塑料成型基礎(chǔ)知識

優(yōu)選塑料成型基礎(chǔ)知識當(dāng)前第1頁\共有85頁\編于星期六\23點

塑料的概念

塑料中的必要和主要成分是樹脂。樹脂分為天然樹脂和合成樹脂。合成樹脂是由一種或幾種簡單低分子化合物通過聚合反應(yīng)而生成的一種高分子化合物，所以又叫聚合物或稱高聚物。

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聚合物的結(jié)構(gòu)和性能當(dāng)前第2頁\共有85頁\編于星期六\23點

將低分子化合物單體轉(zhuǎn)變成高分子物質(zhì)的過程叫做聚合反應(yīng)，單體經(jīng)過這種化學(xué)反應(yīng)之后，其原子便以共價鍵的方式相結(jié)合，形成高分子結(jié)構(gòu)。如乙烯經(jīng)聚合成為聚乙烯1.1.1聚合物高分子的形成這種高分子又稱為分子鏈單體又稱為鏈節(jié)構(gòu)成大分子的單體數(shù)又稱為鏈節(jié)數(shù)或聚合度當(dāng)前第3頁\共有85頁\編于星期六\23點

當(dāng)前第4頁\共有85頁\編于星期六\23點

（1）原子數(shù)量多一個高分子中含有幾千個、幾萬個、甚至幾百萬個原子。（2）相對分子質(zhì)量大高分子化合物的分子量一般可自幾萬至幾十萬、幾百萬甚至上千萬。例如尼龍分子的分子量為二萬三千左右，天然橡膠的為四十萬。（3）分子長度相對于低分子長例如低分子乙烯的長度約為0.0005μm，而高分子聚乙烯的長度則為6.8μm，是前者的13600倍。聚合物高分子的特點當(dāng)前第5頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.聚合物的長鏈結(jié)構(gòu)（決定聚合物的基本性質(zhì)）

聚合物高分子呈鏈狀結(jié)構(gòu)，其鏈狀結(jié)構(gòu)有以下三種類型：線型高分子：像一根長長的鏈條，主鏈上無分枝，又稱為熱塑性聚合物?？梢远啻畏磸?fù)加熱而仍具有可塑性的樹脂?？裳h(huán)利用。（PE、PP、PVC、PS、ABS、PMMA、PA、POM、PC等）b)帶支鏈的線型高分子：具有線型主鏈，主鏈上帶有一些支鏈；可反復(fù)加熱和冷卻，可循環(huán)利用。1.1.2聚合物高分子的結(jié)構(gòu)a)線型高分子b)帶有支鏈的線型高分子當(dāng)前第6頁\共有85頁\編于星期六\23點

體型高分子：這種聚合物成型前也是線型結(jié)構(gòu)，受熱熔化，溶劑中溶解；如果在聚合物中加入交聯(lián)劑，多個聚合物的支鏈間便產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，彼此相互連接，形成一種體型結(jié)構(gòu)，或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。又稱為熱固性聚合物。這種聚合物在化學(xué)（交聯(lián)）反應(yīng)后便形成一種硬的固體，一般有較高的耐熱性和受壓不變形，再高溫加熱也不軟化直至分解為止。如一旦毀壞，便不能再回收利用。（酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧塑料、聚鄰苯二甲酸、二烯丙酯、有機硅塑料、硅酮塑料）c)體型高分子當(dāng)前第7頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：指聚合物分子鏈之間的排列和堆砌結(jié)構(gòu)；分三類：1.1.2聚合物高分子的結(jié)構(gòu)非晶態(tài)晶態(tài)部分晶態(tài)當(dāng)前第8頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)

指聚合物分子鏈之間的排列和堆砌結(jié)構(gòu)，分三類：（聚集狀態(tài)有固態(tài)、粘流態(tài)（液態(tài)）而無氣態(tài)，這里指的是固態(tài)的三種排列方式）晶態(tài)：分子鏈在空間的規(guī)則排列；分子鏈間吸引力大，分子鏈移動困難，因此，密度大，強度、硬度高，剛度好，熔點高，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，非晶態(tài)：分子鏈在空間的無規(guī)則排列；分子鏈間活動能力大，彈性、伸長率及韌性好部分晶態(tài)：分子鏈在空間部分規(guī)則排列；介于晶態(tài)與非晶態(tài)之間結(jié)晶度：表示聚合物的結(jié)晶程度，是指聚合物中結(jié)晶區(qū)所占的體積或質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。聚合物的結(jié)晶度一般為30%～90%，特殊情況達98%隨結(jié)晶度提高其強度、剛度提高；塑性、韌性下降。1.1.2聚合物高分子的結(jié)構(gòu)當(dāng)前第9頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.1.3聚合物高分子的物理狀態(tài)、力學(xué)及加工適應(yīng)性1.非結(jié)晶高聚物的溫度、力學(xué)狀態(tài)及成型加工的關(guān)系圖1-3聚合物物理狀態(tài)與溫度的關(guān)系線型非結(jié)晶聚合物線型結(jié)晶聚合物根據(jù)物理狀態(tài)與溫度關(guān)系分為：玻璃態(tài)高彈態(tài)

粘流態(tài)當(dāng)前第10頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.1.3聚合物高分子的物理狀態(tài)、力學(xué)及加工適應(yīng)性1.非結(jié)晶高聚物的溫度、力學(xué)狀態(tài)及成型加工的關(guān)系玻璃態(tài)：

塑料處于溫度Tg

以下的狀態(tài)，為堅硬的固體，是大多數(shù)塑件的使用狀態(tài)。Tg

稱為玻璃化溫度，是多數(shù)塑料使用溫度的上限。（如有機玻璃）高彈態(tài)：

塑料處于溫度Tg

和Tf

之間的狀態(tài)，類似橡膠狀態(tài)的彈性體，仍具有可逆的形變性質(zhì)。（如橡膠）當(dāng)前第11頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.1.3聚合物高分子的物理狀態(tài)、力學(xué)及加工適應(yīng)性1.非結(jié)晶（無定型）高聚物的溫度、力學(xué)狀態(tài)及成型加工的關(guān)系粘流態(tài)：

當(dāng)塑料受熱溫度超過Tf

時，由于分子鏈的整體運動，塑料開始有明顯的流動，塑料開始進入粘流態(tài)變成粘流液體，通常我們也稱之為熔體。塑料在這種狀態(tài)下的變形不具可逆性質(zhì)，一經(jīng)成型和冷卻后，其形狀永遠保持下來。Tf

稱為粘流化溫度，是聚合物從高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)（或粘流態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)）的臨界溫度。當(dāng)塑料繼續(xù)加熱，溫度至Td

時，聚合物開始分解變色，Td

稱為熱分解溫度，是聚合物在高溫下開始分解的臨界溫度。當(dāng)前第12頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.非結(jié)晶高聚物的溫度、力學(xué)狀態(tài)及成型加工的關(guān)系當(dāng)前第13頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.線性結(jié)晶聚合物的物理狀態(tài)、力學(xué)性能及加工狀態(tài)圖1-3聚合物物理狀態(tài)與溫度的關(guān)系相對分子質(zhì)量較低（Tm>Tf）

相對分子質(zhì)量較高（Tm<Tf）當(dāng)前第14頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.線性結(jié)晶聚合物的物理狀態(tài)、力學(xué)性能及加工狀態(tài)線性結(jié)晶聚合物與非線性結(jié)晶聚合物不同

Tm---取代Tf

不存在高彈態(tài)使用溫度范圍擴大。隨結(jié)晶度降低，可能存在非晶區(qū)，在不同溫度仍會出現(xiàn)一定量的高彈態(tài)。當(dāng)結(jié)晶度>40%，熔點前曲線不出現(xiàn)轉(zhuǎn)折；無高彈態(tài)，熔化后直接進入粘流態(tài)晶區(qū)熔化后是否直接進入粘流態(tài)視相對分子質(zhì)量而定。相對分子質(zhì)量較低（Tm>Tf），晶區(qū)熔化后直接進入粘流態(tài)。相對分子質(zhì)量足夠大（Tm<Tf），晶區(qū)熔化后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折；出現(xiàn)高彈態(tài)。溫度進一步升高至Tf

才進入粘流態(tài)。這樣需提高加工溫度；高溫下出現(xiàn)高彈態(tài)，給加工帶來困難。因此晶態(tài)聚合物相對分子質(zhì)量選得較低一些，以滿足力學(xué)性能為宜。晶態(tài)聚合物隨結(jié)晶度不同在此階段仍可產(chǎn)生一定變形，可進行薄膜、泠熱拉深成型。當(dāng)前第15頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.線性結(jié)晶聚合物的物理狀態(tài)、力學(xué)性能及加工狀態(tài)總之：Tg

材料玻璃化溫度，使用溫度上限，溫度越高，材料耐熱性好，對環(huán)境溫度不敏感。Tf

粘流態(tài)溫度，此溫度低有利熔融，Tf（Tm）～Td為成型加工溫度，溫度范圍越寬，成型加工越容易當(dāng)前第16頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.成型過程中的應(yīng)力和應(yīng)變

2.聚合物變形流動時的粘彈性質(zhì)

3.塑料變形的滯后效應(yīng)與松弛流變學(xué)—研究物質(zhì)變形與流動的科學(xué)。粘流態(tài)的聚合物在外力作用下，相互交纏卷曲的大分子鏈將會沿受力方向發(fā)生解纏，伸直以及相對滑移，從而表現(xiàn)出一種變形量很大的宏觀流動。聚合物的流變學(xué)主要研究聚合物在外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變速率等力學(xué)現(xiàn)象與自身粘度之間的關(guān)系，以及影響這些關(guān)系的各種因素。如聚合物的結(jié)構(gòu)、性能、溫度、作用力的大小和作用時間、方式等。1.2.1聚合物的粘彈性質(zhì)1.2聚合物的流變性質(zhì)當(dāng)前第17頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.成型過程中的應(yīng)力和應(yīng)變塑料在成型過程中受到力的作用，往往會產(chǎn)生切應(yīng)力和拉（壓）應(yīng)力，在應(yīng)力作用下會產(chǎn)生形狀和尺寸變化為應(yīng)變。切應(yīng)力使流體產(chǎn)生變形和流動—應(yīng)變2.聚合物變形流動時的粘彈性質(zhì)聚合物在變形流動時既有粘性又有彈性的性質(zhì)稱為粘彈性質(zhì)或粘彈性行為3.塑料變形的滯后效應(yīng)與松弛聚合物高彈變形和粘性變形都與時間有關(guān)，聚合物熔體從開始變形到變形與應(yīng)力相適應(yīng)的平衡狀態(tài)要經(jīng)過一個時間過程；這種變形對應(yīng)力的滯后響應(yīng)稱為滯后效應(yīng)。而變形與應(yīng)力的適應(yīng)過程稱為松弛。聚合物在壓力作用下快速泠卻時，變形量與壓力不適應(yīng)；塑件脫模后存在較大的殘余應(yīng)力，這種應(yīng)力隨時間而逐漸釋放；這種與松馳有關(guān)的現(xiàn)象稱為時效變形。為防止過大的時效變形，塑件脫模后常要進行后處理如退火處理或調(diào)濕處理。1.2.1聚合物的粘彈性質(zhì)當(dāng)前第18頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.牛頓型流體1.2.2聚合物的流動規(guī)律圖1-3聚合物物理狀態(tài)與溫度的關(guān)系當(dāng)前第19頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.牛頓型流體1.2.2聚合物的流動規(guī)律牛頓在研究液體流動時發(fā)現(xiàn)，溫度一定時，液體在流動時的切應(yīng)力和剪切速率之間存在著如下關(guān)系：式中—液層之間的單位距離內(nèi)的速度差，為速度梯度

—單位時間內(nèi)的切應(yīng)變，稱為剪切速率。

—比例常數(shù)，稱為剪切粘度或牛頓粘度。凡是液體層流時符合牛頓流動規(guī)律的通稱牛頓流體，其特征為應(yīng)變隨應(yīng)力作用的時間線性地增加，且粘度保持不變（定溫情況下）。

當(dāng)前第20頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.非牛頓型流體指數(shù)流動規(guī)律和表觀粘度

聚合物的流動行為遠比低分子流體的復(fù)雜，絕大多數(shù)聚合物流體在塑料成型條件下的流動行為與牛頓流體不符。（除聚碳酸酯、聚酰胺、氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物和聚對苯二甲酸乙二醇酯等少數(shù)幾種外）1.指數(shù)流動規(guī)律 高分子聚合物由于大分子的長鏈結(jié)構(gòu)，相互纏結(jié)，它們的流動規(guī)律不符合牛頓流動規(guī)律，在寬廣的剪切速率范圍內(nèi)，流動時切應(yīng)力和剪切速率不再成線性關(guān)系，流體的粘度也不再是一個常數(shù)。通常，將這種流體的流動稱為非牛頓流動，具有這種流動行為的流體稱為非牛頓流體。1.2.2聚合物的流動規(guī)律當(dāng)前第21頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.非牛頓型流體1.2.2聚合物的流動規(guī)律稠度系數(shù)非牛頓指數(shù)非牛頓流體熔體的表觀黏度（或非牛頓黏度）

（流變方程）（流動方程）就表觀粘度的力學(xué)性質(zhì)而言，它與牛頓粘度相同。但是，表觀粘度除與流體本身的性質(zhì)以及溫度有關(guān)以外，還受剪切速率的影響，這就意味著外力的大小及其作用時間也能改變流體的粘稠性。當(dāng)前第22頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.非牛頓型流體在聚合物流變學(xué)中凡是服從指數(shù)流動規(guī)律的流體稱為非牛頓流體或統(tǒng)稱粘性流體。討論：

n＝1時，意味著非牛頓流體變?yōu)榕ｎD流體，所以，n值可以用來反映非牛頓流體偏離牛頓流體性質(zhì)的程度。

n≠1時，絕對值∣1－n∣越大，流體的非牛頓性越強，剪切速率對表觀粘度的影響越強。

n＜1時，稱為假塑性液體。在中等剪切速率區(qū)域，大多數(shù)聚合物熔體均有近似假塑性液體流變學(xué)的性質(zhì)（在注射成型中，除了熱固性聚合物和少數(shù)熱塑性聚合物外）假塑性液體的流變學(xué)性質(zhì)為：

1）切應(yīng)力隨剪切速率呈指數(shù)規(guī)律增大；

2）液體的表觀粘度隨剪切速率變化，呈指數(shù)規(guī)律減小。這種現(xiàn)象稱為假塑性液體的“剪切稀化”

當(dāng)前第23頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.非牛頓型流體

n＞1時，稱為膨脹性液體。（是一些固體含量較高的聚合物懸乳液）不同類型流體的表觀粘度和剪切速率的關(guān)系。當(dāng)前第24頁\共有85頁\編于星期六\23點

3.影響高分子聚合物黏度的因素（1）聚合物結(jié)構(gòu)和相對分子質(zhì)量對粘度的影響

分子結(jié)構(gòu)：影響較復(fù)雜，大分子鏈柔順性較大的聚合物，流動時的非牛頓性較強，熔體粘度及其對剪切速率的敏感性較強。對大分子鏈剛硬性高及分子間吸引大的聚合物，流動時的非牛頓性減弱，熔體粘度對溫度敏感性增加。提高溫度有利改善流動性。如PA、PS、PC等

相對分子質(zhì)量：相對分子質(zhì)量較大，滑移困難，粘度增加。需要較大的剪切速率和剪切時間使粘度降低。

相對分子質(zhì)量分布（聚合物內(nèi)大分子之間相對分子質(zhì)量的差異---差異大，分布寬）聚合物相對分子質(zhì)量分布較寬時，熔體的粘度較小；另在平均相對分子質(zhì)量相同時，隨著剪切速率的增加，相對分子質(zhì)量分布寬的要比相對分子質(zhì)量分布窄的粘度下降快。但塑件質(zhì)量較差。當(dāng)前第25頁\共有85頁\編于星期六\23點

3.影響高分子聚合物黏度的因素（2）溫度對粘度的影響

溫度升高，分子間作用力減小，粘度降低。但不同聚合物，對溫度敏感性不同，如PMMA、PC、PA-66等對溫度極敏感，不需要增加很多溫度而它們的粘度卻下降不少。注射成型生產(chǎn)中，主要適用于粘度對剪切速率不太敏感或其熔體近似服從牛頓流動規(guī)律的聚合物。而PE、PP、POM對溫度的敏感性要小一些（3）壓力對粘度的影響壓力增加，分子間的距離減??；引力增加，粘度增加。粘度對壓力的敏感性會因聚合物不同而不同。通常認為，聚合物熔體的壓縮率越大，其粘度對壓力的敏感性越強（4）助劑對粘度的影響

助劑的加入主要改變分子間的作用力，從而影響粘度。助劑中的增塑劑和潤滑劑降低粘度，填充劑則增加粘度。當(dāng)前第26頁\共有85頁\編于星期六\23點

3.影響高分子聚合物黏度的因素（5）剪切速率對粘度的影響如粗黑線所示：隨剪切速率增加，粘度下降1.2.2聚合物的流動規(guī)律溫度增塑劑或溶劑填充劑相對分子量壓力當(dāng)前第27頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.聚合物熔體的彈性類型（1）剪切彈性

成型物料所受的切應(yīng)力與其發(fā)生的剪切彈性變形的比稱為剪切彈性模量，簡稱“切變模量”。高分子聚合物的彈性（2）拉伸彈性

成型物料所受的拉應(yīng)力與其發(fā)生的拉伸彈性變形的比稱為拉伸彈性模量。當(dāng)前第28頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.聚合物熔體流動過程中的彈性行為

對注射成型影響很大，常常會使熔體在模內(nèi)流動時產(chǎn)生端末效應(yīng)和失穩(wěn)流動等問題，最終導(dǎo)致塑件產(chǎn)生變形、扭曲以及熔體破裂等成型缺陷。（1）端末效應(yīng)

在導(dǎo)管入口和出口端出現(xiàn)的與熔體彈性行為有緊密聯(lián)系的現(xiàn)象；聚合物熔體在管道入口端因出現(xiàn)收斂流動，使壓力降突然增大的現(xiàn)象稱為入口效應(yīng)。在出口端出現(xiàn)體積膨脹的現(xiàn)象叫做出口膨脹效應(yīng)（Barun效應(yīng)）合稱為端末效應(yīng)，如圖所示。當(dāng)前第29頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.聚合物熔體流動過程中的彈性行為產(chǎn)生入口效應(yīng)的原因：

聚合物以收斂流動方式進入導(dǎo)管入口時，它必須變形，以適應(yīng)壓縮性的流道內(nèi)流動，但聚合物熔體具有彈性，也就是對變形具有抵抗力，因此，就必須消耗適當(dāng)?shù)哪芰浚聪南喈?dāng)?shù)膲毫?，來完成在這段管內(nèi)的變形。

熔體各點的速度在進入導(dǎo)管前后是不同的，為調(diào)整速度，也要消耗一定的壓力降。產(chǎn)生出口膨脹的原因：

聚合物熔體從導(dǎo)管中流出后，周圍壓力大大減小，甚至完全消失，聚合物內(nèi)的大分子突然變得自由了，因此，前段流動中儲存于大分子中的彈性變形能量被釋放出來，致使在流動變形中已經(jīng)伸展開的大分子鏈重新恢復(fù)卷曲，各分子鏈的間距隨著增大，從而導(dǎo)致聚合物內(nèi)自由空間增大，于是體積相應(yīng)發(fā)生膨脹。當(dāng)前第30頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.聚合物熔體流動過程中的彈性行為入口效應(yīng)和出口膨脹效應(yīng)通常對塑料的成型都是不利的，特別是在注射成型、擠出成型和拉絲過程中，可能導(dǎo)致產(chǎn)品變形和扭曲，降低塑件的尺寸穩(wěn)定性，并可能在塑件內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，降低塑件物理和力學(xué)性能。增加管子或口模的平直部分長度，適當(dāng)降低成型時的壓力和提高成型溫度，并對擠出物加以適當(dāng)速度的牽引或拉伸等，均有利于減小或消除端末效應(yīng)帶來的不利影響。當(dāng)前第31頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.聚合物熔體流動過程中的彈性行為（2）不穩(wěn)定流動和熔體破裂現(xiàn)象在高切應(yīng)力和高剪切速率作用下，大分子鏈幾乎被拉直，繼續(xù)變形呈現(xiàn)很大的彈性性質(zhì)，導(dǎo)致其熔體無法保持穩(wěn)定的層流流動，通常將這種現(xiàn)象稱為失穩(wěn)流動。失穩(wěn)流動時，擠出物表面粗糙、無光澤、粗細不均和扭曲，嚴(yán)重時會出現(xiàn)波浪形和竹節(jié)形，甚至?xí)霈F(xiàn)破裂。

當(dāng)前第32頁\共有85頁\編于星期六\23點

（2）不穩(wěn)定流動和熔體破裂現(xiàn)象失穩(wěn)流動和熔體破裂現(xiàn)象的影響因素

1）分子結(jié)構(gòu)相對分子質(zhì)量越大、分布越窄，彈性行為越突出，越易發(fā)生失穩(wěn)流動

2）溫度主要影響極限剪切應(yīng)力和極限剪切速率，一般降低溫度時，減小極限剪切應(yīng)力，減小極限剪切速率有利于穩(wěn)定流動。

3）流道結(jié)構(gòu)從突然過渡改為平緩過渡有利于穩(wěn)定流動當(dāng)前第33頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.澆口和型腔對熔體充型流動的影響聚合物熔體的充型流動

充型流動：在型腔內(nèi)流動和成型過程；要求：連續(xù)、平穩(wěn)，否則影響表面質(zhì)量、形狀尺寸、力學(xué)性能。模具結(jié)構(gòu)和注射工藝參數(shù)影響充型流動。澆口的橫截面高度和型腔的深度相差很大（高速）噴射、蛇形流表面粗糙、易破裂澆口的橫截面高度和型腔的深度相差不大（中速）較平穩(wěn)地擴展性流動澆口的橫截面高度和型腔的深度相差接近（低速）平穩(wěn)地擴展性流動當(dāng)前第34頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.擴張流動充型與熔接痕（1）充型運動過程的三個典型階段1)前鋒料流呈輻射狀流動的起始階段2)前鋒料流呈圓弧狀的過渡階段3)以黏流性熔膜為前鋒料頭的勻整運動主階段。（2）熔接痕：兩股料流的匯合處產(chǎn)生的連接痕跡當(dāng)熔體在型腔中流動的過程中遇到型芯和嵌件等障礙物時，或一型腔多個澆囗進料，則熔膜將被分成兩股，最終在兩股料流的匯合處產(chǎn)生熔接痕。熔體溫度越低，熔接痕越明顯，強度越低。當(dāng)前第35頁\共有85頁\編于星期六\23點

僅僅靠加熱的方式來提高熔體的流動性往往會造成局部熔體的過熱，從而導(dǎo)致聚合物的分解。一般將加熱升溫與增加熔體的摩擦生熱結(jié)合起來才能獲得比較滿意的效果。過分加大冷卻速度也會由于塑件各部分由于冷卻速度相差太大而造成很大的內(nèi)應(yīng)力。結(jié)晶型聚合物在受熱轉(zhuǎn)變成熔體的過程中會因為要吸收結(jié)晶潛熱，而比非結(jié)晶型聚合物要消耗更多的熱量。1.3.1聚合物的加熱與冷卻

（導(dǎo)熱能力差）1.3聚合物成型過程中的物理行為當(dāng)前第36頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.聚合物的結(jié)晶現(xiàn)象（1）結(jié)晶的概念：聚合物在從高溫熔體向低溫固態(tài)轉(zhuǎn)變的過程中，若其分子鏈構(gòu)型（結(jié)構(gòu)形態(tài)）能夠得到規(guī)整排列，則該聚合物為結(jié)晶聚合物。結(jié)晶型塑料有

PE、PP、PTFE、POM、PA、CPT等

非結(jié)晶型塑料有

PS、PMMA、PC、ABS、PSU等

與低分子結(jié)晶相比：晶體不整齊、結(jié)晶不完全、結(jié)晶速度慢、沒有明顯的熔點。（2）二次結(jié)晶和后結(jié)晶：二次結(jié)晶：在初晶結(jié)構(gòu)不完善的部位或非結(jié)晶區(qū)發(fā)生的現(xiàn)象。后結(jié)晶：是在初晶界面上生長并發(fā)展，促使晶體進一步長大的現(xiàn)象。采用退火處理，加快其結(jié)晶速度，穩(wěn)定尺寸和性能聚合物的結(jié)晶當(dāng)前第37頁\共有85頁\編于星期六\23點

（3）結(jié)晶速度和結(jié)晶度1）結(jié)晶速度：均勻形核率隨溫降而增大，生長速度隨溫降而減少，某溫度下有一最大值。用半結(jié)晶周期（結(jié)晶度達50%所需時間）來表示；或書中的結(jié)晶常數(shù)k表示。2）結(jié)晶度：

結(jié)晶型聚合物的結(jié)晶區(qū)在聚合物中所占的質(zhì)量或體積百分?jǐn)?shù)。（大多數(shù)聚合物的結(jié)晶度約為10%～60%，但有些也可能達到很高的數(shù)值，如PP的結(jié)晶度達到70%～95%，HDPE和PTFE的也能超過90%）當(dāng)前第38頁\共有85頁\編于星期六\23點

（4）影響結(jié)晶的因素

溫度

（前述）

壓力和切應(yīng)力

增大壓力可使聚合物在高于熔化溫度發(fā)生結(jié)晶；切應(yīng)力可導(dǎo)致微晶生成，產(chǎn)生均勻的微晶結(jié)構(gòu)。

分子結(jié)構(gòu)

聚合物分子結(jié)構(gòu)越簡單、越規(guī)整，結(jié)晶越快，結(jié)晶度越高，同一種聚合物的最大結(jié)晶速率隨相對分子質(zhì)量的增大而減小。

添加劑當(dāng)前第39頁\共有85頁\編于星期六\23點

成型結(jié)晶塑料時應(yīng)注意下列問題料溫上升到成型溫度所需的熱量多，要用塑化能力大的設(shè)備冷凝時放出熱量大，要充分冷卻熔態(tài)與固態(tài)的比重差大，成型收縮大，易發(fā)生縮孔、氣孔各向異性顯著，內(nèi)應(yīng)力大結(jié)晶熔點范圍窄，易發(fā)生未熔粉末注入模具或堵塞澆口當(dāng)前第40頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.結(jié)晶對塑件質(zhì)量的影響密度：結(jié)晶度大的塑件密度大，密度隨結(jié)晶度的增大而提高。力學(xué)性能強度、硬度，剛度、耐磨性隨結(jié)晶度的增大而提高；沖擊韌性將下降；彈性模量將減小。結(jié)晶度小的塑料，柔軟性、伸長率和沖擊韌度較大。熱性能：耐熱性好，耐化學(xué)性和電性能好；結(jié)晶有助于提高聚合物的軟化溫度和熱變形溫度。翹曲結(jié)晶程度越高，體積收縮越大，因此結(jié)晶態(tài)塑件比非結(jié)晶態(tài)塑件更容易因收縮不均而發(fā)生翹曲。表面粗糙度和透明度

當(dāng)前第41頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.結(jié)晶對塑件質(zhì)量的影響表面粗糙度和透明度一般來說，結(jié)晶型塑料是不透明的或半透明的，非結(jié)晶型塑料是透明的。特例：聚4-甲基戊烯-1為結(jié)晶型塑料卻高度透明性；ABS為非結(jié)晶型塑料卻不透明。結(jié)晶后，塑件表面粗糙度將降低，而透明度會減小或喪失。當(dāng)前第42頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.取向及其機理

聚合物高分子及其鏈段或結(jié)晶聚合物的微晶粒子在應(yīng)力作用下形成的有序排列即稱為取向（或定向）。取向的分類：按應(yīng)力性質(zhì)不同分

拉伸取向—由拉應(yīng)力引起，取向方向與拉伸方向一致流動取向—在切應(yīng)力作用下沿著熔體流動方向形成的按流動性質(zhì)不同分單軸取向—取向結(jié)構(gòu)單元均沿著一個流動方向有序排列

多軸取向—結(jié)構(gòu)單元可沿兩個或兩個以上流動方向有序排列注射成型中主要發(fā)生流動取向按結(jié)晶與非結(jié)晶聚合物分結(jié)晶取向非結(jié)晶取向聚合物的取向當(dāng)前第43頁\共有85頁\編于星期六\23點

取向的分類：當(dāng)前第44頁\共有85頁\編于星期六\23點當(dāng)前第45頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.影響取向的因素凡是能改變?nèi)垠w流動速度梯度和熔體停止流動后在玻璃化溫度以上的停留時間等因素都會影響聚合物的取向程度和分布。(模溫、注射壓力、保壓時間、充型速度、澆口)3.取向?qū)酆衔镄阅艿挠绊憣屋S取向而言，呈現(xiàn)出明顯的各向異性，沿取向方向力學(xué)性能顯著提高，與取向方向垂直的方向力學(xué)性能顯著下降。利用取向來提高塑件的性能，例如吹塑薄膜就是利用聚合物雙軸取向原理來提高其性能的。雙軸取向的薄片或薄膜在平面的任何方向上均有較高的抗拉強度、斷裂伸長率和沖擊韌度，抗撕裂能力也有所提高。但并非聚合物取向?qū)λ芗阅芫幸嫣?，在生產(chǎn)厚度較大的塑件(如模壓塑件)時，就應(yīng)該力圖消除取向現(xiàn)象，使塑件不致發(fā)生翹曲變形或裂紋，從而保證塑件質(zhì)量。當(dāng)前第46頁\共有85頁\編于星期六\23點

殘余應(yīng)力是由塑料在型腔內(nèi)流動和冷卻的過程中產(chǎn)生的。殘余流動應(yīng)力：在注射和保壓階段，塑料受到不均衡的剪切和正應(yīng)力作用，產(chǎn)生了隱藏在塑件內(nèi)部的殘余應(yīng)力。溫度殘余應(yīng)力：由于注射型腔內(nèi)快速的不均勻冷卻固化而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。1.3.4殘余應(yīng)力當(dāng)前第47頁\共有85頁\編于星期六\23點

定義：聚合物分子在受到熱、應(yīng)力、微量水、酸、堿等雜質(zhì)以及空氣中的氧作用，導(dǎo)致聚合物鏈斷裂、分子變小、相對分子質(zhì)量降低的現(xiàn)象。

1.降解的種類（1）熱降解（2）氧化降解（3）水降解（4）應(yīng)力降解1.4.1聚合物降解

1.4聚合物成型過程中的化學(xué)行為當(dāng)前第48頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.防止降解的方法

（1）控制原料的技術(shù)指標(biāo)，避免原料不純對降解發(fā)生催化作用；（2）成型前對物料進行預(yù)熱和干燥，嚴(yán)格控制其含水量；（3）制定合理的成型工藝參數(shù)；保證在不易降解的條件下成型

(4)成型設(shè)備與模具應(yīng)具有良好的結(jié)構(gòu)，與聚合物接觸的部位不應(yīng)有死角或縫隙，流道長度要適中，加熱和冷卻系統(tǒng)應(yīng)有靈敏度高的顯示裝置，以保證良好的溫度控制和冷卻速率

(5)對熱、氧穩(wěn)定性差的聚合物，可考慮在配方中加入穩(wěn)定劑和抗氧劑等注：聚合物降解通常是有害的，但也有例外，如通過機械降解（輥壓和共擠）作用使聚合物之間或兩種聚合物的彈體之間進行接枝或嵌段聚合物配置共聚物，以改良聚合物性能并擴大其應(yīng)用范圍就是一例。當(dāng)前第49頁\共有85頁\編于星期六\23點

(1)交聯(lián)

聚合物由線性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w形結(jié)構(gòu)的化學(xué)反應(yīng)過程。交聯(lián)后，聚合物的強度、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性均有所提高。交聯(lián)一詞常用硬化、熟化兩詞所代替(2)交聯(lián)與硬化、熟化的關(guān)系“硬化的好”、“熟化的好”，并不意味著交聯(lián)反應(yīng)的完全，而是指成型固化過程中的交聯(lián)反應(yīng)發(fā)展到了一種最為適宜的程度，在這種程度下，塑件能獲得最佳的物理和力學(xué)性能。交聯(lián)度：為已反應(yīng)的基團數(shù)占總基團數(shù)的百分比；交聯(lián)度沒有100%，但硬化程度可以達到甚至超過100%。硬化程度超過100%的稱為過熟；硬化程度小于100%的稱為欠熟。1.4.2聚合物的交聯(lián)當(dāng)前第50頁\共有85頁\編于星期六\23點

1）硬化不足

塑件的機械強度、耐熱、耐化學(xué)腐蝕性、電絕緣性等會下降；熱膨脹、內(nèi)應(yīng)力、受力時的蠕變量等會增加；塑件缺少光澤，容易發(fā)生翹曲變形；有時甚至?xí)a(chǎn)生裂紋。2）過度硬化

塑件機械強度不高、變色、發(fā)脆，表面有時會出現(xiàn)密集的小泡；可使塑件產(chǎn)生焦化和裂解現(xiàn)象。檢查硬化程度的方法很多，目前生產(chǎn)中多采用物理方法。常用的方法有脫模后的硬度檢測法、沸水試驗法、萃取法、密度法、導(dǎo)電度檢測法等。如有條件，也可采用超聲波和紅外線輻射法，其中以超聲波方法為最好。當(dāng)前第51頁\共有85頁\編于星期六\23點

塑料的主要成分是合成樹脂，其中還有許多有特定用途的添加劑。（1）合成樹脂：是人工合成的高分子化合物，又稱高聚物，它是塑料中最基本、最重要的組成成分，約占塑料質(zhì)量的40％~100％，它決定了塑料的基本性質(zhì)，各種塑料都是由樹脂的名字來命名。作用：受熱軟化后可將塑料的其它組分加以粘合1.5.1塑料的組成1.5塑料組成、分類與用途當(dāng)前第52頁\共有85頁\編于星期六\23點

（2）添加劑填充劑：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。潤滑劑：對塑料的表面起潤滑作用，防止塑料在成型加工時黏模。著色劑：無機顏料、無機顏料、染料。固化劑：熱固性塑料中使合成樹脂完成化學(xué)反應(yīng)而固化其它：發(fā)泡劑、阻燃劑、防靜電劑、導(dǎo)電劑和導(dǎo)磁劑等。當(dāng)前第53頁\共有85頁\編于星期六\23點添加劑

作用常用的各種添加劑含量填充劑（填料）調(diào)整塑料的物理化學(xué)性能提高材料強度減少合成樹脂的用量降低塑料成本木粉、紙、棉屑、硅石、硅藻土、云母、石棉、石金屬粉、玻璃纖維、和碳纖維等20%--50%增塑劑提高塑件的可塑性和柔軟性但會降低塑件的穩(wěn)定性、介電性和機械強度不易揮發(fā)的高沸點的液體有機化合物或低熔點的固體有機化合物穩(wěn)定劑抑制和防止塑料在加工和使用過程中因受熱、光及氧等作用而分解變質(zhì)硬脂酸鹽、鉛的化合物及環(huán)氧化合物0.3%-0.5%潤滑劑防止塑料在成型加工過程中粘附在模具上提高塑件的流動性硬脂酸及其鹽類1%著色劑有機顏料、無機鹽料、染料0.01%-0.02%固化劑促使合成樹脂進行交聯(lián)反應(yīng)或加快交聯(lián)反應(yīng)速度添加劑的性能當(dāng)前第54頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.1.2塑料的填充劑添加劑、填充料及補強料常用村料對聚合物性質(zhì)的影響強化纖維碳素、碳、礦物質(zhì)纖維、玻璃增加拉伸強度增加彎曲模數(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(烷)、titanates(鈦酸鹽

)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性加強撓曲性著色劑（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當(dāng)前第55頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.5.2塑料的分類

1.按塑料中樹脂分子結(jié)構(gòu)和受熱后呈現(xiàn)的基本行為分類：塑料非結(jié)晶型（無定型）熱塑性塑料結(jié)晶型熱固性塑料當(dāng)前第56頁\共有85頁\編于星期六\23點

熱塑性塑料與熱固性塑料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的對比熱塑性塑料如：PE、PP、PS、PVC、PMMA、PA、POM、ABS、PC、PPO、PSU、PTFE等熱固性塑料如：酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧塑料、脲醛塑料、三聚氰胺甲醛和不飽和聚酯等當(dāng)前第57頁\共有85頁\編于星期六\23點

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，但沒有明顯的熔點具有明確的熔點性質(zhì)透明抗化學(xué)性差成形時體積收縮率低通常強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)性佳成形時體積收縮率高強度高熔膠粘度低熱含量高當(dāng)前第58頁\共有85頁\編于星期六\23點

2.按塑料的性能及用途分類：

通用塑料：指產(chǎn)量大、用途廣且價廉的塑料。

如：PE、PP、PS、PVC、酚醛塑料和氨基塑料工程塑料：在工程技術(shù)中常作為結(jié)構(gòu)材料來使用。如：POM、PA、PC、PPO、ABS、PSU、PTFE、PMMA和環(huán)氧樹脂等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）。如：氟塑料、聚酰亞胺塑料、有機硅樹脂和環(huán)氧樹脂等當(dāng)前第59頁\共有85頁\編于星期六\23點

五大泛用塑料及用途：低密度聚乙烯(LDPE)地膜、食品包裝袋、容器襯里、涂層,吹塑中空容器等小型制

。高密度聚乙烯(HDPE)膠管、洗發(fā)水瓶、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)汽車保險桿、儀表板、纖維…等。

當(dāng)前第60頁\共有85頁\編于星期六\23點

工程塑料：起源：

自1956年杜邦推出Derlin商名新塑料,宣稱可取代金屬,工程塑料之名由此開始。如：POM、PA、PC、PPO、ABS、PSU、PTFE、PMMA和環(huán)氧樹脂等

特性：機械強度高而且有適當(dāng)平衡.耐熱,耐久或具特殊性能.加工性良好，價格合理且工程性良好。當(dāng)前第61頁\共有85頁\編于星期六\23點

特殊功能塑料：

如用于醫(yī)藥、光敏及液晶方面的氟塑料、聚酰亞胺塑料、有機硅樹脂、環(huán)氧樹脂、導(dǎo)電塑料、導(dǎo)磁塑料、導(dǎo)熱塑料以及其他某些專門用途而改性得到的塑料。當(dāng)前第62頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.5.3塑料的性能與用途密度小(重量輕，塑料比重0.9～2，鋁2.7，鐵7.8)。比強度和比剛度高?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好。電氣性能優(yōu)良。減摩、耐磨和自潤滑性好。成型和著色性能好。多種防護性能：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。當(dāng)前第63頁\共有85頁\編于星期六\23點

當(dāng)前第64頁\共有85頁\編于星期六\23點1.6塑料成型工藝性能

工藝性能：與成型工藝、成型質(zhì)量有關(guān)的各種性能統(tǒng)稱為塑料的成型工藝性能——塑料在成形過程中表現(xiàn)出來的特有性質(zhì)。這些性能有的直接影響成型方法和工藝參數(shù)的選擇，有的只與操作有關(guān)。

熱塑性塑料收縮性流動性相容性吸濕性熱敏性熱固性塑料收縮性流動性比容和壓縮比硬化速度水分及揮發(fā)物含量當(dāng)前第65頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.6.1收縮性：塑件從模具中取出冷卻到室溫后，尺寸或體積收縮的特性稱為收縮性造成成型收縮的原因：熱脹冷縮因彈性回復(fù)造成的收縮結(jié)晶收縮定向收縮影響收縮率變化的因素：塑料品種塑件特征模具結(jié)構(gòu)成型工藝參數(shù)當(dāng)前第66頁\共有85頁\編于星期六\23點

成型收縮的形式(1)塑件的線性尺寸收縮；熱脹冷縮和塑件脫模時彈性恢復(fù)、塑性變形等

(2)收縮的方向性；塑料在成型時由于分子的取向作用使塑件呈現(xiàn)各向異性，沿料流方向（即平行方向）收縮大，強度高，與料流垂直方向則收縮小，強度低。

(3)后收縮：當(dāng)脫模后，由于應(yīng)力趨向平衡及儲存條件的影響，使塑件再次收縮，這種收縮稱為后收縮。一般塑件在脫模后10h內(nèi)變化最大，24h后基本定型，但最后穩(wěn)定要經(jīng)過30～60天。通常熱塑性塑料的后收縮比熱固性塑料大，擠塑和注射的后收縮比壓縮成型大當(dāng)前第67頁\共有85頁\編于星期六\23點

(4)后處理收縮（退火處理）熱處理后也會導(dǎo)致塑件尺寸收縮，這種收縮叫后處理收縮。在模具設(shè)計時，對高精度塑件則應(yīng)考慮后收縮及后處理收縮的偏差并予以補償當(dāng)前第68頁\共有85頁\編于星期六\23點

Ss——實際收縮率

Sj——計算收縮率

Lc——模具或塑件在成型溫度時的尺寸

Ls——塑件在室溫時的尺寸

Lm——模具在室溫時的尺寸

2.收縮率計算

成型收縮的大小可用收縮率來表示：

當(dāng)前第69頁\共有85頁\編于星期六\23點3.影響收縮率變化的因素(1)塑料品種各種塑料都有其各自的收縮率范圍，同一種塑料由于相對分子質(zhì)量、填料及配比等不同，則其收縮率及各向異性也不同。

(2）塑件特征塑件的形狀、尺寸、壁厚、有無嵌件、嵌件數(shù)量及布局等，對收縮率值有很大影響。塑件的形狀復(fù)雜、尺寸小、壁薄、帶嵌件，收縮率就小。當(dāng)前第70頁\共有85頁\編于星期六\23點

(3）模具結(jié)構(gòu)模具的分型面、加壓方向、澆口形式、尺寸及分布等對收縮率及方向性影響也很大，如采用直接澆口，澆口截面大，收縮小，但方向性明顯。(4）成型工藝參數(shù)模具溫度高、塑件冷卻慢，則密度高、收縮大；注射壓力高、脫模后彈性恢復(fù)大收縮??；保壓時間長收縮小。當(dāng)前第71頁\共有85頁\編于星期六\23點

1.6.2.流動性流動性：塑料在一定溫度、壓力作用下，填充模具型腔的性能，稱為塑料的流動性。塑料的流動性差，就不易充滿型腔，因此需要較大的成形壓力才能成形。塑料的流動性好，可以用較小的成形壓力充滿型腔。但流動性太好，會使塑料在成形時產(chǎn)生嚴(yán)重的溢邊，填充不密實，塑件組織疏松，易粘模。熱塑性塑料的流動性常用熔融指數(shù)（單位g）、螺旋線長度（單位cm）來表示。

當(dāng)前第72頁\共有85頁\編于星期六\23點

熔融指數(shù)用圖示的標(biāo)準(zhǔn)裝置（熔融指數(shù)測定儀）來測定。將被測塑料裝入加熱料筒中并進行加熱，在一定的溫度和壓力下，測定塑料熔體在10min內(nèi)從出料孔擠出的重量。

當(dāng)前第73頁\共有85頁\編于星期六\23點

熱塑性塑料熔體流動性測定方法螺旋線長度用標(biāo)準(zhǔn)阿基米德螺旋線模具來測定。將被測塑料在一定的溫度與壓力下注入模具內(nèi)，用其所達到的流動長度來表示該塑料的流動性。當(dāng)前第74頁\共有85頁\編于星期六\23點當(dāng)前第75頁\共有85頁\編于星期六\23點

熱固性塑料熔體流動性測定方法拉西格流動性（單位㎜）測定方法：將一定重量的被側(cè)塑料預(yù)壓成圓錠，將圓錠放入壓模中，在一定的溫