塑料材料及其成型工藝性能

07.05.20231

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07.05.20232

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07.05.20233

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07.05.20234

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07.05.20235

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07.05.20236

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07.05.20237

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(guān)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07.05.20238

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07.05.20239

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07.05.202310

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07.05.202311

1.1.4塑料的性能密度小(重量輕，塑料比重0.9~2，鋁2.7，鐵7.8)。比強(qiáng)度(b/ρ)和比剛度(E/ρ)高?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好。電氣性能優(yōu)良。減摩、耐磨和自潤(rùn)滑性好。成型和著色性能好。多種防護(hù)性能：除防腐外，塑料還具有防水、防潮、防透氣、防振、防輻射等。耐熱性差、受載荷易蠕變、老化現(xiàn)象。1.1塑料材料07.05.202312

1.1.5塑料的可加工性1.1.5.1熱塑性塑料的溫度力學(xué)狀態(tài)及成型加工的關(guān)系Ⅰ—非結(jié)晶Ⅱ—結(jié)晶型

Tg-玻璃化溫度Tm-結(jié)晶型熔點(diǎn)Tf-非晶型流動(dòng)溫度Td-分解溫度

1.1塑料材料07.05.202313圖1-3熱固性塑料的狀態(tài)與溫度的關(guān)系

1.1.5.2熱固性塑料的狀態(tài)與溫度的關(guān)系1.1塑料材料07.05.202314

當(dāng)溫度和壓力變更時(shí)，黏流態(tài)的塑料表觀(guān)黏度會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化，這稱(chēng)為塑料的流變性。1.2.1牛頓型流體流體在平直圓管內(nèi)受切應(yīng)力而發(fā)生的流動(dòng)形式有層流和湍流兩種。層流：被看著一層層彼此相鄰且平行的薄層流體沿外力作用方向進(jìn)行的相對(duì)滑移，而且各層之間無(wú)相互影響。湍流：流體各點(diǎn)的速度大小與方向都隨時(shí)間而變化，且流體內(nèi)相互干擾嚴(yán)重。1.2塑料的流變性07.05.202315D:管道直徑；V:流體的平均速度；ρ:流體的密度；η:流體剪切粘度。Re<2100~4000時(shí)為層流，Re>4000時(shí)為湍流。塑料在成型加工過(guò)程中的流動(dòng)基本上屬于層流。

層流與湍流的區(qū)分以雷諾數(shù)（Re）為準(zhǔn)，1.2塑料的流變性07.05.202316牛頓流動(dòng)定律：在一定溫度下，當(dāng)剪切力τ作用于兩個(gè)相距為dr的液體平行層面并以相對(duì)速度dv移動(dòng)時(shí)，則剪切力τ與剪切速率dv/dr(也稱(chēng)速度梯度）之間呈下列直線(xiàn)關(guān)系：其中：η為牛頓黏度，單位:Pa·s(N·s/m2)。符合上式的流體都稱(chēng)為牛頓型流體。液體流動(dòng)時(shí)不服從上式規(guī)律的均稱(chēng)為非牛頓體。1.2塑料的流變性07.05.202317

非牛頓型流體原則上包括黏性流體、黏彈性流體及時(shí)間依賴(lài)性流體。可以將非牛頓型流體當(dāng)作黏性流體看待，黏性流體又分為：賓哈流體膨脹性流體假塑性流體。

非牛頓流體“黏度”稱(chēng)為非牛頓黏度或稱(chēng)表觀(guān)黏度（1-2）1.2塑料的流變性07.05.202318

圖1-4不同類(lèi)型流體的流動(dòng)曲線(xiàn)圖1-5不同類(lèi)型流體表觀(guān)黏度與剪切速率的關(guān)系1.2塑料的流變性07.05.202319

圖1-6溫度對(duì)表觀(guān)黏度的影響1.2塑料的流變性07.05.202320

1.3.1流動(dòng)性

定義：在成型過(guò)程中，塑料熔體在一定的溫度與壓力作用下充填型腔的能力。

實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)是由于分子間產(chǎn)生相互滑移，而熔體分子間的滑移又是通過(guò)分子鏈段運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,取決于分子組成、相對(duì)分子質(zhì)量大小及其結(jié)構(gòu)。

影響：塑料的流動(dòng)性差時(shí)→缺料。熔體流動(dòng)性太好→溢料。1.3塑料成型工藝性能28.0董4.20雨2321熱塑性塑此料熔融指晌數(shù)(MI)單位:g/1孫0min1—熱電偶2—料筒3—出料孔4—保溫層5—加熱棒6—柱塞7—重錘（遞加柱塞懇共重216養(yǎng)0g）圖1-7熔融流動(dòng)廈指數(shù)測(cè)定劃法熱塑性衡塑料的顏流動(dòng)性?xún)?nèi)的測(cè)量煉方法1：1.3塑料成型處工藝性能28.陳04.牙202芽3221.每轉(zhuǎn)一周可半徑增大12.腳5mm2.槽斷面逃是半圓參形，直奪徑為4.9m露m3.螺旋線(xiàn)槽發(fā)總長(zhǎng)為192仔5mm。4.將塑料熔測(cè)體一定壓今力溫度注基射入螺旋莊形槽中央值，制成蚊駁香形狀的剪試品，測(cè)到定其螺旋屯線(xiàn)的總長(zhǎng)輸度。螺旋線(xiàn)錫流動(dòng)試行驗(yàn)法模闊具流道磨示意圖熱塑性塑吹料的流動(dòng)射性的測(cè)量貞方法2：1.3塑料成腫型工藝勾性能Visc驚osit委y黏(滯)度28.0所4.20告2323熱塑性塑預(yù)料的流動(dòng)揪性分為三江類(lèi)：流動(dòng)性好稿的：PE、PP、PS、醋酸纖螺維等；流動(dòng)性艷中等的頸：改性聚苯桃乙烯、ABS、AS、有機(jī)玻欄璃、POM、氯化聚悶醚等；流動(dòng)性差虛的：PC、硬聚氯古乙烯、聚慮苯醚、聚恨砜、氟塑貼料。1.3塑料成蹤蝶型工藝毅性能28.0值4.20刑2324①稱(chēng)取7.5瓦g塑料粉替，20℃±泛5℃溫度下并瓶以50M低Pa的壓力耀下在內(nèi)暢徑為28mm的模子內(nèi)蓮預(yù)壓成圓嫌錠。②模具栗溫度150鮮℃±遷5℃,并保溫5min；③將圓扎錠放入脆拉西格化模的加憂(yōu)料室，下并在20s左右將晝壓模增疾至30M幸Pa，保壓3min；④長(zhǎng)度即證為其流動(dòng)蟻值。圖1-8拉西格豆流動(dòng)性噴測(cè)定模熱固性滋塑料的駁流動(dòng)性容的測(cè)量墾方法：1.3塑料成型鉆工藝性能28.旺04.等202甜3251.3扛.2收縮性造成成型煎收縮的原活因：熱脹冷縮因彈性很回復(fù)造磨成的收秩縮結(jié)晶收縮定向收縮影響收縮男率變化的培因素：塑料品種塑件特秤征模具結(jié)構(gòu)成型工藝條參數(shù)1.3塑料成型念工藝性能28.0高4.20扭23261）收縮產(chǎn)率計(jì)算S實(shí)=（a-b）/b趕S計(jì)=c-b謠/c（1-5）S實(shí)——實(shí)際收僵縮率（%)；S計(jì)——計(jì)算收縮哨率（%)；a——塑件在膨成型溫侄度時(shí)的攻單向尺吩寸（mm)書(shū)b——塑件在承常溫下諷的單向伐尺寸（mm)c——模具型腔處在常溫下協(xié)的單向尺申寸（mm)1.3塑料成妨型工藝旱性能28.0年4.20慌23271.3.兵3結(jié)晶性熱塑性塑增料按其冷難卻時(shí)是否艙出現(xiàn)結(jié)晶忍現(xiàn)象可將路其分為結(jié)扎晶型與非千結(jié)晶型（逝或稱(chēng)無(wú)定竿型）。結(jié)晶型塑進(jìn)料是不透蔬明的或半齊透明的，漿而非結(jié)晶專(zhuān)型塑料是欺透明的（巴少數(shù)例外卵）。結(jié)晶度紗對(duì)制品陳質(zhì)量的罷影響：結(jié)晶度旨大的塑倚件密度虎大，強(qiáng)懷度、硬愚度高，軍剛度、柿耐磨性航好，耐燈化學(xué)性玩和電性摸能好。結(jié)晶度編小的塑優(yōu)料，柔啦軟性、戴透明性當(dāng)較好，稅伸長(zhǎng)率佩和沖擊嗽韌度較綠大。1.3塑料成予型工藝筒性能28.0跌4.20釋2328宜采用中等冷卻窮速度，即將喪模具溫搭度控制滴在Tg與Tvma觀(guān)x之間。保證晶開(kāi)體生長(zhǎng)良購(gòu)好，結(jié)晶散完整且生鐘產(chǎn)周期短骨。圖1-9結(jié)晶速梯度與溫晶度的關(guān)唉系影響結(jié)晶蓬的因素：冷卻速度課：1.3塑料成姨型工藝鬧性能28.你04.旬202襲3291.3.哀4熱敏性及朗吸濕性熱敏性橫：塑料對(duì)貫溫度的攏敏感性敬，高溫紹下發(fā)生棋變色、窗分解的矮傾向性滑。熱敏性濤塑料：咳硬聚氯罵乙烯、著聚偏氯倚乙烯、煤氯乙烯況和醋酸夾乙烯共餓聚物（EVA）、聚框甲醛、蕉聚三氟杠氯乙烯脾等。吸濕性勾：是指塑料眠對(duì)水分的育親疏程度籃。吸濕性怖的大小取客決于聚合萌物組成及蘿分子結(jié)構(gòu)甘。例如：PA、PC、ABS、PS等，在柿其分子習(xí)鏈中由道于含有遮極性基亮團(tuán)，對(duì)澡水有吸哲附能力畢，故屬累于吸濕蜂傾向大歲的塑料1.3塑料成酬型工藝疊性能28.葵04.請(qǐng)202晃3301.3.頂5聚合物降運(yùn)解與定向聚合物專(zhuān)降解：聚合物分蔽子在受到攻熱、應(yīng)力弓、微量水茅、酸、堿駝等雜質(zhì)以淋及空氣中都的氧作用群，導(dǎo)致聚蠻合物鏈斷音裂、分子幕變小、相蜓對(duì)分子質(zhì)胃量降低的待現(xiàn)象稱(chēng)為湖聚合物降燭解（也稱(chēng)奏裂解）。聚合物降飾解的影響重：輕度降解陳會(huì)使聚合臥物變色；狠進(jìn)一步降股解會(huì)使聚稈合物分解隸出低分子俘物質(zhì)，使蜂制品出現(xiàn)快氣泡和流縣紋弊病，柔削弱制品就各