塑料材料及成型工藝性能專業(yè)培訓(xùn)講義

1、 1.1.1 塑料的概念 塑料是以高分子聚合物為主要成分，參加一定量添加劑而組成的一種混合物。1.1 塑料材料7/8/20221 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)塑料的外表起潤(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7/8/20222 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

2、、玻璃、kevlar增加拉伸強(qiáng)度增加彎曲模數(shù)(flexural modulus)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7/8/20223 1.1.3 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

3、根本行為分類：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7/8/20224 熱塑性塑料與熱固性塑料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的比照1.1 塑料材料受熱行為圖示7/8/20225 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(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

4、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7/8/20226 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7/8/20227 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)汽車保險(xiǎn)桿、儀表板

5、、纖維等。 1.1 塑料材料7/8/20228 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。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7/8/20229 1.1.4 塑料的性能 密度小 (重量輕，塑料比重0.92，鋁2.7，鐵7.8)。 比強(qiáng)度(b/)和比剛度(E/)高。 化學(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

6、料7/8/202210 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 非結(jié)晶 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7/8/202211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7/8/202212 當(dāng)溫度和壓力變更時(shí)，黏流態(tài)的塑料表觀黏度會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化，這稱為塑料的流變性。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

7、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 7/8/202213D :管道直徑；V :流體的平均速度；:流體的密度；:流體剪切粘度。Re4000時(shí)為湍流。 塑料在成型加工過(guò)程中的流動(dòng)根本上屬于層流。 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 7/8/202214牛頓流動(dòng)定律： 在一定溫度下，當(dāng)剪切力作用于兩個(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)，那么剪切力與剪切速率dv/dr(也稱速度梯度之間呈以下直線關(guān)系：其中：為牛頓黏度，單位:Pas(Ns/m2)。 符合上式的流體都稱為牛頓型流體。 液體流動(dòng)時(shí)不服從上

8、式規(guī)律的均稱為非牛頓體。1.2 塑料的流變性 7/8/202215 非牛頓型流體原那么上包括黏性流體、黏彈性流體及時(shí)間依賴性流體。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 稱為非牛頓黏度或稱表觀黏度1-21.2 塑料的流變性 7/8/202216 圖1-4 不同類型流體的流動(dòng)曲線圖1-5 不同類型流體表觀黏度 與剪切速率的關(guān)系1.2 塑料的流變性 7/8/202217 圖1-6 溫度對(duì)表觀黏度的影響1.2 塑料的流變性 7/8/202218 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

9、。 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7/8/202219熱塑性塑料熔融指數(shù)(MI)單位:g/10min1熱電偶 2料筒 3出料孔4保溫層 5加熱棒 6柱塞7重錘加柱塞共重2160g 圖1-7 熔融流動(dòng)指數(shù)測(cè)定法 熱塑性塑料的流動(dòng)性的測(cè)量方法1： 1.3 塑料成型工藝性能7/8/2022201.每轉(zhuǎn)一周半徑增大12.5mm2.槽斷面是半圓形，直徑為4.9mm3.螺旋線槽總長(zhǎng)為1925mm。4.將塑料熔體一定壓力溫度注射入螺旋

10、形槽中央，制成蚊香形狀的試品，測(cè)定其螺旋線的總長(zhǎng)度。 螺旋線流動(dòng)試驗(yàn)法模具流道示意圖熱塑性塑料的流動(dòng)性的測(cè)量方法2： 1.3 塑料成型工藝性能Viscosity黏(滯)度7/8/202221 熱塑性塑料的流動(dòng)性分為三類：流動(dòng)性好的：PE、PP、PS、醋酸纖維等；流動(dòng)性中等的：改性聚苯乙烯、ABS、AS、有機(jī)玻璃、POM、氯化聚醚等；流動(dòng)性差的：PC、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、氟塑料。1.3 塑料成型工藝性能7/8/202222稱取7.5g塑料粉，205溫度下并以50MPa的壓力下在內(nèi)徑為28mm的模子內(nèi)預(yù)壓成圓錠。模具溫度150 5,并保溫5min；將圓錠放入拉西格模的加料室，并在20s左右將

11、壓模增至30MPa，保壓3min；長(zhǎng)度即為其流動(dòng)值。 圖1-8 拉西格流動(dòng)性測(cè)定模 熱固性塑料的流動(dòng)性的測(cè)量方法： 1.3 塑料成型工藝性能7/8/202223 1.3.2 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) 1.3 塑料成型工藝性能7/8/202224 1收縮率計(jì)算 S實(shí)=a-b/b S計(jì)=c-b/c 1-5S實(shí)實(shí)際收縮率%)；S計(jì)計(jì)算收縮率%)；a塑件在成型溫度時(shí)的單向尺寸mm)b塑件在常溫下的單向尺寸mm)c模具型腔在常溫下的單向尺寸mm)1.3 塑料成型工藝性能7/8/2022

12、251.3.3 結(jié)晶性 熱塑性塑料按其冷卻時(shí)是否出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象可將其分為結(jié)晶型與非結(jié)晶型或稱無(wú)定型。 結(jié)晶型塑料是不透明的或半透明的，而非結(jié)晶型塑料是透明的少數(shù)例外。結(jié)晶度對(duì)制品質(zhì)量的影響： 結(jié)晶度大的塑件密度大，強(qiáng)度、硬度高，剛度、耐磨性好，耐化學(xué)性和電性能好。 結(jié)晶度小的塑料，柔軟性、透明性較好，伸長(zhǎng)率和沖擊韌度較大。 1.3 塑料成型工藝性能7/8/202226 宜采用中等冷卻速度，即將模具溫度控制在Tg與Tvmax之間。保證晶體生長(zhǎng)良好，結(jié)晶完整且生產(chǎn)周期短。 圖1-9 結(jié)晶速度與溫度的關(guān)系 影響結(jié)晶的因素： 冷卻速度：1.3 塑料成型工藝性能7/8/202227 1.3.4 熱敏性及吸

13、濕性熱敏性： 塑料對(duì)溫度的敏感性，高溫下發(fā)生變色、分解的傾向性。熱敏性塑料：硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、氯乙烯和醋酸乙烯共聚物EVA、聚甲醛、聚三氟氯乙烯等。吸濕性： 是指塑料對(duì)水分的親疏程度。吸濕性的大小取決于聚合物組成及分子結(jié)構(gòu)。 例如：PA、PC、ABS、PS等，在其分子鏈中由于含有極性基團(tuán)，對(duì)水有吸附能力，故屬于吸濕傾向大的塑料 1.3 塑料成型工藝性能7/8/202228 1.3.5 聚合物降解與定向 聚合物降解： 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(duì)分子質(zhì)量降低的現(xiàn)象稱為聚合物降解也稱裂解。聚合物降解的影響： 輕度降解會(huì)使聚合物變色；進(jìn)一步降解會(huì)使聚合物分解出低分子物質(zhì)，使制品出現(xiàn)氣泡和流紋弊病，削弱制品各項(xiàng)物理、力學(xué)性能；嚴(yán)重的降解會(huì)使聚合物