塑料成型工藝與模具2-02-20

第二章塑料成型工藝基礎(chǔ)

第一節(jié)塑料及其基本性能一、塑料的定義和組成二、塑料的分類與特點(diǎn)三、塑料的基本性能與用途一、塑料的定義和組成

1、塑料的組成

塑料是以樹脂為主要成分，一般含有添加劑、在加工過(guò)程中能流動(dòng)成型的高分子聚合物。

2、樹脂

樹脂有天然樹脂和合成樹脂之分：天然樹脂如松香、蟲膠等；合成樹脂（簡(jiǎn)稱樹脂）是人工合成的高分子聚合物，它在塑料中的比例一般為40％～65％。

常用塑料中英文名稱對(duì)照

合成樹脂的主要作用：

樹脂是聯(lián)系或粘合塑料中的其他一切成分，并決定塑料的類型和主要性能（如熱塑性或熱固性、機(jī)械、物理、電、化學(xué)性能等）。

樹脂包括：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等。

3、添加劑

塑料在成型過(guò)程中需加入添加劑，目的是改善塑料成型性能以及制品的使用性能。

1）填充劑

填充劑又稱填料，主要作用是增量和改性。

如用玻璃纖維作為塑料的填充劑，能使塑料的機(jī)械強(qiáng)度大幅度提高。另外有的填充劑能使塑料具有導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、導(dǎo)熱性等特性。

2）穩(wěn)定劑

凡能阻緩或抑制塑料變質(zhì)的物質(zhì)稱為穩(wěn)定劑。按其發(fā)揮作用，可分光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧化劑。

常用的穩(wěn)定劑有硬脂酸鹽及環(huán)氧化合物等。

3）增塑劑

增塑劑是一些能與樹脂相溶的、不易揮發(fā)的高沸點(diǎn)有機(jī)化合物。

對(duì)于軟質(zhì)聚氯乙烯制品，在原料中加入適量增塑劑可以降低其剛度和脆性，提高塑料成型加工性能和制品的柔軟性。

4）著色劑

一般合成樹脂為白色半透明或原色透明狀，為了達(dá)到美觀和裝飾制品的要求，常在塑料中添加著色劑。

5）潤(rùn)滑劑

潤(rùn)滑劑是為改善塑料熔體的流動(dòng)性，減少或避免對(duì)成型設(shè)備和模具的摩擦及粘附，改進(jìn)制品的表面粗糙度等而加入的添加劑。

6）固化劑

在熱固性塑料成型時(shí)，固化劑或交聯(lián)劑的加入可以使合成樹脂完成交聯(lián)反應(yīng)而固化。

塑料中的添加劑除了上述幾種常用的以外，根據(jù)塑料品種及制品使用性能要求，可選擇性地加入發(fā)泡劑、阻燃劑、發(fā)光劑、防靜電劑、導(dǎo)磁劑、驅(qū)避劑等添加劑。

二、塑料的分類與特點(diǎn)

1、按樹脂的分子結(jié)構(gòu)及其特性分類

1）熱塑性塑料該樹脂的分子結(jié)構(gòu)是線形或支鏈形結(jié)構(gòu)，如圖所示：（a）線形（b）帶有支鏈形（c）體形圖2-1聚合物分子鏈結(jié)構(gòu)示意圖熱塑性塑料在加熱時(shí)軟化并熔融，成為可流動(dòng)的粘稠液體（即熔體），在此狀態(tài)下可塑制成一定形狀的塑件，冷卻后保持已成型的形狀。熱塑性塑料的特點(diǎn):有較好的物理力學(xué)性能，容易成型加工，品種多、產(chǎn)量高；有些熱塑性塑料，具有耐腐蝕、耐高溫、高絕緣性、低摩擦系數(shù)等優(yōu)異性能；除少數(shù)品種外，一般耐熱性和剛性都較差。2）熱固性塑料

該塑料在受熱之初分子呈線型結(jié)構(gòu)，故具有可塑性和可熔性，可模塑成一定形狀的塑件，但在繼續(xù)受熱后這些線形或支鏈形分子逐漸結(jié)合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度達(dá)到一定值后，交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展，分子呈現(xiàn)體型結(jié)構(gòu)，如圖2-1（c）所示，樹脂變成不溶或不熔，塑件形狀固定下來(lái)不再改變。

熱固性塑料的特點(diǎn):

耐熱性高，尺寸穩(wěn)定性好，價(jià)廉；

本身的力學(xué)性能較差，需進(jìn)行增強(qiáng)。

如用玻璃纖維增強(qiáng)后制成的增強(qiáng)塑料，俗稱“玻璃鋼”，其強(qiáng)度可與金屬媲美。2、按塑料用途和性能分類

1）通用塑料通用塑料是指產(chǎn)量最大、用途最廣、價(jià)格最低廉的一類塑料，有聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、酚醛塑料（PF）、氨基塑料等。2）工程塑料工程塑料指拉伸強(qiáng)度大于50MPa，

沖擊強(qiáng)度大于6kJ/m，長(zhǎng)期耐熱溫度超過(guò)100℃、剛性好、蠕變小、自潤(rùn)滑、電絕緣、耐腐蝕性優(yōu)良等，可替代金屬用作結(jié)構(gòu)件的塑料。

工程塑料：聚酰胺（PA）、聚甲醛（POM）、聚碳酸酯（PC）、丙烯睛－丁二烯－苯乙烯（ABS）、聚苯醚（PPO）、聚四氟乙烯（PTFE）以及各種增強(qiáng)塑料。3）特殊塑料特殊塑料指具有高的耐熱性、高的電絕緣性、高的耐腐蝕性等特殊性能的塑料。常見為某些專門用途而改性制得的塑料如導(dǎo)磁塑料、導(dǎo)熱塑料、醫(yī)用塑料、光敏塑料、等離子塑料等。3、按樹脂的制造方法分類

1）加聚型塑料加聚型塑料是通過(guò)加聚反應(yīng)制得的樹脂組成的塑料。加聚反應(yīng)是指在一定條件下，單體分子的活性鏈發(fā)生相互作用，加聚成一條大分子鏈的過(guò)程。2）縮聚型塑料縮聚型塑料是通過(guò)縮聚反應(yīng)制得的樹脂組成的塑料。

縮聚反應(yīng)是靠單體中的可反應(yīng)基團(tuán)等來(lái)反應(yīng)的，反應(yīng)過(guò)程是逐步縮合的，并伴隨某種小分子物質(zhì)（氯化氫、氨、水、甲醇等）析出。

三、塑料的基本性能與用途

不同品種的塑料具有不同的性能和用途，綜合起來(lái)，其性能和用途如下：1、質(zhì)輕、比強(qiáng)度高

塑料質(zhì)輕，一般塑料的密度都在0.9～2.3g/cm之間，只有鋼鐵的1/8～l/4、鋁的1/2左右，而各種泡沫塑料的密度更低，約在0.01～0.5g/cm之間。塑料密度小，對(duì)于力求減輕自重的運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備如車輛、船舶、飛機(jī)、航天而言，具有減少燃油資源、保護(hù)環(huán)境的意義；在強(qiáng)度方面，有些增強(qiáng)塑料的單位質(zhì)量的強(qiáng)度接近甚至超過(guò)鋼材?？捎糜谥圃祜w機(jī)、人造衛(wèi)星、火箭及導(dǎo)彈上的零部件。

2、優(yōu)異的電絕緣性能幾乎所有的塑料都具有優(yōu)異的電絕緣性能，如極小的介電損耗和優(yōu)良的耐電弧特性，這些性能可與陶瓷媲美。塑料廣泛地用于電力、電機(jī)和電子工業(yè)中作為絕緣材料和結(jié)構(gòu)零件，如電線電纜的套管、調(diào)節(jié)旋鈕、電器插座和外殼等。3、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性能一般塑料對(duì)酸、堿、鹽、水和氣體均有良好的耐腐蝕性能。

常見的硬質(zhì)聚氯乙烯多用于管道或容器的防腐及建筑給排水工程中。4、減摩、耐磨性能好大多數(shù)塑料具有優(yōu)良的減摩、耐磨和自潤(rùn)滑特性。如聚四氟乙烯用于成型無(wú)油潤(rùn)滑軸承、導(dǎo)軌及密封環(huán)零部件等。5、透光及防護(hù)性能多數(shù)塑料都可以成型為透明或半透明制品，其中聚苯乙烯（PS）透光率僅次于有機(jī)玻璃（PMMA），后者可用作航空玻璃材料。塑料還具有防水、防潮、防透氣、防振、防輻射等多種性能，常用作農(nóng)用薄膜和防護(hù)包裝用品。6、減震、消音性能優(yōu)良一些塑料柔韌而富有彈性，當(dāng)它受到外界頻繁的機(jī)械沖擊和振動(dòng)時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生黏性內(nèi)耗，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成熱能。例如，用工程塑料制作的軸承和齒輪可減小噪音，各種泡沫塑料更是廣泛使用的優(yōu)良減震、消音材料。

7、成型性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)效益顯著塑料具有易加工成型、成型周期短的特性。與金屬制品加工相比，成型周期短，加工工序少，一模多腔產(chǎn)量大，加工過(guò)程中的澆道廢料大多可回收作為原料再利用，效益顯著。塑料基本性能還包括如下：塑料熱性能比金屬等材料差，塑料的熱導(dǎo)率只有金屬的1/600～l/200，不易散熱。與金屬材料相比，塑料的剛性差。如尼龍的彈性模量約為鋼鐵的1/100，在長(zhǎng)期受載荷作用下，即使溫度不高，塑料也會(huì)漸漸產(chǎn)生“蠕變”現(xiàn)象；塑料易燃燒，在光和熱作用下性能容易變壞，發(fā)生老化現(xiàn)象。

隨著塑料工業(yè)的發(fā)展和塑料材料研究工作的深入，這些不足正被逐漸克服，經(jīng)改性后的新穎塑料和各種復(fù)合材料正不斷涌現(xiàn)。有諸多優(yōu)異性能塑料在航空航天、汽車、船舶、火車、建筑、化工防腐、電機(jī)、電子、體育等領(lǐng)域中具有越來(lái)越廣泛的用途。第二節(jié)聚合物的物理狀態(tài)與成型加工

一、高分子聚合物二、聚合物的物理狀態(tài)三、聚合物的成型加工一、高分子聚合物

1、高分子聚合物

高分子是一種含有原子數(shù)很多，相對(duì)分子質(zhì)量很高（通常大于10）、分子鏈很長(zhǎng)的巨型大分子。將低分子化合物單體轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠓肿游镔|(zhì)的過(guò)程叫做聚合反應(yīng)。單體經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng)后，其原子便以共價(jià)鍵的方式形成大分子結(jié)構(gòu)。2、聚合物的聚集狀態(tài)

由于聚合物分子特別大，分子間的作用力較大，容易聚集固態(tài)或液態(tài)，不易形成氣態(tài)。按分子排列的集合特點(diǎn)，聚合物分為結(jié)晶型和無(wú)定形兩種。二、聚合物的物理狀態(tài)

聚合物在不同條件下表現(xiàn)出的分子熱運(yùn)動(dòng)特征稱為聚合物的物理狀態(tài)。聚合物的物理狀態(tài)和溫度密切相關(guān)，溫度變化時(shí)，聚合物的受力行為發(fā)生變化，呈現(xiàn)出不同的物理狀態(tài)。三、聚合物的成型加工

第三節(jié)聚合物流體的剪切流動(dòng)、

拉伸流動(dòng)一、流動(dòng)的類型二、非牛頓型液體的流動(dòng)三、拉伸流動(dòng)

聚合物流體在外力的作用