1-塑料成型基礎(chǔ)知識(shí)

1、塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì),河北工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院,教材： 塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)，葉久新、王群主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2008 課程設(shè)計(jì)教材： 塑料模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)，伍先明等編著，國(guó)防工業(yè)出版社，2006 塑料模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)與資料匯編，大連工業(yè)出版社，2007,相關(guān)事宜,學(xué)時(shí)：40，其中講課36學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)。 聯(lián)系方式：李麗2教-405 材料成型教研室,本課程的任務(wù)及要求,4. 基本掌握壓注模具、壓縮成型模具擠出成型及其 它成型方法的工藝過(guò)程及模具設(shè)計(jì)方法。,系統(tǒng)了解塑料的成份、類(lèi)型、性能 。 2. 掌握塑料成型的基本理論知識(shí)。,3. 熟練掌握注射成型的工藝過(guò)程、工藝參數(shù)的選

2、擇 及模具設(shè)計(jì)方法。,1. 塑料：以合成樹(shù)脂（高分子聚合物）為原料，在一定溫度 和壓力條件下可塑化成型,產(chǎn)品最后能保持形狀不變的高分 子材料。,2. 高分子聚合物：由一種或多種簡(jiǎn)單低分子化合物單體通過(guò) 聚合反應(yīng)形成相對(duì)分子質(zhì)量很大的化合物。,例如：聚氯乙?。≒VC)就是由許多個(gè)氯乙烯（CH2=CHCl)單體通過(guò)聚合反應(yīng)形成的長(zhǎng)鏈大分子。,方括號(hào)內(nèi)為高聚物的結(jié)構(gòu)單元，也是其重復(fù)結(jié)構(gòu)單元并簡(jiǎn)稱(chēng)為重復(fù)單元，也稱(chēng)為鏈節(jié)。n代表重復(fù)單元數(shù)，又稱(chēng)為平均聚合度。,第1章 塑料成型的基本知識(shí),1.1 聚合物的結(jié)構(gòu)和性能,高分子聚合物一般是利用煤或石油中得到的有機(jī)小分子化合物作為單體，通過(guò)聚合反應(yīng)而合成的。具體

3、的合成方法有加聚反應(yīng)、縮聚反應(yīng)等。,1. 加聚反應(yīng),由一種或多種單體相互加成而連接成聚合物的反應(yīng)。 注:在此反應(yīng)過(guò)程中除了生成聚合物外，再?zèng)]有任何其他產(chǎn)物生成，聚合物中包含了單體的全部原子。,一、 高分子聚合物的形成,2. 縮聚反應(yīng),由一種或多種單體相互混合而連接成聚合物，同時(shí)析出（縮去）某種低分子物質(zhì)（如水、氨、醇、鹵化氫等）的反應(yīng)。 如：聚酰胺是用已二胺和已二酸作為單體通過(guò)縮水聚合反應(yīng)形成的長(zhǎng)鏈高分子，同時(shí)形成水。,（1）線型高分子 （2）支鏈型高分子,這兩類(lèi)高分子鏈在熱塑性塑料中存在，這些分子通?；ハ嗬p繞但并不連接在一起，受熱后具有可塑性,可以被反復(fù)地加熱和冷卻，進(jìn)行循環(huán)利用。,（3）網(wǎng)

4、狀（體型）高分子,鏈狀高分子鏈由于交聯(lián)反應(yīng)結(jié)合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由于分子鏈與鏈之間產(chǎn)生了化合反應(yīng)，這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)既不熔化也不溶解。在熱固性塑料中存在。,二、 高分子聚合物的結(jié)構(gòu),1.聚合物的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu),2. 聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是聚合物分子鏈之間的排列和堆砌結(jié)構(gòu)。 是決定聚合物本體性質(zhì)的主要因素。,（1）晶態(tài),分子鏈規(guī)則排列且緊密，分子間吸引力大，分子鏈運(yùn)動(dòng)困難。熔點(diǎn)、強(qiáng)度、耐熱性和抗熔性等性能好。,（2）非晶態(tài)（玻璃態(tài)）,分子鏈呈無(wú)規(guī)則排列，而且無(wú)規(guī)纏結(jié)，分子鏈活動(dòng)力大。彈性、伸長(zhǎng)率和韌性等性能好。,（3）部分晶態(tài),聚合物的物理狀態(tài)與溫度的關(guān)系曲線：,1線型非晶態(tài)聚合物；2線型晶態(tài)聚

5、合物,（脆化溫度）,（玻璃化溫度）,（粘流溫度）,（分解溫度）,三、 高聚物的物理狀態(tài)、力學(xué)狀態(tài)和加工適應(yīng)性,聚合物在不同溫度條件下表現(xiàn)出的分子熱運(yùn)動(dòng)特征稱(chēng)為聚合物的物理狀態(tài)。非晶態(tài)線型聚合物的物理狀態(tài)分為玻璃態(tài)（晶態(tài)線型聚合物稱(chēng)為結(jié)晶態(tài))，高彈態(tài)和粘流態(tài)。,1. 線型非晶態(tài)高聚物 （1）玻璃態(tài),塑料處于Tg溫度以下的固體， 是大多數(shù)塑件的使用狀態(tài)。 Tg：玻璃化溫度，是大多數(shù)高聚物成型加工的最低溫度。 分子鏈與鏈段的運(yùn)動(dòng)被凍結(jié)，當(dāng)施加外力時(shí)只能引起原 子間鍵長(zhǎng)與鍵角的微小變化 特點(diǎn)： 形變量小、瞬時(shí)完成并具有可逆性。 加工適應(yīng)性：只適用于機(jī)械加工,(2)高彈態(tài) 溫度升高，分子動(dòng)能逐漸增大，鏈

6、段開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。 特點(diǎn)：類(lèi)似橡膠狀態(tài)的彈性體，彈性變形量大，仍具有可逆變的形變性質(zhì)。 加工適應(yīng)性：壓力成型、真空成型、中空成型。,注：為得到所需形狀和尺寸的塑件，成型后需快速冷卻到Tg溫度以下。,（3）粘流態(tài),若溫度繼續(xù)升高，分子的動(dòng)能更大，增加到使鏈段與整個(gè)高分子鏈都可移動(dòng)的程度。塑料成為能流動(dòng)的粘流液體，通常也稱(chēng)之為熔體。 特點(diǎn)：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(yuǎn)保持下來(lái)。 加工適應(yīng)性：擠出、吹膜、注射、貼合及熔融紡絲等加工,1線型非晶態(tài)聚合物；2線型晶態(tài)聚合物,（脆化溫度）,（玻璃化溫度）,（粘流溫度）,（熱分解溫度）,（熔點(diǎn)）,2. 線型晶態(tài)聚合物 Tf對(duì)應(yīng)的

7、是熔點(diǎn)Tm 完全結(jié)晶的聚合物在Tg與Tm之間基本不呈現(xiàn)高彈態(tài),加工適應(yīng)性,1熔融紡線,2注射,3薄膜吹塑,4擠出成型,5壓延成型,6中空成型,7真空和壓力成型,8薄膜和纖維熱拉伸,9薄膜和纖維冷拉伸,注：對(duì)于線型聚合物,玻璃態(tài)是材料的使用狀態(tài)， Tg是衡量材料使用范圍的重要標(biāo)志之一 Tg越高其對(duì)環(huán)境溫度的適應(yīng)性越強(qiáng) Tf(Tm)和Td可用來(lái)衡量聚合物的成型性能 Tf(Tm)低時(shí)，有利于熔融，生產(chǎn)時(shí)熱能消耗小。 Tf(Tm) Td溫度區(qū)間大時(shí)，聚合物熔體的熱穩(wěn)定性好，聚合物成型加工就越容易進(jìn)行。,1.2 聚合物的流變性質(zhì),流動(dòng)和變形是塑料成型加工中最基本的工藝特征。 粘流態(tài)的聚合物在外力作用下，

8、相互交纏卷曲的大分子鏈將會(huì)沿受力方向發(fā)生解纏，伸直以及相對(duì)滑移，從而表現(xiàn)出一種變形量很大的宏觀流動(dòng)。,一、 聚合物的粘彈性質(zhì),1. 成型過(guò)程中的應(yīng)力和應(yīng)變,2. 聚合物變形流動(dòng)時(shí)的粘彈性質(zhì) 塑料熔體在成型過(guò)程中的變形和流動(dòng)同時(shí)具有彈性和粘性性質(zhì),3. 塑料變形的滯后效應(yīng)與松弛 滯后效應(yīng)：變形對(duì)應(yīng)力的滯后響應(yīng) 松弛：變形與應(yīng)力之間的平衡過(guò)程 時(shí)效變形：塑料脫模后存在較大的殘余內(nèi)應(yīng)力，將通過(guò) 聚合物中分子的變形與重排而逐步釋放。 時(shí)效變形可通過(guò)退火處理來(lái)消除,二、 聚合物的流動(dòng)規(guī)律,流體剪切粘度,雷諾數(shù),1. 流體的流動(dòng)狀態(tài),層流：Re4000,大多數(shù)聚合物由于有很高的粘度，加上成型時(shí)流速不允許過(guò)

9、高，所以塑料在成型加工過(guò)程中的流動(dòng)基本上是層流。,流體在平直圓管受切應(yīng)力發(fā)生的流動(dòng)形式有層流和湍流。,2.牛頓型流體 描述流體層流的最簡(jiǎn)單規(guī)律是牛頓流動(dòng)定律 牛頓在研究液體流動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，溫度一定時(shí)，低分子液 體在流動(dòng)時(shí)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，稱(chēng)為速度梯度 單位時(shí)間內(nèi)的切應(yīng)變，稱(chēng)為剪切速率。 比例常數(shù)，稱(chēng)為剪切粘度或牛頓粘度。,凡是液體層流時(shí)符合牛頓流動(dòng)規(guī)律的通稱(chēng)牛頓流體。其特征為應(yīng)變隨應(yīng)力作用的時(shí)間線性地增加，且粘度保持不變（定溫情況下），應(yīng)變具有不可逆性質(zhì)，應(yīng)力解除后應(yīng)變以永久變形保持下來(lái)。,（1-1）,3. 非牛頓型流體,指數(shù)流動(dòng)規(guī)律,式

10、中 K與聚合物和溫度有關(guān)的常數(shù)，可反映聚合 物熔體的粘稠性，稱(chēng)為粘度系數(shù)； n與聚合物溫度有關(guān)的常數(shù)，可反映聚合 物熔體偏離牛頓流體性質(zhì)的程度，稱(chēng)為非 牛頓指數(shù)。,絕大多數(shù)的聚合物熔體都表現(xiàn)為非牛頓流體。這些聚合物熔體都近似地服從指數(shù)流動(dòng)規(guī)律。,（1-2）,上式可改寫(xiě)為： 設(shè) 于是，式（1.3）改寫(xiě)為 式中，,（1.3）,（1.4）,（1.5）,非牛頓流體的表觀粘度。,討論： n值可以用來(lái)反映非牛頓流體偏離牛頓流體性質(zhì)的程度 n1時(shí)， ，意味著非牛頓流體變?yōu)榕ｎD流體。 n1時(shí) ，絕對(duì)值n 1越大，流體的非牛頓性越強(qiáng)，剪切速率對(duì)表觀粘度的影響越強(qiáng)。,賓哈流體,牛頓型流體,假塑性流體,復(fù)合型流體,

11、圖1.6 不同類(lèi)型流體的流動(dòng)曲線,剪切速率,切應(yīng)力,膨脹性流體,塑料熔體的類(lèi)型 在聚合物流變學(xué)中，凡是服從指數(shù)流動(dòng)的非牛頓流體，統(tǒng)稱(chēng)為粘性流體。,不同類(lèi)型流體表觀粘度與剪切速率的關(guān)系,“剪切變稀”：假塑性流體的表觀粘度隨剪切速率的增加 非線性下降的現(xiàn)象。 “剪切增稠”：膨脹性流體的表觀粘度隨剪切速率的增加 非線性升高的現(xiàn)象。,3. 影響聚合物粘度的因素,（1）聚合物結(jié)構(gòu)和其他組分對(duì)黏度的影響,大分子鏈柔順性較大的聚合物，鏈間的纏結(jié)點(diǎn)多，鏈的解纏、伸長(zhǎng)和滑移困難，熔體流動(dòng)時(shí)非牛頓性強(qiáng),1)分子結(jié)構(gòu),2)相對(duì)分子質(zhì)量,聚合物相對(duì)分子質(zhì)量越大，大分子鏈重心移動(dòng)減慢。要完成流動(dòng)過(guò)程就需要更多的時(shí)間和更

12、大的剪切速率。所以聚合物粘度隨著分子量增加而增大。,3) 相對(duì)分子質(zhì)量分布(聚合物內(nèi)大分子之間相對(duì)分子質(zhì)量的差異）,差異越大，相對(duì)分子質(zhì)量分布越寬，聚合物熔體的粘度越小，非牛頓性越強(qiáng)，對(duì)剪切速率越敏感。,（2） 溫度對(duì)粘度的影響 隨溫度升高，體積膨脹，有利于大分子的變形和流動(dòng)，從而降低了熔體的粘度。,（3）壓力對(duì)粘度的影響 壓力增大，意味著分子間空間縮小，使分子鏈運(yùn)動(dòng)困難，熔體的粘度增大。,（4）助劑對(duì)粘度的影響,一般情況下，聚合物中添加其他助劑后，大分子之間的相互作用力會(huì)發(fā)生變化，熔體黏度也將發(fā)生改變。增塑劑和潤(rùn)滑劑能明顯降低熔體粘度，而多數(shù)填充劑能提高粘度。,三、高分子聚合物的彈性,聚合物

13、是一種具有彈性固體和粘性液體的雙重性質(zhì)的粘彈性材料。,1. 聚合物熔體的彈性類(lèi)型 剪切彈性 切變模量 拉伸彈性 拉伸彈性模量,2. 聚合物熔體流動(dòng)過(guò)程中的彈性行為 端末效應(yīng)和失穩(wěn)流動(dòng),1) 端末效應(yīng) 在導(dǎo)管入口和出口端出現(xiàn)的與聚合物熔體彈性行為有緊密聯(lián)系的現(xiàn)象稱(chēng)為入口效應(yīng)和出口膨脹效應(yīng)，合稱(chēng)為端末效應(yīng),2）失穩(wěn)流動(dòng),聚合物熔體以較高的剪切速率注射成型時(shí)，大分子鏈幾乎被完全拉直，繼續(xù)變形就會(huì)呈現(xiàn)很大的彈性性質(zhì)，導(dǎo)致其熔體的流動(dòng)無(wú)法保持穩(wěn)定層流而變成彈性湍流，各種因素互相干擾，這種現(xiàn)象稱(chēng)為失穩(wěn)流動(dòng)。,剪切速率或切應(yīng)力繼續(xù)增大時(shí)，熔體表現(xiàn)出波浪、竹節(jié)形或周期螺旋形，甚至相互斷裂成不規(guī)則的碎片或小圓柱

14、塊的現(xiàn)象，稱(chēng)為熔體破裂。,聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量增加和相對(duì)分子質(zhì)量分布變窄，熔體的非牛頓性增強(qiáng)，彈性行為越突出，熔體發(fā)生失穩(wěn)流動(dòng)傾向增大。,1) 分子結(jié)構(gòu),2) 溫度,溫度升高可提高失穩(wěn)流動(dòng)時(shí)的極限切應(yīng)力和極限剪切速率，減小失穩(wěn)流動(dòng)范圍。,3. 影響失穩(wěn)流動(dòng)和熔體破裂的因素,選擇合適的過(guò)渡收斂角及其過(guò)渡長(zhǎng)度，并使過(guò)渡的表壁呈現(xiàn)流線狀時(shí)?？梢詼p小失穩(wěn)流動(dòng)傾向。,3) 流道結(jié)構(gòu),四、 聚合物熔體的充型流動(dòng),充型：高溫聚合物熔體在注射壓力的作用下，通過(guò)流道和 澆口后在低溫型腔內(nèi)流動(dòng)和成型的過(guò)程。,1. 澆口和型腔對(duì)熔體充型流動(dòng)的影響 1）澆口的橫截面高度和型腔的深度相差很大 高速充型，易產(chǎn)生噴射現(xiàn)象

15、2）相差不大 中速充型，熔體以較平穩(wěn)的擴(kuò)展性運(yùn)動(dòng)流動(dòng) 3）接近 熔體低速平穩(wěn)的擴(kuò)展流動(dòng)充型,2. 擴(kuò)張流動(dòng)充型與熔接痕,當(dāng)熔體在型腔中流動(dòng)的過(guò)程中遇到型芯和嵌件等障礙物時(shí)，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。 危害：極大的消弱了制品的機(jī)械強(qiáng)度。,減少熔接痕：用流動(dòng)性好的塑料，或增加澆口數(shù)量，縮短流程，以較快時(shí)間充模，適當(dāng)提高料溫或模溫等；改變澆口位置，使熔接痕產(chǎn)生在塑件的次要位置。,上節(jié)要點(diǎn),高分子聚合物的形成 低分子化合物單體通過(guò)聚合反應(yīng)形成 2. 聚合物的結(jié)構(gòu) 長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)：線型高分子、支鏈型高分子、網(wǎng)狀高分子 聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：晶態(tài)、非晶態(tài)、部分晶態(tài) 3. 聚合物的物理狀態(tài) 非晶態(tài)

16、線型高聚物：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài) 晶態(tài)線型高聚物：結(jié)晶態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)（具體與結(jié)晶 程度有關(guān)）,聚合物的物理狀態(tài)與溫度的關(guān)系曲線：,1線型非晶態(tài)聚合物；2線型晶態(tài)聚合物,（脆化溫度）,（玻璃化溫度）,（粘流溫度）,（熱分解溫度）,（Tm 熔點(diǎn)）,加工適應(yīng)性,1熔融紡線,2注射,3薄膜吹塑,4擠出成型,5壓延成型,6中空成型,7真空和壓力成型,8薄膜和纖維熱拉伸,9薄膜和纖維冷拉伸,假塑性流體,復(fù)合型流體,不同類(lèi)型流體的流動(dòng)曲線,塑料熔體的類(lèi)型,“剪切稀化”：假塑性流體的表觀粘度隨剪切速率的增加 非線性下降的現(xiàn)象。 “剪切增稠”：膨脹性流體的表觀粘度隨剪切速率的增加 非線性升高的現(xiàn)象。,影響

17、粘度的因素 聚合物結(jié)構(gòu)、溫度、壓力、助劑 聚合物熔體的彈性 彈性類(lèi)型：剪切彈性和拉伸彈性 彈性行為：端末效應(yīng)和失穩(wěn)流動(dòng) 影響失穩(wěn)流動(dòng)的因素：分子結(jié)構(gòu)、溫度、流道結(jié)構(gòu) 聚合物熔體的充型流動(dòng) 擴(kuò)張型流動(dòng)（三個(gè)階段）、熔接痕,一、 聚合物的加熱與冷卻,聚合物 粘流態(tài) 型腔 塑件 熱量的來(lái)源：外界能量、分子間摩擦熱 注：結(jié)晶聚合物熔融時(shí)所需熱量大，而冷卻時(shí)放熱大,1.3 聚合物成型過(guò)程中的物理行為,加熱,冷卻,二、 聚合物的結(jié)晶,1.聚合物的結(jié)晶現(xiàn)象,結(jié)晶：聚合物熔體在高溫向低溫固態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程中，分子鏈的結(jié)構(gòu)形態(tài)形成規(guī)則排列的過(guò)程,聚合物結(jié)晶的特點(diǎn):晶體不整齊、結(jié)晶不完全、結(jié)晶速度慢和沒(méi)有明晰的熔點(diǎn)等。

18、,二次結(jié)晶、后結(jié)晶：成型完成后的結(jié)晶。會(huì)使制件的性能和尺寸在使用和儲(chǔ)存過(guò)程中發(fā)生變化，應(yīng)避免，可采用退火處理。,非晶體聚合物,球狀晶體,纖維狀晶體,（4）結(jié)晶速度和結(jié)晶度,1）結(jié)晶速度 反映了聚合物在外部條件作用下呈現(xiàn)出的結(jié)晶能力。 生產(chǎn)中常用半結(jié)晶周期作為評(píng)價(jià)結(jié)晶 速度和結(jié)晶能力 的指標(biāo)。 2）結(jié)晶度 聚合物內(nèi)結(jié)晶組織的質(zhì)量（或體積）和聚合物總質(zhì)量（或 體積）之比，主要用來(lái)表征結(jié)晶程度。（大多數(shù)聚合物 的結(jié)晶度約為10%60%，但有些也可能達(dá)到很高的數(shù) 值，如PP的結(jié)晶度達(dá)到70%95%）,2. 結(jié)晶對(duì)塑件性能的影響,3)沖擊韌度 比非結(jié)晶態(tài)時(shí)為低。,4)彈性模量 比非結(jié)晶態(tài)時(shí)為低。,5)熱

19、性能 可提高聚合物的軟化溫度和熱變形溫度。,2) 強(qiáng)度、硬度、耐磨性 隨結(jié)晶程度的增大而提高。,1)密度 隨結(jié)晶程度的增大而提高。,6)脆性 可縮短聚合物在注射模內(nèi)的冷卻時(shí)間，使成型后 的制品具有一定脆性。,二 、聚合物的取向,1. 取向及其機(jī)理,1）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，稱(chēng)為取向（或定向）。,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(dòng)取向在切應(yīng)力作用下沿著熔體流動(dòng)方向形成的,2）注射成型時(shí)的流動(dòng)取向機(jī)理,3)固體填充劑的流動(dòng)取向,聚合物中的填料，一般取向總是與熔體的流動(dòng)方向保持一致。結(jié)晶聚合物的流動(dòng)取向與結(jié)晶過(guò)

20、程有關(guān)，并對(duì)結(jié)晶產(chǎn)生影響，較為復(fù)雜。,2.影響聚合物取向的主要因素（以注射成型為例）,1) 溫度,隨溫度升高，取向程度降低。因解取向程度增大。,2) 注射壓力和保壓壓力,提高注射壓力和保壓壓力，將增加剪切應(yīng)力和剪切速率， 有利于取向程度的提高。,3) 澆口,熔體充滿模腔停止流動(dòng)，在一定時(shí)間內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)仍然比較劇烈，容易解取向。采用大澆口，延長(zhǎng)澆口凍結(jié)時(shí)間，流動(dòng)過(guò)程延時(shí)，因此澆口附近取向加強(qiáng)。,慢速充型比快速充型得到比較強(qiáng)烈的取向結(jié)構(gòu)，但制品表面快速充型取向程度高。,4) 充型速度,3.取向?qū)酆衔镄阅艿挠绊?1) 取向?qū)λ芗W(xué)性能的影響 非結(jié)晶型聚合物，沿取向方向力學(xué)性能顯著提高； 結(jié)晶型聚

21、合物，在取向方向力學(xué)性能和密度有所提高， 彈性和韌性也有所改善，但伸長(zhǎng)率下降。 2) 取向使塑件具有各向異性（在光、熱、電等方面）,4. 殘余應(yīng)力,塑料在型腔內(nèi)流動(dòng)和冷卻的過(guò)程中產(chǎn)生的。 殘余流動(dòng)應(yīng)力（不均衡的剪切和正應(yīng)力作用產(chǎn)生） 溫度殘余應(yīng)力 （快速的不均勻冷卻固化產(chǎn)生） 減小殘余應(yīng)力的方法 采取平衡冷卻和塑件后處理等措 施,4. 聚合物的流變性質(zhì) 粘彈性質(zhì)：塑料熔體在成型過(guò)程中的變形和流動(dòng)同時(shí)具有彈性和粘性性質(zhì) 滯后效應(yīng)、松弛、時(shí)效變形 流體在平直圓管受切應(yīng)力發(fā)生的流動(dòng)形式：層流和湍流 塑料在成型加工過(guò)程中的流動(dòng)基本上是層流 牛頓型流體：流體層流時(shí)符合牛頓流動(dòng)規(guī)律的。即應(yīng)變隨應(yīng)力作用的時(shí)

22、間線性地增加，且粘度保持不變（定溫）下。 非牛頓型流體：絕大多數(shù)聚合物熔體都表現(xiàn)為非牛頓型流體，符合指數(shù)流動(dòng)規(guī)律。,定義：聚合物分子在受到熱、應(yīng)力、水、酸、堿等雜質(zhì) 以及空氣中氧的作用，導(dǎo)致聚合物分子鏈斷裂、 分子變小、分子量降低的現(xiàn)象。,實(shí)質(zhì)： 大分子,小分子,危害： 降低制品的物理、力學(xué)性能,1.4 聚合物成型過(guò)程中的化學(xué)行為,一、 聚合物降解,降解的種類(lèi),熱降解 氧化降解 水降解 應(yīng)力降解 微生物降解 光降解,控制原料指標(biāo) 使用前物料充分干燥 合理的工藝參數(shù) 成型設(shè)備和模具狀態(tài) 添加劑,防止降解的方法,(2)應(yīng)力降解,在成型中因粉碎、高速攪拌、擠壓及注射等而受到剪切應(yīng)力和拉伸應(yīng)力，使聚合

23、物分子鏈斷裂，相對(duì)分子質(zhì)量降低的現(xiàn)象。,(3)氧化降解,聚合物在日常使用中與氧氣作用在某些化學(xué)鏈較弱部位產(chǎn)生過(guò)氧化結(jié)構(gòu)，極易分解、而導(dǎo)致聚合物發(fā)生的解聚反應(yīng)。,（4)水降解,如果聚合物中含有容易被水解的基團(tuán)或因聚合物被氧化而形成容易水解的基團(tuán)，在高溫和高壓下成型時(shí)，被聚合物中的水分分解。,硬化不足(欠熟): 溫度升高，交聯(lián)反應(yīng)速度加快， 硬化時(shí)間縮短。 硬化時(shí)間短，交聯(lián)程度低，塑件性能不好。 硬化過(guò)度(過(guò)熟): 交聯(lián)過(guò)度，塑件發(fā)脆、變色和起泡，降低了 塑件物理性能。,定義：聚合物在成型過(guò)程中，由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu) 的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，通常也稱(chēng)“硬化”或“熟化”。 硬化完全: 成型固化過(guò)程中的交

24、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，獲得最佳的物理和化學(xué)性能。,二、聚合物的交聯(lián),1.5 塑料的組成、分類(lèi)與用途,作用：將各種添加劑粘結(jié)成一個(gè)整體，同時(shí)賦予塑料一定的物理、力學(xué)和化學(xué)性能。,合成樹(shù)脂添加劑,1. 合成樹(shù)脂（40100%）,決定塑料的類(lèi)型（熱塑性或熱固性）和主要性能(物理 性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能等)。,2. 添加劑,包括填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、著色劑和固化劑等,一、 塑料的組成,注射成型物料的配制,1. 按成型性能分類(lèi),(1) 熱塑性塑料,在一定的溫度范圍內(nèi)，能反復(fù)加熱軟化乃至熔融流動(dòng)，冷卻后能硬化成一定形狀的塑料。,聚乙烯、聚氯乙烯、尼龍、聚丙烯、聚苯乙

25、烯、聚碳酸酯、ABS、聚甲醛及有機(jī)玻璃等。,特點(diǎn)：基本上是以聚合反應(yīng)得到的線型或支鏈型樹(shù)脂為基礎(chǔ)制得的，在成型過(guò)程中只有物理變化，而無(wú)化學(xué)變化，受熱后可多次成型，廢料可回收再利用。,注射、擠出或吹塑等方法成型,二、 塑料的分類(lèi),酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧塑料、不飽和聚酯塑料、三聚氰胺塑料等。,(2) 熱固性塑料,加熱溫度達(dá)到一定程度后能成為不溶和不熔性物質(zhì)，使形狀固化下來(lái)不再變化的塑料。,特點(diǎn)：基本上是以縮聚反應(yīng)得到的，在成型受熱時(shí)發(fā)生化學(xué)變化使線型分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)、廢料不能再回收利用。,壓縮或壓注方法，也可用注射成型,表1-1熱塑性塑料與熱固性塑料有關(guān)成型方面的區(qū)別,2. 按用途分類(lèi),(

26、1) 通用塑料,一般只能作為非結(jié)構(gòu)材料使用，用途最廣泛，產(chǎn)量最大，價(jià)格最低廉，性能普通的一類(lèi)塑料。,聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、酚醛塑料（PF）和氨基塑料六大品種。,(2) 工程塑料,可以作為工程結(jié)構(gòu)材料，力學(xué)性能優(yōu)良，能在較廣溫度范圍內(nèi)承受機(jī)械應(yīng)力和較為苛刻的化學(xué)及物理環(huán)境中使用的一類(lèi)塑料。,聚酰胺（尼龍）（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、ABS、及各種增強(qiáng)塑料。,醫(yī)用塑料、光敏塑料、導(dǎo)磁塑料、高耐熱性塑料及高頻絕緣性塑料等。,（3）功能塑料,用于特種環(huán)境中，具有某一方面的特殊性能的塑料。,三、 塑料的性能,密度小、質(zhì)量輕。適合制造輕巧的

27、日常用品和家用電器零件,比強(qiáng)度和比剛度高?？捎糜谥圃旃こ虣C(jī)械,耐化學(xué)腐蝕能力強(qiáng) 。廣泛用于制造化工管道和容器,絕緣性能好。電絕緣材料、絕緣保溫材料、隔音吸音材料。,7. 光學(xué)性能好?？芍瞥赏腹庑粤己玫闹破?成型和著色性能好。 易成型，周期短。易著色，范圍廣。,5. 減摩、耐磨和自潤(rùn)滑性好?？芍瞥升X輪、凸輪、滑輪等零件,8. 多種防護(hù)性能，如防水、防振、防輻射等,缺點(diǎn)：耐熱性比金屬材料差；熱膨脹系數(shù)大；蠕變現(xiàn)象； 老化現(xiàn)象。,塑料的工藝性能 塑料在成型過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的特有性質(zhì)。,熱塑性塑料,收縮性 流動(dòng)性 相容性 吸濕性 熱敏性,熱固性塑料,收縮性 流動(dòng)性 比容和壓縮比 硬化速度 水分及揮發(fā)物含

28、量,1.6 塑料成型的工藝性能,1. 成型收縮的形式 (1)塑件的尺寸收縮： 由于熱脹冷縮和塑件脫模時(shí)彈性回復(fù)、塑性變形等原因，導(dǎo)致塑件脫模冷卻到室溫后其尺寸縮小。 (2)收縮的方向性： 沿料流方向（即平行方向）收縮大，強(qiáng)度高，與料流垂直方向則收縮小，強(qiáng)度低。,一、 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(chēng)為收縮性。,（3）后收縮 塑件成型時(shí)，塑件內(nèi)存在殘余應(yīng)力。當(dāng)脫模后，由于應(yīng)力趨向平衡及儲(chǔ)存條件的影響，使塑件再次收縮。 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(guò)3060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。,

29、（4）熱處理收縮： 在模具設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)高精度塑件則應(yīng)考慮后收縮及熱處理收縮的偏差并予以補(bǔ)償。,2. 收縮率的計(jì)算 成型收縮的大小可用收縮率來(lái)表示：,式中 Ss實(shí)際收縮率 Sj 計(jì)算收縮率 Lc 模具或塑件在成型溫度時(shí)的尺寸 Ls 塑件在室溫時(shí)的尺寸 Lm 模具在室溫時(shí)的尺寸,3 影響收縮性率變化的因素,塑料品種,塑件特征,模具結(jié)構(gòu),成型工藝參數(shù),影響因素,選取原則,收縮率范圍小的，取中間值,壁厚者取大值，壁小者取小值,各部分收縮率不同，靈活選取,二、 流動(dòng)性,塑料熔體在一定溫度與壓力作用下充填模腔的能力。,塑料的流動(dòng)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(dòng)性好，可以用較

30、小的成形壓力充滿型腔。但流動(dòng)性太好，會(huì)使塑料在成形時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的溢邊，填充不密實(shí)，塑件組織疏松，易粘模。 熱塑性塑料的流動(dòng)性常用熔融指數(shù)（單位g）、螺旋線長(zhǎng)度（單位cm）來(lái)表示。,熔融流動(dòng)指數(shù)的測(cè)定：將被測(cè)塑料裝于標(biāo)準(zhǔn)裝置的塑化室內(nèi)并進(jìn)行加熱，在一定的溫度和壓力下，測(cè)定塑料熔體在10min內(nèi)從出料孔擠出的質(zhì)量。 熔融指數(shù)的單位為g/10min，通常用MI表示。熔融指數(shù)越大，塑料的流動(dòng)性越好。,螺旋線長(zhǎng)度用標(biāo)準(zhǔn)阿基米德螺旋線模具來(lái)測(cè)定。 將被測(cè)塑料在一定的溫度與壓力下注入模具內(nèi)，用其所達(dá)到的流動(dòng)長(zhǎng)度來(lái)表示該塑料的流動(dòng)性。,常用熱塑性塑料的流動(dòng)性： 流動(dòng)性好 尼龍PA、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚丙

31、烯PP、醋酸纖維素CA。 流動(dòng)性中等 ABS、有機(jī)玻璃PMMA、聚甲醛POM、氯化聚醚CPT。 流動(dòng)性差 聚碳酸酯PC、硬聚氯乙烯、聚苯醚PPO、聚砜PSU、氟塑料。,熱固性塑料的流動(dòng)性通常用拉西格流動(dòng)性來(lái)表示。將一定量的被測(cè)塑料預(yù)壓成圓錠，然后將圓錠放入壓模中，在一定溫度和壓力下，測(cè)定從流料槽中擠出的長(zhǎng)度。數(shù)值大則流動(dòng)性好。,131150mm,151180mm,影響塑料流動(dòng)性的因素 塑料的分子結(jié)構(gòu)與成分： 具有線型分子結(jié)構(gòu)塑料流動(dòng)性好。加入填料，降低流動(dòng)性，加入增塑劑和潤(rùn)滑劑，增加塑料的流動(dòng)性。 溫度： 塑料溫度高，流動(dòng)性好。在成形時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)溫度控制流動(dòng)性。PS、PP、PA、PMMA、AB

32、S、AS、PC、CA對(duì)溫度敏感。 壓力： 注射壓力，受剪切作用，流動(dòng)性。 模具結(jié)構(gòu)： 凡促使熔料溫度降低，流動(dòng)阻力增加的因素，都會(huì)使流動(dòng)性降低。,三、 塑料的其它工藝性能,1. 吸濕性 ： 表明塑料對(duì)水分的親疏程度。 具有吸濕或粘附水分傾向的塑料：PA、PC、PS、ABS等； 既不吸濕也不易粘附水分的塑料，如PE、PP、POM等。 注： 對(duì)吸濕性和粘附水分傾向大的塑料，在成型之前應(yīng)進(jìn)行干燥，使水分控制在0.50 .2%以下,2.熱敏性 某些熱穩(wěn)定性差的塑料，在料溫高和受熱時(shí)間長(zhǎng)的情況下就會(huì)產(chǎn)生降解、分解、變色的特性。 熱敏性塑料： 硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯（PCTF

33、E）、聚甲醛（POM）等。 解決方法： 加入熱穩(wěn)定劑 選擇合適的成型設(shè)備 生產(chǎn)時(shí)嚴(yán)格控制成型工藝條件,3.相容性（共混性） 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。 不同塑料的相容性與其分子結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系，分子結(jié)構(gòu)相似者較易相容；反之較難。 通過(guò)塑料的這一性質(zhì)，可得到類(lèi)似共聚物的綜合性能，這是改進(jìn)塑料性能的重要途徑之一。,4.比體積和壓縮比 比體積 壓縮比 表示粉狀塑料的松散程度，用來(lái)確定壓縮模加料腔容積的大小。比容和壓縮率大，要求加料腔體積增大，同時(shí)成形困難。,5.硬化速度 硬化速度通常以塑料試樣硬化每1厚度所需的秒數(shù)來(lái)表示。 影響硬化速度的因素：塑料品種；塑件形

34、狀及壁厚；成型溫度及是否預(yù)熱、預(yù)壓等有密切關(guān)系。 例如：采用預(yù)壓、預(yù)熱、提高成型溫度和增長(zhǎng)加壓時(shí)間等措施，都能顯著加快硬化速度。 硬化速度的調(diào)整：壓注或注射成形時(shí)，應(yīng)要求在塑化、填充時(shí)化學(xué)反應(yīng)慢，硬化慢以保持長(zhǎng)時(shí)間的流動(dòng)狀態(tài)，但當(dāng)充滿型腔后，在高溫、高壓下應(yīng)快速硬化。,6.水分和揮發(fā)物含量 來(lái)源 制造時(shí)未除凈 存儲(chǔ)、運(yùn)輸過(guò)程中吸收（吸濕性塑料） 成型時(shí)化學(xué)反應(yīng)附產(chǎn)物 水發(fā)及揮發(fā)物含量過(guò)多的影響 易造成不易成型，塑件質(zhì)量低等缺陷。 有害氣體對(duì)模具和人體會(huì)有損害。 注意：塑料中水分及揮發(fā)物的含量不足，也會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)性不良，成型困難，同時(shí)不利于壓錠。,注射成型 壓縮成型 壓注成型 擠出成型 中空成型

35、固相成型,1.7 塑料的主要成型方法,一、注射成型,主要用于熱塑性塑料，也可用于熱固性塑料。,將粒狀或粉狀的塑料加入到注射機(jī)的料斗，在注射機(jī)內(nèi)塑料受熱熔融并使之保持流動(dòng)狀態(tài)，然后在一定壓力下注入閉合的模具，經(jīng)冷卻定型后，熔融的塑料就固化成為所需的塑件。,二、壓縮成型（壓制成型）,主要用于熱固性塑料，制造結(jié)構(gòu)件等。,三、壓注成型（傳遞成型）,主要用于熱固性塑料，適用于形狀復(fù)雜或帶有較多嵌件的塑料制件。,其工藝類(lèi)似于注塑成型工藝，壓注成型時(shí)塑料在模具的加料腔內(nèi)塑化，再經(jīng)過(guò)澆注系統(tǒng)進(jìn)入型腔，而注塑成型在注塑機(jī)料筒內(nèi)塑化。,四、擠出成型,將熔融的塑料自模具內(nèi)以擠壓的方式往外推出，而得到與模口相同幾何形

36、狀的流體，冷卻固化后，得到所要的零件。 主要用于熱塑性塑料，一般用于成型加工，如管、槽、板及異型材制件，還用于塑料的混煉加工，如著色、填充、共混等。,五、中空成型（吹塑成型）,一般用于熱塑性塑料，主要用于制造中空制件和管筒型薄膜，如瓶、桶、球、壺、箱、管型薄膜等。,將處于塑性狀態(tài)的型坯置于模具型腔內(nèi)，借助壓縮空氣將其吹脹，使之緊貼于型腔壁上，經(jīng)冷卻定型得到中空塑料制品的模塑方法。,六、固相成型,一般用于塑料板材的二次成型加工，如真空成型、壓縮空氣成型和壓力成型等。,真空成型是先將熱塑性塑料板材加熱至軟化溫度，然后抽走型腔內(nèi)的空氣，借助大氣的壓力使板材緊貼在型腔內(nèi)成型，冷卻后借助于壓縮空氣從模具內(nèi)脫出塑料制件的加工方法。,一、熱塑性塑料 (一)聚乙烯(PE)（HDPE:高密度聚乙烯、LDPE:低密度聚乙烯） 1基本特性：無(wú)毒，無(wú)味呈乳白色，密度為0.910.96g/cm3 為結(jié)晶型塑料，使用溫度-70100 2主要用途：電絕緣塑件、耐腐蝕管道、薄膜、醫(yī)療瓶子、墊圈 3成型特點(diǎn)：(1)成型收縮率大 (2)冷卻速度慢 (二)聚丙烯(PP) 基本特性：無(wú)色，無(wú)味，無(wú)毒，外觀似聚乙烯，但比聚乙烯更透 明更輕，密度0.900.91/g/cm3，使用溫度-15100 2主要用途：法蘭、泵葉輪、機(jī)械零件，耐酸堿容器，絕緣零件 3成型特點(diǎn)：(1