塑料成型模具設計（第2版）江昌勇課件1-塑料概述

23四月20231【本章要點與提示】知識要點目標要求學習方法塑料的概念、組成、分類及特點熟悉結合老師在教學過程中的講解及閱讀教材相關內(nèi)容，通過對日常生活中塑料制件的觀察，熟悉塑料的組成、分類及特點，通過對不同種類塑料的綜合性能和成型工藝性能的分析，熟悉塑料的選擇。塑料的成型工藝性能掌握塑料基本特性了解23四月20232【導入案例】

聚乙烯原料聚氯乙烯原料聚苯乙烯原料聚丙烯原料

聚碳酸酯原料聚酰胺（尼龍）有機玻璃ABS塑件

聚甲醛塑件聚砜棒材聚苯醚棒材氟塑料塑件23四月20233【主要內(nèi)容】1.1塑料的組成及特點1.2塑料成型工藝性能1.3常用塑料的基本特性簡介及選擇23四月20234一、樹脂和塑料1．塑料的概念1.1塑料的組成及特點塑料是以樹脂為主要成分，加入各種添加劑（輔助料），在一定的溫度和壓力下具有可塑性和流動性，可被模塑成一定形狀，且在一定條件下保持形狀不變的材料。組成成型條件成型性能23四月20235——指受熱時通常有轉(zhuǎn)化或熔融范圍，轉(zhuǎn)化時受外力作用具有流動性，常溫下呈固態(tài)或半固態(tài)或液態(tài)的有機聚合物，它是塑料最基本的，也是最重要的成分。

一、樹脂和塑料2．樹脂的概念樹脂1.1塑料的組成及特點23四月20236

—是指由自然界中動植物分泌物所得的無定形有機物質(zhì)，如松香、瀝青、蟲膠等。

—是指由簡單有機物經(jīng)化學合成或某些天然產(chǎn)物經(jīng)化學反應而得到的樹脂產(chǎn)物。天然樹脂合成樹脂一、樹脂和塑料2．樹脂的概念1.1塑料的組成及特點23四月202371.樹脂作用：塑料的主要成分（占40%----70%）決定塑料的類型和基本性能膠粘其它成分材料；賦予塑料可塑性和流動性二、塑料的成分1.1塑料的組成及特點23四月202382.添加劑⑴填充劑（填料）重要的但非必不可少的成分作用：減少樹脂用量，降低塑料成本；改善塑料某些性能，擴大塑料的應用范圍。二、塑料的成分1.1塑料的組成及特點23四月20239⑵

增塑劑

能夠增加塑料的可加工性、延展性和膨脹性的物質(zhì)；它是能與樹脂相溶的、不易揮發(fā)的高沸點有機化合物。

常用的增塑劑是液態(tài)或低熔點固體有機物。主要有甲酸脂類、磷酸酯類和氯化石蠟等。2.添加劑二、塑料的成分1.1塑料的組成及特點23四月202310作用：提高塑性、流動性和柔軟性；降低剛性和脆性；改善塑料的工藝性能和使用性能。⑵

增塑劑2.添加劑二、塑料的成分1.1塑料的組成及特點23四月202311⑶

穩(wěn)定劑凡能阻緩材料變質(zhì)的物質(zhì)稱為穩(wěn)定劑。

它的主要作用就是抑制或防止樹脂在加工或使用過程中受熱而降解。

它的主要作用是阻止樹脂在光的作用下降解（塑料變色、力學性能下降等等）。

延緩或抑制塑料氧化速度。熱穩(wěn)定劑：光穩(wěn)定劑：抗氧化劑：2.添加劑二、塑料的成分1.1塑料的組成及特點23四月202312⑷

潤滑劑

為防止塑料在成型過程中粘模，減少塑料對模具的摩擦，改善塑料的流動性，提高塑件表面的光澤度而加入的添加劑。2.添加劑二、塑料的成分1.1塑料的組成及特點23四月202313⑸

著色劑

起裝飾美觀的作用，某些著色劑還能提高塑料的光穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和耐候性。分類顏料染料有機顏料無機顏料2.添加劑二、塑料的成分1.1塑料的組成及特點23四月202314⑸

著色劑特點：無機顏料：著色能力、透明性、鮮艷性較差，但耐光型、耐熱性、化學穩(wěn)定性較好，不易褪色。染料：色彩鮮艷、顏色齊全，著色能力、透明性好。性能與無機顏料相反。2.添加劑二、塑料的成分1.1塑料的組成及特點23四月202315⑸

著色劑有機顏料的特性介于無機顏料和染料之間。在塑料工業(yè)中著色劑多采用顏料。還有阻燃劑、抗靜電劑、發(fā)泡劑、防腐劑和加工助劑等

并非每種塑料都要加入全部的添加劑，根據(jù)塑料品種和需求有選擇性的加入某些添加劑2.添加劑二、塑料的成分1.1塑料的組成及特點23四月202316

——在受熱或其它條件下能固化成不熔不溶性物質(zhì)的塑料，其分子結構最終為體型結構。（變化過程不可逆）三、塑料的分類1．按塑料的物理化學性能（塑料加熱時的工藝性能）

——

指在特定溫度范圍內(nèi)能反復加熱軟化和冷卻硬化的塑料，其分子結構是線型或支鏈型結構。(變化過程可逆)熱塑性塑料熱固性塑料1.1塑料的組成及特點23四月202317——一般指具有特種功能（如耐熱、自潤滑等）應用于特殊要求的塑料?！话阒改艹惺芤欢ǖ耐饬ψ饔茫⒂辛己玫臋C械性能和尺寸穩(wěn)定性，在高、低溫下仍能保持其優(yōu)良性能，可以作為工程結構件的塑料?！话阒府a(chǎn)量大、用途廣、成型性好、價廉的塑料。2．按塑料的用途（應用范圍）分：特種塑料工程塑料通用塑料三、塑料的分類1.1塑料的組成及特點23四月202318四、塑料的特性1.密度小、質(zhì)量輕2.比強度和比剛度高3.化學穩(wěn)定性好4.電絕緣性能好5.耐磨性和自潤滑性能好6.隔音、隔熱和減振性能好7.卓越的成型性能8.尺寸精度低、力學強度低、耐熱性差1.1塑料的組成及特點23四月202319思考與練習：1.塑料的概念，塑料與樹脂的關系？2.塑料的成分有哪些，各自作用如何？3.塑料按物理化學性質(zhì)可分為幾種？4.熱塑性塑料和熱固性塑料的主要區(qū)別？5.塑料按性能及用途分可分為？1.1塑料的組成及特點23四月2023201.密度小、質(zhì)量輕

塑料的密度在0.83～2.2g/cm3范圍內(nèi)，大多數(shù)在1.0～1.4g/cm3左右，約是鋼鐵的1/8～1/4、銅的1/6、鋁的1/2左右。在眾多材料中，塑料的密度只比木材的密度（0.28～0.98g/cm3）稍高一些。有些泡沫塑料的密度僅有0.1～0.2g/cm3，尤其高發(fā)泡塑料，它的密度甚至比0.1g/cm3還要低許多。

質(zhì)輕是塑料的第一大特點。23四月2023212.比強度和比剛度高

比強度是指按單位體積質(zhì)量計算的材料強度，即材料的強度與其密度之比；比剛度是指材料的彈性模量與其密度的比值。

塑料的強度、剛度雖然不如金屬，但因其密度小，在各種材料中具有較高的比強度和比剛度，有些增強塑料的比強度和比剛度甚至接近或超過金屬。對一些既要求重量輕又要強度高的中、低載荷使用條件的制件，塑料是最合適的材料。在汽車工業(yè)中，塑料結構件的使用量已達到6%以上，小轎車中塑料質(zhì)量約占整車質(zhì)量1/10。在飛機、輪船、航天工具、人造衛(wèi)星和導彈上，使用塑料減重的意義更大，目前宇宙飛船中塑料體積占飛船總體積的1/2。

23四月2023223.化學穩(wěn)定性好

塑料具有很高的耐腐蝕能力，有些塑料不僅能耐受潮濕空氣的影響，而且也能耐受酸、堿、鹽、氣體和蒸汽的化學腐蝕作用，優(yōu)用金屬和木材，僅次于玻璃和陶瓷。一些化工管道、容器都用耐腐蝕塑料（如聚四氟乙烯）制造。23四月2023234.電絕緣性能好

塑料的導電率很低，一般均為絕緣材料，許多塑料對火具有自熄性，塑料優(yōu)異的電氣絕緣性能和極低的介電損耗性能可與陶瓷、橡膠相媲美。除用做絕緣材料，現(xiàn)在又用來制作半導體塑料、導電導磁塑料，被廣泛應用于電機、電器及電子工業(yè)等行業(yè)中。23四月2023245.耐磨性和自潤滑性能好

鋼與塑料的摩擦因數(shù)一般均在0.1以下。由于塑料具有摩擦系數(shù)小、耐磨性高、自潤滑性好的特點，并具有一定的力學性能，因此常用來制造無法潤滑工況下的軸承、齒輪等傳動件，如電子設備的傳動機構和摩擦機構等。聚酰胺、聚甲醛、超高分子量聚乙烯和聚酰亞胺等都有良好的自潤滑性。為防污染，如食品、紡織和醫(yī)藥等機構的結構零件摩擦接觸部位禁用潤滑劑，上述問題用自潤滑性塑料制造運動型結構零件都能解決。23四月2023256.隔音、隔熱和減振性能好

軟質(zhì)塑料和硬質(zhì)泡沫塑料，具有優(yōu)良的隔音、隔熱和減振性能。在隔音材料中最常用的是聚苯乙烯泡沫塑料。在隔熱材料中，常用硬質(zhì)聚氨酯、聚乙烯、聚苯乙烯和脲醛等泡沫塑料。酚醛、有機硅樹脂等熱固性硬質(zhì)泡沫塑料的強度較高，可用于超音速飛機及火箭中的雷達罩和隔熱夾心結構材料。在減振材料中，軟質(zhì)聚氨酯、聚乙烯和聚苯乙烯泡沫塑料最為常用，其中軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料常用于體育器材，而聚乙烯和聚苯乙烯泡沫塑料常用于減振包裝。

23四月2023267.卓越的成型性能

塑料的成型性能優(yōu)于金屬、陶瓷及其他材料，其具有成型方法多、成型設備簡單、成型加工周期短、效率高和成本低廉等特點。與金屬制件加工相比，加工工序少、加工過程中的邊角廢料多數(shù)可以回收再用。再以單位體積計算，生產(chǎn)塑件的費用僅為有色金屬的1/10。因此，塑件的總體經(jīng)濟效益顯著。

23四月2023278.尺寸精度低、力學強度低、耐熱性差塑料在成型時的收縮特性對塑件的尺寸精度和外觀變形有一定的影響，因此塑件的精度不高。與一般工程材料相比，塑料的力學強度較低。塑料耐熱性差，強度隨溫度升高下降較快，塑料的最高使用溫度一般不超過400℃，而且大多數(shù)在100～260℃范圍內(nèi)。如果工作環(huán)境溫度短期內(nèi)超過400℃甚至達到500℃，并且負荷不太大時，有些耐高溫塑料可以短時使用。如碳纖維、石墨或玻璃纖維增強的酚醛等熱固性塑料，雖然長期耐熱溫度不到200℃，但其瞬間可耐上千度高溫，可做耐燒融的材料，用于導彈外殼及宇宙飛船面層材料。塑料在低溫下易開裂?！叭渥儭爆F(xiàn)象。老化現(xiàn)象。28一、熱塑性塑料的成型工藝性能23四月20231.2塑料成型工藝性能1.收縮性2.流動性3.結晶性8.塑料狀態(tài)與加工性5.吸濕性4.熱敏性及水敏性

7.相容性6.應力開裂及熔體破裂

29一、熱塑性塑料的成型工藝性能1.收縮性（研究成型性能和結構工藝特性的重要參數(shù)）

塑件從塑模中取出冷卻到室溫后，塑件的各部分尺寸都比原來在塑模中的尺寸有所縮小，這種性能稱為收縮性。23四月20231.2塑料成型工藝性能301.2塑料成型工藝性能一、熱塑性塑料的成型工藝性能1.收縮性

塑件從熱的模具上取出并冷卻到室溫后，其尺寸和體積將發(fā)生變化--收縮，由于收縮不僅是樹脂本身的熱脹冷縮，而且還與各種成型因素有關，故成型后塑件的收縮稱為

成型收縮。23四月2023成型收縮的形式：⑴線尺寸收縮⑵收縮方向性⑶后收縮⑷后處理收縮31影響收縮的基本因素：⑴塑料品種⑵塑件的結構特性⑶模具結構⑷成型工藝條件23四月20231.2塑料成型工藝性能一、熱塑性塑料的成型工藝性能1.收縮性32收縮率的計算：塑件的成型收縮值可用以下公式表示。──實際收縮率（%）──計算收縮率（%）a──塑件或模具在成型溫度時的單向尺寸（mm）b——塑件在室溫下的單向尺寸（mm）c——模具在室溫下的單向尺寸（mm）23四月20231.2塑料成型工藝性能一、熱塑性塑料的成型工藝性能1.收縮性332.流動性（可擠壓性/可模塑性）

塑料在一定溫度與壓力下填充型腔的能力稱為流動性。流動性好、流動性中等、流動性差常用塑料根據(jù)它的流動性可分為三類：23四月20231.2塑料成型工藝性能一、熱塑性塑料的成型工藝性能342.流動性23四月20231.2塑料成型工藝性能一、熱塑性塑料的成型工藝性能分子量小，分子量分布寬，分子結構規(guī)整性差，熔融指數(shù)高、螺流動長度長、表觀粘度小，流動比大的塑料流動性就好。MI（g/10min）35

凡促使熔融料降低溫度，增加流動性阻力的則流動性就降低。影響流動性的主要因素：模具結構壓力

溫度

料溫高則流動性增大，但不同塑料也各有差異。

注塑壓力增大則熔融料受剪切作用大，流動性也增大。23四月20232.流動性1.2塑料成型工藝性能一、熱塑性塑料的成型工藝性能36

所謂結晶現(xiàn)象即為塑料由熔融狀態(tài)到冷凝時，分子由獨立移動，完全處于無次序狀態(tài)，變成分子停止自由運動，按略微固定的位置，并有一個使分子排列成為正規(guī)模型的傾向的一種現(xiàn)象。結晶型塑料

非結晶型（又稱無定形）塑料

無定形料為透明（如有機玻璃等）

一般結晶性塑料為不透明或半透明

例外：聚(4)甲基戍烯為結晶型塑料卻有高透明性ABS為無定形塑料但卻并不透明23四月20233.結晶性1.2塑料成型工藝性能一、熱塑性塑料的成型工藝性能37

結晶型塑料在模具設計及選擇注塑機時的要求及注意事項:冷凝時放出熱量大，要充分冷卻。料溫上升到成形溫度所需的熱量多，要用塑化能力大的設備。23四月20233.結晶性1.2塑料成型工藝性能一、熱塑性塑料的成型工藝性能38——有的塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分，在高溫、高壓下也會發(fā)生分解，這種性能稱為水敏性。

——對熱較為敏感，在高溫下受熱時間較長或進料口截面過小，剪切作用大時，料溫增高易出現(xiàn)變色、降解、分解的傾向。這種性能稱為熱敏性。4.熱敏性及水敏性熱敏性水敏性23四月20231.2塑料成型工藝性能一、熱塑性塑料的成型工藝性能395.吸濕性

吸濕性據(jù)此，塑料大致可分為以下兩種：

不吸水也不易粘附水分吸濕、粘附水分聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚砜聚乙烯、聚丙烯——塑料對水分的親疏程度23四月20231.2塑料成型工藝性能一、熱塑性塑料的成型工藝性能40——是指當一定融熔指數(shù)的聚合物熔體，在恒溫下通過噴嘴孔時當流速超過某一數(shù)值時，熔體表面即發(fā)生橫向裂紋，這種現(xiàn)象被稱為熔體破裂?！侵赣行┧芰蠈Ρ容^敏感，成型時容易產(chǎn)生內(nèi)應力，質(zhì)脆易裂，當塑件在外力作用下或在溶劑作用下即發(fā)生開裂的現(xiàn)象，被稱為應力開裂。應力開裂6.應力開裂及熔體破裂熔體破裂23四月20231.2塑料成型工藝性能一、熱塑性塑料的成型工藝性能41——指兩種或兩種以上不同品種的塑料，在熔融狀態(tài)下不產(chǎn)生相分離現(xiàn)象的能力。7.相容性(共混性)相容性8.塑料狀態(tài)與加工性線型非結晶聚合物線型結晶聚合物23四月20231.2塑料成型工藝性能一、熱塑性塑料的成型工藝性能4223四月20234323四月20231.2塑料成型工藝性能一、熱固性塑料的成型工藝性能1.收縮性2.流動性3.比容及壓縮率4.固化（硬化）特性5.水分及揮發(fā)物含量44

熱固性塑料收縮的表現(xiàn)形式、影響因素和計算方法與熱塑性塑料基本相同。1.收縮性

熱固性塑料流動性通常以拉西格法值（以毫米計）來表示，數(shù)值大則流動性好。2.流動性23四月20231.2塑料成型工藝性能一、熱固性塑料的成型工藝性能4523四月202346

每一品種塑料通常分三個不同等級的流動性：2.流動性拉西格流動值為100-130mm：適用于壓制無嵌件、形狀簡單、厚度一般的塑件拉西格流動值為131-150mm：用于壓制中等復雜程度的塑件拉西格流動值為151-180mm：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23四月20231.2塑料成型工藝性能一、熱固性塑料的成型工藝性能47影響流動性的因素：⑴塑料品種

⑵模具結構

⑶成型工藝

一般樹脂分子量小,填料顆粒細且呈球狀,水、增塑劑、潤滑劑含量高的，流動性大。

模具成型表面光滑、型腔形狀簡單，有利于改善流動性。

采用預壓錠及先預熱，提高成型壓力，提高成型溫度（在低于塑料硬化溫度的條件下）等都能提高塑料的流動性。23四月20232.流動性1.2