成型材料論述全套

成型材料論述第一節(jié)注射成型的進(jìn)展近年來(lái)無(wú)論在注塑理論和實(shí)踐方面，還是在注塑工藝和成型設(shè)備方面都有較深的研究和進(jìn)展。注塑時(shí)，首先遇到的是注塑的可成型性，這是衡量塑料能否快速和容易地成型出合乎質(zhì)量要求的制品。并希望能在滿足質(zhì)量要求的前提下，以最短注塑周期進(jìn)行高效率生產(chǎn)。不同的高分子材料對(duì)其加工的工藝條件及設(shè)備的感性差別很大，材料特性和工藝條件將最終影響塑料制品的機(jī)械性能，因此全面了解注塑周期內(nèi)的工作程序，搞清可成型性和成型工藝條件及各種因素的相互作用和影響，對(duì)注塑加工有重要意義。在對(duì)充模壓力的影響實(shí)驗(yàn)表明：高聚物的非牛頓特性越強(qiáng)，則需要的壓越低；結(jié)晶型比非結(jié)晶型高聚物制品有更大的收收縮，在相變中比容變化較大。在對(duì)注塑過(guò)程中大分子取向的機(jī)理研究證明聚合物熔體受剪切變形時(shí)，大分子由無(wú)規(guī)卷曲狀態(tài)解開，并向流動(dòng)方向延伸和有規(guī)則的排列，如果熔體很快冷卻到相變溫度以下，則大分子沒(méi)有足夠的時(shí)間松和恢復(fù)到它原來(lái)的無(wú)規(guī)則卷曲的構(gòu)象程度，這時(shí)的聚合物就要處于凍結(jié)取向狀態(tài)，這種凍結(jié)取向使注塑制品在雙折射熱傳導(dǎo)以及力學(xué)性質(zhì)方面顯示出各向?qū)?。由于流變學(xué)和聚合物凝固過(guò)程的形變?cè)?，制品取向可能在一個(gè)方向占優(yōu)勢(shì)形成單軸取向，也可能在兩個(gè)方向上占優(yōu)勢(shì)，形成雙軸取向。雙軸取向會(huì)使制品得到綜合的機(jī)械特性，所以在注塑制品中總希望得到雙軸取向制品。而在纖維抽絲過(guò)程中卻希望得到單軸取向。對(duì)于取向分布的試驗(yàn)表明：取向最大是發(fā)生在距離制件表面20%的厚度處，發(fā)現(xiàn)取向程度隨熔體溫度與模溫減小而增加，而提高注射壓力或延長(zhǎng)注射時(shí)間會(huì)增加制品的取向程度。對(duì)聚苯乙烯試樣表明：拉伸強(qiáng)度在平行取向方向上隨取向度增加而提高，在垂直方向上則下降。對(duì)聚甲醛的觀察表明：注射時(shí)間的加長(zhǎng)會(huì)使過(guò)渡晶區(qū)的厚度增加，注射壓力的提高會(huì)使制品斷裂伸長(zhǎng)加大。測(cè)試表明：注塑的殘余應(yīng)力與應(yīng)變對(duì)制品質(zhì)量有著重要影響，一般注塑制品有三種殘余應(yīng)變形式；A伴隨熱應(yīng)力而產(chǎn)生的應(yīng)變，B與分子凍結(jié)取向相關(guān)的殘余應(yīng)變，C形體應(yīng)變，對(duì)一般塑料而言注射壓力的增加會(huì)增加制品中的殘余應(yīng)力，而對(duì)ABS不十分明顯。對(duì)于制件拉伸特點(diǎn)的分布研究表明：一般聚合物的密度增加會(huì)提高拉伸強(qiáng)度，斷裂伸長(zhǎng)率和硬度，使沖擊強(qiáng)度降低。粘彈性：注塑過(guò)程中在靠近澆口處由于高地形變速率和運(yùn)動(dòng)學(xué)不穩(wěn)定性，可能產(chǎn)生足夠大的粘彈效應(yīng)，在前緣附近聚合物熔體受到切向拉伸，這種變形型式可稱為噴泉效應(yīng)，對(duì)薄模腔的高彈性聚合物熔體流動(dòng)的前緣，在模腔厚度，寬度發(fā)生階梯變化的地方，以及澆口附近應(yīng)該著重考慮粘彈效應(yīng)。綜上所述，如何能把這些理論應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中去，改善工藝過(guò)程中的控制以減少材料，勞動(dòng)量，達(dá)到縮短周期和減少?gòu)U品的目的。第二節(jié)常用塑料一．塑料簡(jiǎn)述.塑料它可以是純的樹脂，也可以是加有各種添加劑的混合物，樹脂起粘結(jié)劑作用。所加添加料的目的是用來(lái)改善純樹脂的物理機(jī)械性能，改善加工性能或者為了節(jié)約樹脂。因此，塑料最基本的物理化學(xué)性質(zhì)是由樹脂的性質(zhì)所決定的。樹脂可分天然樹脂和人造樹脂，后者又稱合成樹脂。樹脂都屬高聚物，這些高聚物有獨(dú)特的分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)與分子外部結(jié)構(gòu)。高分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了高聚物最基本的物理化學(xué)性質(zhì)；而高分子外部結(jié)構(gòu)則決定高聚物的加工性能和物理機(jī)械性能。聚合物按鏈之間在凝固后的結(jié)構(gòu)形態(tài)可分非結(jié)晶型（無(wú)定型），半結(jié)晶型和結(jié)晶型。所以塑料也有無(wú)定型和結(jié)晶型之分。結(jié)晶型塑料在凝固時(shí)，由晶核到晶粒的生成過(guò)程，形成一定的體態(tài)。如PE，PP，PA，POM，等均屬結(jié)晶型。無(wú)定型塑料在凝固時(shí)，沒(méi)有晶核與晶粒的生長(zhǎng)過(guò)程只是自由的大分子鏈的“凍結(jié)”如PS，PVC，PMMA，PC等。又按其塑料對(duì)熱作用的反映，可分熱塑性塑料與熱固性塑料兩類：熱塑性塑料的特點(diǎn)是加熱可以軟化，冷卻時(shí)又重返固態(tài)。這一可逆過(guò)程，可以反復(fù)多次。如：PS，PVC，PA，PP，POM等；而熱固性塑料特點(diǎn)是在某一溫度下能轉(zhuǎn)變成可塑性熔體，但如果繼續(xù)提高溫度，延長(zhǎng)加熱時(shí)間高分子內(nèi)部將產(chǎn)生交聯(lián)作用而固化。再不能用加熱方法使其軟化到原始狀態(tài)，不能反復(fù)加工。如：環(huán)氧，呋喃，氨基，酚醛等。二．常用塑料（1）聚烯烴，聚烯烴是烯烴高聚物的總稱，一般是指乙烯，丙烯，丁烯的均聚物與共聚物。主要品種有：低密度聚乙烯（LDPE）,線型低密度聚乙烯（LLDPE），中密度聚乙烯（MDPE），高密度聚乙烯（HDPE），超高分子量聚乙烯（UHMPE），氯化聚乙烯（CPE）；乙烯-丙烯共聚物，乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）；聚丙烯（PP），氯化聚丙烯（PPC），增強(qiáng)聚丙烯（RPP）聚丁烯（PB）等。（2）氯乙烯（PVC）注塑用聚氯乙烯是懸浮聚合產(chǎn)品，按其顆粒形態(tài)有緊密型和疏松型。聚氯乙烯的改性品種有：氯化聚氯乙烯（CPVC），氯乙烯-醋酸乙烯共聚物，氯乙烯-偏氯乙烯共聚物（PVDC），氯乙烯-乙丙橡膠接枝共聚物，耐寒PVC即氯乙烯與馬來(lái)酸酐的共聚物。注塑用PVC有兩類：一種是濕混造粒，即把各種添加劑．穩(wěn)定劑．加工助劑．潤(rùn)滑劑．沖擊改性劑．復(fù)合穩(wěn)定劑等混合后擠出造粒。另一種是干混料不造粒的粉狀聚氯乙烯。（3）苯乙烯系樹脂.苯乙烯系樹脂是指苯乙烯的均聚物與共聚物樹脂的總稱。近年來(lái)為改善其脆性和耐熱溫度低的缺點(diǎn)，采用與橡膠等共混和接枝的方法發(fā)展一系列改性品種。如與丙烯腈，丁二烯，a-甲基苯乙烯，甲基丙烯酸甲脂，馬來(lái)酸酐等二元共聚物可改善耐熱性和脆性；與丙烯腈丁二烯的共聚物ABS是沖擊韌性和加工性能很好的工程塑料。目前苯乙烯系塑料有通用級(jí)，發(fā)泡級(jí)，沖擊級(jí)和AS，ABS等，AS有通用級(jí)AS（I）與耐熱級(jí)AS（II）。（4）丙烯酸脂類，丙烯酸脂類塑料通常包括聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）俗稱有機(jī)玻璃，以及纖維聚合物丙烯腈。這都是從丙烯酸衍生的高聚物。供注塑級(jí)的PMMA用懸浮聚合制成，有通用級(jí)耐熱級(jí)和高流動(dòng)級(jí)。（5）酰胺樹脂聚.酰胺樹脂聚又稱尼龍（PA）是早的工程塑料品種之一，用作纖維時(shí)稱綿綸。我國(guó)有PA6，PA610，PA612，PA66，PA1010以及高碳尼龍，PA66與彈性接枝共混的超韌性PA，還有芳香聚酰胺等。（6）線性聚脂類.在聚合物鏈節(jié)中含有脂鏈或醚鏈，而無(wú)支鏈和交聯(lián)結(jié)構(gòu)的樹脂統(tǒng)稱為線性聚脂或線性聚醚。國(guó)產(chǎn)有：聚碳酸酯雙酚A型（PC），改性聚碳酸酯，聚對(duì)苯二甲酸乙二脂（滌綸，PET）聚對(duì)苯二甲酸丁二脂（PBT）聚芳脂（雙酚A型），聚甲醛（POM）等。PC是一種無(wú)定型的熱塑性聚合物，純PC雖有好的綜合性能，但容易應(yīng)力開裂，耐磨性及流動(dòng)性不良，目前多采用PE，ABS，PS，PMMA，與之進(jìn)行共混以克服上述缺陷。PET大部作纖維少部用于薄膜，而注塑成型用的多是玻璃纖維增強(qiáng)（FRPET），PBT與PET都屬結(jié)晶型熱塑性線型聚脂。聚芳脂（雙酚A型），這是與PC相似的無(wú)定型工程塑料聚甲醛（POM）有均聚和共聚兩種，都是結(jié)晶型聚合物。均聚比共聚POM熱穩(wěn)定性差加工溫度范圍窄。此外還有含油POM這是在POM內(nèi)加液體潤(rùn)滑油和硬脂酸鹽類的表面活性劑的共聚物。含油POM摩擦系數(shù)小，物料不易輸送所以常用開槽料筒的注塑機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)。（7）氟塑料.氟塑料品種有：聚四乙烯（PTFE），聚四乙烯與六氟丙烯酸共聚物（FEP），三氟乙烯（PCTFE），聚偏氟乙烯（PVDF）聚氟乙烯（PVF）等。PCTFE從分子結(jié)構(gòu)上看與PTFE主要的區(qū)別在于有氯原子存在，從而破壞了PTFE對(duì)稱性，降低了大分子鏈堆砌，使其增加撓性。PCTFE對(duì)熱較敏感，易于高溫下分解。聚偏氟乙烯（PVDF），是一種白色粉末狀，結(jié)晶型熱塑性樹脂。（8）纖維素塑料，纖維素塑料是指由天然纖維素與無(wú)機(jī)或有機(jī)酸作用產(chǎn)生的纖維素樹脂再加上增塑劑而制成。纖維素是最古老的半合成型的熱塑性塑料，常用的有硝酸纖維素醋酸纖維素，醋酸丁酸纖維素，用于注塑的以醋酸纖維素為主。（9）耐高溫型樹脂，這類有聚砜，聚芳砜，聚苯醚砜，聚苯硫醚，聚苯醚，聚酰亞胺。這類聚合物由于在分子主鏈上含有亞芳基或雜環(huán)結(jié)構(gòu)，因此具有耐高溫，耐輻射的能力，并兼有很高的強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性。聚砜（PSF），雙酚A聚砜屬線性熱塑性聚合物，雖然有正規(guī)結(jié)構(gòu)，但仍然是無(wú)定型結(jié)構(gòu)形態(tài)。聚砜的粘度較大而且對(duì)溫度的依賴性要比對(duì)剪切速率大。這一點(diǎn)正與聚乙烯相反而與聚碳醋酯類卻相近。在注塑中，當(dāng)剪切速率低時(shí)，溫度對(duì)其膨脹效應(yīng)的影響不明顯。聚苯醚砜（PES），在其分子結(jié)構(gòu)中不含有脂肪族基團(tuán)，因此對(duì)耐熱性和抗氧性較好?？稍?80~200度范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用，熔融溫度50~350度。聚苯醚（PPO），PPO和其他許多熱塑性塑料不同；熔體的流變性能接近牛頓型流體，粘度對(duì)剪切速率并沒(méi)有明顯的依賴性。用于注塑的還有改性聚苯醚及氯化聚醚。聚苯硫醚（PPS，雷騰），是一種新型工程塑料它具有優(yōu)良的綜合性能，是目前作軸頸與軸承的最好村料。PSS原粉熔融后流動(dòng)性很大，直接加工困難因此必須經(jīng)過(guò)交聯(lián)預(yù)處理，提高流動(dòng)性。注塑用有粉料與可粒料兩種。PSS的注塑與HDPE十分相似所不同是PSS要求成型溫度高些：在此343度時(shí)其流動(dòng)性相當(dāng)于HDPE的流動(dòng)。三．常用填料注塑材料常用的填料有一般填料，金屬填料，有機(jī)填料，短纖維填料與長(zhǎng)纖維填料。加入這些填料可降低注塑制品的成本，提高經(jīng)濟(jì)效益可改善物理機(jī)械性能，化學(xué)性能以及光電性能；可改善加工性能，流變性能，降低粘度，提高分散作用。一般填料有石灰石，碳酸鈣，滑石粉，硅酸鈣，云母，氫氧化鋁，硫酸鈣，以及農(nóng)副產(chǎn)品等。有機(jī)填料是目前塑料制品中的主要填料，