壓30-90秒秒后取取出制制品，，放人人情性性氣體體保護護加熱熱爐中中，在在173℃℃下加加熱，，加熱熱時間間根據(jù)據(jù)制品品的厚厚度按按3-4℃℃/min確定定。壓制模模具先先涂脫脫模劑劑，再再把加加熱好好的毛毛坯放放入，加壓壓至28MPa，然然后保保壓冷冷卻到到制品品溫度度為65-85℃時時，取取出制制品。。(2)燒結(jié)結(jié)壓制制法燒結(jié)壓壓制法法與自自由燒燒結(jié)法法基本本相同同，在模具中裝料加加壓后后，將模具和和原料料一起起放到到加熱熱爐中中加熱熱；原原料裝裝到模模具后后雖然然加壓壓，但但所施施加的的壓力力要低低得多多，施施加壓壓力主要目目的是是排除模模具里里面粉粉料中中的空空氣，，使原原料密密實增增加料料的熱熱導(dǎo)率率等。2.9.2UHMWPE壓制成成型2.9.2UHMWPE壓制成成型具體加加工工工藝為為：1）稱取配配好的的UHMWPE粉料，，放入入涂有有脫模模劑的的模具中，，加壓壓5MPa左右，，因為為不是是為了了成型，僅僅是是為了了排除除原料料中的的空氣氣，使使原料料密實實，增增加熱熱導(dǎo)率率，減減少燒燒結(jié)時時間；；2）把模具具放入入加熱熱爐中中進行行加熱熱，加加熱溫溫度為為195℃左右右，加加熱時時間t(min)根據(jù)制制品厚厚度H(mm)由以下下公式式計算算:t=40××(H/10)4/3取出模模具放放到壓壓力機機上，，壓力8-12MPa進行冷冷壓，冷卻卻到65-75℃開模模取出出制品品，修修整飛飛邊，，多數(shù)數(shù)制品品需要要定型模模具進進行定定型，，這樣樣就完完成了了一個個制品品(或稱毛毛坯)的加工工過程程。2.9.3UHMWPE的的擠出出成型型，可可采用用單螺螺桿擠擠出機機、雙雙螺桿桿擠出出機和和柱塞塞擠出機，其其中以以雙螺螺桿擠擠出機機為最最常用用。(1)單螺螺桿擠擠出單單螺桿桿擠出出機擠擠出UHMWPE管管材技技術(shù)是是通過過螺桿桿的塑塑化和和推進進作用用，實實現(xiàn)UHMWPE管管材的的連續(xù)續(xù)擠出出，設(shè)備和和配方方技術(shù)術(shù)是關(guān)關(guān)鍵。工藝與通用塑料料管材一樣樣，UHMWPE熔體通通過過濾板板由旋轉(zhuǎn)運運動變?yōu)橹敝本€運動，，進入管材材模具，經(jīng)定徑后冷冷卻后定型型。2.9.3UHMWPE擠出成型2.3.3UHMWPE擠擠出成型(2)柱塞塞擠出柱柱塞推壓壓成型是一一種住復(fù)間間歇性的擠擠出方法。。其過程是是將粉料加加入加料室和模具中中，由施加加高壓使壓縮粉料移移動、連續(xù)續(xù)燒結(jié)和冷冷卻定型三三個步驟實現(xiàn)半連續(xù)擠出出成型。優(yōu)點在于，，成型過程程中無現(xiàn)剪切，降解少，質(zhì)量好，此外該方方法成型時時不受分子子質(zhì)量高低低的限制，，即使分子子量高達1000×104，也能夠?qū)崒崿F(xiàn)擠出加加工。具體加工工工藝：按配方混混料，溫度度應(yīng)低于120℃，混勻的的物料加入入料斗中，，不能斷流流。推壓塞端部部不能有刃刃和毛刺，燒結(jié)時物物料為半粉粉狀半固體體狀的彈性性體，此時溫度太太高就會使使物料局部部粘附，制品表面面會形成溝溝痕和不均均勻現(xiàn)象，，管子傾斜斜變彎，造造成推出困困難；燒結(jié)后的物物料進入定定型段后溫溫度逐漸下下降，不能能出現(xiàn)溫度度劇變，但但溫度不能能低于130℃，太太低就會使使物料收縮到到芯棒上以至推進困困難，定型型溫度太高會使物物料粘附到到模具上，也會造成成推進的困困難，產(chǎn)生生變形等；；從定型段段端部推出出的管子，，溫度較高高，很容易易造成變形形，為此，，定型段端端部接冷卻卻水套進行行冷卻，擠擠出速度低低時也可采采用風(fēng)冷。。2.9.3UHMWPE擠出成型(3)雙螺螺桿擠出同向旋轉(zhuǎn)的的雙螺桿擠出出機，為避免材材料降解，，保證物料料穩(wěn)定流動動及保證產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量，，螺桿的轉(zhuǎn)速不宜太高(一般為10r/min)。。流動性差，，粘度高擠擠出壓力大大，所以要要采用高強度止推推軸承，螺桿的螺螺槽要深些。2.9.3UHMWPE擠出成型4．注射成成型技術(shù)UHMWPE注射成成型基本上采用用普通的單單螺桿注射射機，但在在螺桿和模模具設(shè)計上上需經(jīng)過特特殊的改進進，以保證證物料在料料筒內(nèi)均勻勻移動，并并裝備壓力力儲存器用用來加速注注入。UHMWP在在注射成型型時，高壓壓下的噴射射流動有利于充模模，制品尺尺寸穩(wěn)定性性也好，因因此，注射射壓力一般般控制在12Mpa以上。螺螺桿轉(zhuǎn)速以以（40-60r）/min為為宜，轉(zhuǎn)速速過高，導(dǎo)導(dǎo)致摩擦加加大，物料料溫度升高高，容易發(fā)發(fā)生熱降解解，使相對對分子質(zhì)量量下降，影影響制品性性能。為防止由于于熱氧化降降解而發(fā)生生相對分子子質(zhì)量下降降的倩況，，可用氮氣氣等隋性氣氣體置換料料筒中的空氣，這對于UHMWPE的的注射成型型是十分重重要的。2.9.4UHMWPE注射成型聚砜類塑料料都可以用用一般熱塑塑性塑料的的成型方法法進行加工工，但成型型溫度較高高。成型方方法主要有有注塑、擠擠出和吹塑塑等。雙酚A聚砜砜的熔融溫溫度在310℃以上上，分解溫溫度超過420℃，，加工溫度度范圍較寬。聚砜吸水率率較高(0.3%左左右)，樹樹脂含水量量應(yīng)控制在0.1%以下。干燥條件為為150℃℃，3h。。2.10PSU的成型加工工PSU注塑制品容容易產(chǎn)生內(nèi)內(nèi)應(yīng)力，因此模具溫度要要高。當(dāng)加工溫度度為330-400℃時，模模溫控制在在120-140℃℃，復(fù)雜形狀的的制品模溫溫為150-165℃。為避避免制品出出現(xiàn)殘余應(yīng)應(yīng)力開裂，，通常采用用退火處理理?？梢杂糜酶视驮⊥嘶鸱椒椒?，條件件為160℃，1-5min或采用空氣浴浴退火處理理，條件為為160℃℃，l-4h。退火時間間取決于制制品大小及及壁厚。擠出成型主主要應(yīng)用于于管材、薄薄板和擠出出膜的生產(chǎn)產(chǎn)，成型溫溫度可控制制在320℃-390℃。吹吹塑主要用用于各種容容器和薄膜膜制品的成成型，焙融融溫度為3l0-380℃。。2.10PSU的成型加工工聚芳醚酮分分解溫度都都在500℃以上，，而且大部部分為結(jié)晶晶聚合物，，PEEK的Tg為143℃℃，Tm為334℃，在聚聚醚酮中比比較容易加加工。但Tg較低低，作為結(jié)結(jié)構(gòu)材料，，使用溫度度受到限制制。為了提提高聚芳醚醚酮的玻璃璃化轉(zhuǎn)變溫溫度，在結(jié)結(jié)構(gòu)改進上上進行了大大量工作，，發(fā)現(xiàn)當(dāng)引引進聯(lián)苯單單元時可以以使Tg提提高到200℃以上上，然而Tm也相應(yīng)應(yīng)提高到386℃，使加工更更加困難難。2.11聚芳醚酮酮成型加加工PEEK由于其結(jié)結(jié)晶性而而必須在在Tm以以上溫度度進行加加工，與與其他結(jié)結(jié)晶聚合合物一樣可以對對其進行行模壓、、注塑、、擠出成成型及粉粉末噴涂涂和熔融融紡絲等等。對于于PEEK在370-400℃之間間其熔體體粘度為為480-350Pa·s，，有很好好的加工工性能。。2.11聚芳醚酮酮成型加加工PTFE的結(jié)晶晶熔點為為327℃，但但樹脂要要在380℃以以上才能能處于熔熔融狀態(tài)態(tài)，熔體體粘度高高達1010Pa·s，又具具有極強的耐溶溶劑性，，因此，，PTFE通常采采用冷壓壓燒結(jié)成成型。2.12PTFE成型加工工1.PI的特點（1）全芳香香聚酰亞亞胺熱分分解溫度度500℃℃、聚苯二二酐和對對苯二胺胺合成的的聚酰亞亞胺熱分分解溫度度達600℃℃，是熱穩(wěn)穩(wěn)定性最最高的品品種之一一；（2）耐極低低溫，在在絕對溫溫度4K（-269℃）的液態(tài)態(tài)氦中不不會脆裂裂；（3）力學(xué)性性能，拉拉伸強度度：未填填充＞100MPa、均聚型型PI薄膜為250MPa、聯(lián)苯型型PI薄膜達到到530MPa。彈性模量量為3～4GPa；纖維強度度5.1～6.4GPa，彈性模模量220～340GPa。（4）對烯酸酸較穩(wěn)定定，但一一般的品品種不太太耐水解解，尤其其是堿性性水解；；（