塑料成型理論基礎(chǔ)課件

第十章塑料成型技術(shù)第十章塑料成型技術(shù)一、塑料的組成及結(jié)構(gòu)特點塑料是以人工合成樹脂為主要成分，添加一定數(shù)量的穩(wěn)定劑、填充劑、增塑劑、潤滑劑、著色劑、固化劑等助劑的高分子混合物低分子化合物單體經(jīng)過聚合反應(yīng)轉(zhuǎn)變成大分子物質(zhì)，其原子以共價鍵的方式形成大分子結(jié)構(gòu)，相對分子質(zhì)量一般不低于104聚合物所含單元的數(shù)量N，稱為聚合度，N越大，聚合物的相對分之質(zhì)量越高聚合物大分子均為長鏈狀結(jié)構(gòu)，容易彎曲。其鏈狀結(jié)構(gòu)有線性、支鏈型和體型三種類型，如圖示§10-1塑料的組成、分類及主要的成型方法大分子鏈結(jié)構(gòu)的類型一、塑料的組成及結(jié)構(gòu)特點§10-1塑料的組成、分類及主要的按制造方法分：聚合樹脂塑料和縮聚樹脂塑料兩類

按成形性能分：熱塑性塑料和熱固性塑料兩類

按用途分：通用塑料、工程塑料和特殊用途塑料等二、塑料的分類§10-1塑料的組成、分類及主要的成型方法常用塑料名稱及英文代號按制造方法分：聚合樹脂塑料和縮聚樹脂塑料兩類

按成形性能分：隨溫度升高，聚合物將呈現(xiàn)玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)三種狀態(tài)聚合物的物理狀態(tài)與溫度的關(guān)系

1－線性非結(jié)晶聚合物；2－線形聚合物；3－金屬三、塑料的可加工性及主要成型方法§10-1塑料的組成、分類及主要的成型方法隨溫度升高，聚合物將呈現(xiàn)玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)三種狀態(tài)聚合物玻璃態(tài)是聚合物的使用狀態(tài)，

g稱為玻璃化溫度,為衡量制品使用范圍的標致之一，

g越高，制品對環(huán)境溫度適應(yīng)性越強

f為粘流溫度，是聚合物從高彈態(tài)轉(zhuǎn)為粘流態(tài)的溫度

m

為熔點，是聚合物的熔融溫度

d為熱分解溫度，是聚合物高溫下開始分解的溫度§10-1塑料的組成、分類及主要的成型方法

f(

m)和

d可用來衡量塑料的注射成型性能，

f(

m)低時，有利于熔融，生產(chǎn)時耗能少；

f(

m)溫度區(qū)間大時，塑料熔體的熱穩(wěn)定性好，可在較寬溫度范圍內(nèi)變形和流動塑料的成型方法有很多，其中主要有：注射（塑）成型、擠出成型、壓縮成型、壓鑄成型、吹塑成型等。據(jù)統(tǒng)計，目前注射制品約占所有塑料制品總產(chǎn)量的30%，占工程塑料制品的80%，故注射成型是一種最主要的成型方法玻璃態(tài)是聚合物的使用狀態(tài)，g稱為玻璃化溫度,為衡量制品使用牛頓流動規(guī)律：溫度一定時，低分子液體流動時的切應(yīng)力與切應(yīng)變速率成正比，即：式中：h為剪切粘度（Pa·s）。符合上式的流體稱為牛頓流體，比例系數(shù)h稱為牛頓粘度，它是流體本身固有的性質(zhì)，其數(shù)值表征了流體抵抗外力引起流動形變的能力一、塑料的流變性§10-2塑料成型理論基礎(chǔ)牛頓流動規(guī)律：溫度一定時，低分子液體流動時的切應(yīng)力與切應(yīng)變速層流流速分布模型§10-2塑料成型理論基礎(chǔ)層流流速分布模型§10-2塑料成型理論基礎(chǔ)塑料成形中，大多數(shù)塑料熔體都是非牛頓流體，它們中大部分近似服從指數(shù)流動規(guī)律：式中：K－稠度系數(shù)，n－非牛頓系數(shù)§10-2塑料成型理論基礎(chǔ)指數(shù)流動規(guī)律也可表示為：

稱為聚合物熔體的表觀粘度。它表征的是非牛頓流體在外力作用下的抗切應(yīng)變的能力粘度是描述塑料熔體流變行為最重要的參數(shù)對于牛頓流體，其粘度h為一個不變常量對于非牛頓流體，其表觀粘度

受多種因素影響塑料成形中，大多數(shù)塑料熔體都是非牛頓流體，它們中大部在聚合物流變學理論中，凡是服從指數(shù)流動規(guī)律的非牛頓流體統(tǒng)稱為粘性流體。根據(jù)n的取值范圍可將粘性流體分為三類：n<1時，稱為假塑性液體，絕大多數(shù)聚合物熔體與溶液的流動都接近于假塑性流體n>1時，稱為膨脹性液體n=1時，且只有切應(yīng)力達到或超過一定值后才能流動的，稱為Bingham體§10-2塑料成型理論基礎(chǔ)不同類型流體的流動曲線不同類型流體的流變曲線在聚合物流變學理論中，凡是服從指數(shù)流動規(guī)律的非牛頓流§10-2塑料成型理論基礎(chǔ)1）聚合物結(jié)構(gòu)和其他組分的影響聚合物相對分子質(zhì)量越大，熔體的粘度和非牛頓性越大。相對分子質(zhì)量分布較寬的聚合物，其粘度對剪切速率的敏感性較大，非牛頓性也較強2）溫度的影響

在粘流態(tài)，熱塑性塑料熔體的粘度隨溫度升高而呈指數(shù)規(guī)律降低，但不同熔體粘度對溫度的敏感程度不同3）壓力的影響

隨外部壓力增大，熔體受壓縮體積減少，分子間作用力增加致使粘度也隨之增大。由于塑料熔體的壓縮率不同，不同熔體的粘度對壓力的敏感性也不同4）剪切速率的影響

塑料熔體的表觀粘度隨著剪切速率或切應(yīng)力的增大而減少，不同種類的塑料對剪切速率的敏感性不同表觀粘度影響因素分析：§10-2塑料成型理論基礎(chǔ)1）聚合物結(jié)構(gòu)和其他組分的影響表1.聚合物的結(jié)晶：在一定的外界條件下，聚合物分子在空間作規(guī)則性的排列稱為結(jié)晶

二、塑料成形過程的物理和化學變化§10-2塑料成型理論基礎(chǔ)聚合物結(jié)晶態(tài)與低分子物質(zhì)結(jié)晶有很大區(qū)別，主要表現(xiàn)為晶體不整齊、結(jié)晶不完全、結(jié)晶速度慢、沒有明晰的熔點等。其形態(tài)常為球晶，用結(jié)晶度來表示其程度。一般聚合物的結(jié)晶度為10％～60％結(jié)晶度的提高可增加聚合物密度、抗拉強度、剛度和熱變形溫度，但降低了聚合物沖擊韌性。由于結(jié)晶時形成球晶，致使制品的透明度降低。另外結(jié)晶度提高會在制品內(nèi)產(chǎn)生較高的附加應(yīng)力而引起制品翹曲在塑性加工中影響結(jié)晶度的因素有：溫度及冷卻速度、熔融溫度與熔融時間和應(yīng)力1.聚合物的結(jié)晶：在一定的外界條件下，聚合物分子在空間作規(guī)則2.聚合物取向：聚合物的大分子及其鏈段或結(jié)晶聚合物的微晶粒子在應(yīng)力作用下形成的有序排列叫做取向。§10-2塑料成型理論基礎(chǔ)塑料在成形過程中會發(fā)生不同類型的取向。一種是流動取向，另一種是拉伸取向取向會使制品產(chǎn)生明顯的各向異性。其不利之處為增加了制品翹曲的可能性有利之處為制品受力方向與取向方向一致可改善制品質(zhì)量。同時使結(jié)晶提前，使制品密度和強度都相應(yīng)提高另外，取向程度的提高會使線收縮率增加，線膨脹系數(shù)也隨之變化2.聚合物取向：聚合物的大分子及其鏈段或結(jié)晶聚合物的微晶粒子取向的影響因素有：

塑料熔體的加工溫度，提高加工溫度有利于產(chǎn)生解除取向效應(yīng)聚合物分子松弛時間，結(jié)晶型塑料松弛時間短容易使取向凍結(jié)，其取向成熟高于無定形塑料模具溫度低時熔體冷卻速度加快，冷凍取向效應(yīng)提高塑料比熱大，熱導率低會降低熔體冷卻速度，有利于取向的解除注射壓力可提高熔體的切應(yīng)力和剪切速率，有助于分子取向大澆口冷卻慢，澆口封閉晚，取向作用加強快速充模使制品表面層分子取向增高，中心部位取向減弱§10-2塑料成型理論基礎(chǔ)取向的影響因素有：

塑料熔體的加工溫度，提高加工溫度有利于產(chǎn)3.聚合物的降解：聚合物相對分子質(zhì)量降低的現(xiàn)象稱為聚合物的降解。

通常聚合物分子是在受到熱和應(yīng)力或者微量水分、酸、堿等雜質(zhì)及空氣中氧的作用而使大分子結(jié)構(gòu)改變，產(chǎn)生降解降解是有害的，按輕重不同會使聚合物變色、出現(xiàn)氣泡和流紋、甚至焦化變黑§10-2塑料成型理論基礎(chǔ)3.聚合物的降解：聚合物相對分子質(zhì)量降低的現(xiàn)象稱為聚合物的降

圖是注射成型過程示意圖。成型時，先將粉狀或粒狀物料從料斗送入高溫機筒內(nèi)加熱熔融塑化使之成為粘流態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下以很大的流速通過噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中。熔體在壓力作用下充滿型腔并被壓實，經(jīng)過一段保壓后柱塞或螺桿回程。此時，熔體可能從型腔向澆注系統(tǒng)倒流。冷卻定型后開啟模具，制品便可從模腔中脫出。一、注塑成型過程§10-3注射成型及其模具注塑成型過程a)加熱熔融塑化b)充模、壓實、保壓、倒流c)冷卻定型、脫模1－料斗2－機筒3－噴嘴4－分流錐5－柱塞圖是注射成型過程示意圖。成型時，先將粉狀或粒狀物料從

塑料在注射機筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔，最終冷卻定形的過程稱為澆注過程。該過程可分為充模、壓實、保壓、倒流和冷卻五個階段。如圖示為一個注射周期內(nèi)壓力隨時間變化曲線?！?0-3注射成型及其模具注射成形中的壓力－時間曲線

1－注射壓力曲線；2－噴嘴末端的壓力曲線；3－型腔始端的壓力曲線；

4－型腔末端的壓力曲線OA段為塑料熔體在注射壓力p1作用下，從料筒計量室流入型腔始端的時間AB段熔體充滿型腔，此時注射壓力達到最大值BC段是熔體的壓實階段,注射壓力用于壓實熔體CD段為保壓階段E時刻熔體在澆口處凝固,封斷流動EF段為冷卻定形階段

決定注塑件成形質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)有:溫度(熔體和模具溫度)、壓力、時間(充模時間）和速度。塑料在注射機筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具1.典型注射模具結(jié)構(gòu)：圖顯示了一套臥式多腔單分型面注射模具結(jié)構(gòu)。該模具可分為定模（零件5、11～14）和動模（零件1～4、15～19）兩大部分。按其主要功能，注射模由成型零部件、導向機構(gòu)、澆注系統(tǒng)、頂出脫模機構(gòu)、側(cè)向分型與側(cè)向抽芯機構(gòu)、排氣結(jié)構(gòu)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和支承零部件八大部分組成二、典型注射模具§10-3注射成型及其模具

與沖壓模具比較，澆注系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、側(cè)向分型與側(cè)向抽芯機構(gòu)等三部分為注射成型模具所特有。

1.典型注射模具結(jié)構(gòu)：圖顯示了一套臥式多腔單分型面注射模具結(jié)臥式多腔單分型面注射模a)合模成形，b)開模頂出1－拉料桿2－頂桿3－導柱4－凸模5－凹模6－冷卻水管7－澆口8－分流道9－主流道10－冷料穴11－定位環(huán)12－主流道襯套13－定模座14－定模板15－動模板（凸模固定板）16－支撐板17－動模座18－頂桿固定板19－頂桿底板§10-3注射成型及其模具臥式多腔單分型面注射?！?0-3注射成型及其模具

2.注射模具分類§10-3注射成型及其模具1）單分型面注射模具：簡單而又常用的一類。型腔的一部分（型芯）在動模上，另一部分（凹模）在定模上。主流道設(shè)在定模一側(cè)，分流道設(shè)在分型面上。開模后由于動模上拉料桿的拉料作用以及制品因收縮包緊在型芯上，制品連同凝料留在動模一側(cè)，動模上設(shè)有推出機構(gòu)，用于推出制品和流道內(nèi)的凝料2）雙分型面注射模具（圖）：雙分型面注塑模以兩個不同的分型面分別取出流道凝料和塑料制品。與兩板式的單分型面注塑模具相比，雙分型面注塑模具在動模板與定模板之間增加了一塊可以移動的中間板（又名澆口板），故又稱三板式模具2.注射模具分類§10-3注射成型及其模具1）單立式雙分型面注塑模1－支架2－凸模3－支撐板4－動模板5－推件板6－導柱7－限位釘8－彈簧

9－定距拉板10－主流道襯套11－定模座12－中間板13－導柱14－頂桿15－頂桿固定板16－頂桿底板§10-3注射成型及其模具立式雙分型面注塑?！?0-3注射成型及其模具3）帶活動鑲件的注射模具：對于復雜結(jié)構(gòu)的塑料制品，由于無法通過簡單的分型從模具中取出制品，因此可在模具中設(shè)置活動鑲件和活動側(cè)向型芯，脫模時必須將它們連同制品一起移出模外，然后用手工或簡單工具將它們與制品分開，因此，這類模具的生產(chǎn)效率不高，常用于小批量的試生產(chǎn)§10-3注射成型及其模具帶活動鑲件的注射模具1－頂桿底板2－頂桿固定板3－頂桿4－彈簧5－支架6－支撐板7－動模板3）帶活動鑲件的注射模具：對于復雜結(jié)構(gòu)的塑料制品，由于無法通4）帶抽芯的注射模具：當塑料制品上有側(cè)孔或側(cè)凹時，在模具內(nèi)可設(shè)置由斜導柱或斜滑塊等組成的側(cè)向分型抽芯機構(gòu)，它能使側(cè)型芯作橫向移動§10-3注射成型及其模具帶側(cè)向分型抽芯的注射模具4）帶抽芯的注射模具：當塑料制品上有側(cè)孔或側(cè)凹時，在模具內(nèi)可5）自動卸螺紋注射模具：對帶有內(nèi)（外）螺紋的塑料制品，可在模具中設(shè)置轉(zhuǎn)動的螺紋型芯（型環(huán)），利用機械的旋轉(zhuǎn)運動或往復運動將螺紋制品脫出§10-3注射成型及其模具自動卸螺紋的注射模具1－定模型板2－襯套3－動模板4－定距螺紋5－支撐板6－支架7－螺紋型芯8－注射機合模螺桿5）自動卸螺紋注射模具：對帶有內(nèi)（外）螺紋的塑料制品，可在模6）推出機構(gòu)設(shè)在定模：由于注射機推出液壓缸在動模一側(cè)，因此塑料制品開模后常留在動模側(cè)。對有些要求制品留在定模的注射模具，應(yīng)在定模一側(cè)設(shè)置推出機構(gòu)，以便將制品從定模內(nèi)推出?！?0-3注射成型及其模具推出機構(gòu)設(shè)在定模的注射模具1－支架2－支撐板3－成型鑲件4－螺釘5－動模板6－螺釘7－推件板8－拉桿9－定模板10－定模座板11－凸模12－導柱6）推出機構(gòu)設(shè)在定模：由于注射機推出液壓缸在動模一側(cè)，因此塑7）無流道凝料注射模具：通過采用對流道加熱和絕熱的方法來保證從注射機噴嘴到澆口處之間的塑料保持熔融狀態(tài)。稱為熱流道注射模具§10-3注射成型及其模具無流道凝料注射模具1－動模座2－墊板3－推板4－固定板5－頂桿6－支撐板8－動模板9－凸模10－導柱11－定模板12－凹模13－墊板14－噴嘴15－熱流道板16－加熱器孔17－定模座板18－絕熱層19－主流道襯套20－定位環(huán)21－二級噴嘴7）無流道凝料注射模具：通過采用對流道加