塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)

備課講義課程名稱塑料模具設(shè)計(jì)課程編號1111610學(xué)時(shí)學(xué)分40（4）學(xué)時(shí)2.5學(xué)分專業(yè)層次機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化備課教材《塑料成型加工與模具》黃虹主編化工版2003授課班級機(jī)自107授課日期201136年9～12月授課教師卓榮明歸口系部機(jī)械工程系版次03第1章塑料成型概述1．1塑料的概念1．1．1塑料定義塑料是以樹脂為基本成份，在一定條件下可以塑化成形的合成材料。其中樹脂——高分子化合物，主要由人工合成，又稱為高分子聚合物；一定條件——溫度、壓力、模具、設(shè)備等；塑化成形——加熱→流動→成型→定形；合成材料——樹脂、添加劑等。1．1．2塑料的特性及其用途1．1．2．1塑料的特性優(yōu)點(diǎn)：1）塑料材料重量輕，密度一般為0.9～2.3克/cm3；2）具有某些優(yōu)良的機(jī)械性能，如比強(qiáng)度高、摩擦系數(shù)小、自潤滑性好、吸震性好等；3）電性能優(yōu)良，如絕緣性能好、介電損耗低等；4）化學(xué)穩(wěn)定性高，能耐酸、堿和許多化學(xué)藥品的腐蝕；5）光學(xué)性能優(yōu)良，如光學(xué)塑料的折射率、透光范圍等指標(biāo)均較好；6）表面裝飾性好，如著色、噴漆、電鍍等性能優(yōu)良；7）成型工藝性能優(yōu)良，加工成本低，經(jīng)濟(jì)性好；8）性能可改良性好，通過改性技術(shù)改善塑料的性能和用途成為主要發(fā)展方向。缺點(diǎn)：1）耐高溫性差，一般塑料的使用溫度范圍為60～300℃；2）機(jī)械性能欠缺，如機(jī)械強(qiáng)度、剛性、表面硬度、耐疲勞性等較低；3）尺寸穩(wěn)定性差，如熱膨脹系數(shù)、收縮率、抗蠕變性等性能均不理想；4）耐候性差，如易老化、變色、發(fā)脆等；5）塑料是非綠色材料，對人體、環(huán)境等不良影響成為阻礙其發(fā)展的重要因素。1．1．2．2塑料的用途塑料的用途是由它的性能及價(jià)格等因素決定的。塑料材料被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑、電氣、電子、家電、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、日用品等各行各業(yè)，更在現(xiàn)代的航空、航天、軍事技術(shù)等尖端科學(xué)領(lǐng)域得到了大力的開拓和應(yīng)用。1．1．3塑料的發(fā)展簡史及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位1．1．3．1塑料的發(fā)展簡史1）初創(chuàng)階段1820年英國人ThomasHancock發(fā)現(xiàn)經(jīng)過塑煉的橡膠具有可塑性，并能流動，出現(xiàn)了塑性一詞Plastic；1839年美國人CharlasCoodyear發(fā)現(xiàn)橡膠與硫磺一起加熱會使橡膠更富有彈性，并能定型，出現(xiàn)了硫化一詞Vulcanization；1851年出現(xiàn)了有彈性的硬質(zhì)橡膠，并產(chǎn)生了橡膠工業(yè)。這不僅是橡膠工業(yè)的里程碑，而且也是塑料發(fā)展史上的重要一頁；1856年英國人AlexanderParkes發(fā)現(xiàn)在感光的火棉中，熔劑蒸發(fā)后留下的固體殘?jiān)且环N硬而有彈性的角質(zhì)物質(zhì)，并能防水。又于1862年展出了硝化纖維素塑料，為此而被授勛；1865年美國人JohnWesleyHyatt用硝化纖維素制成了代替象牙的桌球；1872年正式命名硝化纖維素加樟腦的合成材料為“賽璐珞”。這是通過有機(jī)物聚合反應(yīng)生成的第一種塑料材料，是現(xiàn)代塑料工業(yè)的里程碑。2）理論和技術(shù)發(fā)展階段1872年AdolfBayer用甲醛反應(yīng)得到樹脂狀物質(zhì)；1899年AithurSmith獲得了關(guān)于酚醛樹脂的第一個(gè)英國專利（16874號）；1909年LeeHendrikBaekeland控制和改進(jìn)反應(yīng)使得酚醛樹脂成為第一個(gè)進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)的合成樹脂；1925～1935年間，建立了有關(guān)高分子化合物特征和生成的基本理論，從而在有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了高分子化學(xué)和物理這一新興學(xué)科，有力地促進(jìn)了塑料工業(yè)的發(fā)展。這期間，低密度聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等熱塑性塑料相繼工業(yè)化，奠定了塑料工業(yè)的基礎(chǔ)。3）飛躍發(fā)展階段1954年，發(fā)現(xiàn)用TiCl3的絡(luò)合物作催化劑（齊格勒—納塔催化劑），通過定向聚合可得到優(yōu)良性能的聚合物。這一定向催化聚合工藝的創(chuàng)立、高分子學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展及聚合技術(shù)的開拓，使得高密度聚乙烯、聚丙烯進(jìn)入了工業(yè)化生產(chǎn)。50年代中期～60年代末，石油化工的高速發(fā)展為塑料工業(yè)提供了豐富而廉價(jià)的原料，這一階段，塑料的產(chǎn)量和品種不斷增加，成型加工技術(shù)更趨完善。4）穩(wěn)定增長階段70年代以來，由于石油危機(jī)和資本主義周期性的經(jīng)濟(jì)危機(jī)，原材料價(jià)格猛漲，塑料增長速度顯著下降。這一階段塑料工業(yè)的特點(diǎn)是通過各種改性技術(shù)來改進(jìn)塑料的性能，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，生產(chǎn)技術(shù)更趨合理。進(jìn)入90年代以來，塑料工業(yè)向著生產(chǎn)工藝自動化、連續(xù)化，產(chǎn)品系列化，以及不斷開拓功能性塑料的新領(lǐng)域發(fā)展。1．1．3．2塑料材料在國民經(jīng)濟(jì)中的地位高分子學(xué)科的創(chuàng)立、石油化工工業(yè)的發(fā)展、成型加工技術(shù)的開拓，已使塑料材料躋身于金屬、纖維和硅酸鹽三大傳統(tǒng)材料之列，成為新型的重要材料之一，更成為國民經(jīng)濟(jì)中各行各業(yè)不可缺少的重要材料。1．2塑料制品成型加工的概念1．2．1塑料制品的生產(chǎn)工業(yè)體系從塑料的原材料到塑料制品，所經(jīng)過的生產(chǎn)流程如下圖所示。成型加工添加劑單體成型加工添加劑單體塑料制品塑料樹脂原料塑料制品塑料樹脂原料圖1-1塑料制品的生產(chǎn)工業(yè)體系Ⅲ塑料制品生產(chǎn)Ⅱ圖1-1塑料制品的生產(chǎn)工業(yè)體系Ⅲ塑料制品生產(chǎn)Ⅱ塑料材料生產(chǎn)Ⅰ塑料原料生產(chǎn)1．2．2塑料制品的成型加工技術(shù)過程塑料一般經(jīng)過以下的生產(chǎn)工序制成產(chǎn)品。后處理前處理后處理前處理修飾塑料制品裝配機(jī)械加工成型加工塑料修飾塑料制品裝配機(jī)械加工成型加工塑料鋸沖剪車銑刨鉆鉸攻其它其它螺接嵌接焊接粘接粉料粒料溶液等鋸沖剪車銑刨鉆鉸攻其它其它螺接嵌接焊接粘接粉料粒料溶液等鍍飾印噴燙滾浸涂銼磨拋其它鍍飾印噴燙滾浸涂銼磨拋其它擠出成型擠壓燒結(jié)其它壓制燒結(jié)二次成型熱成型發(fā)泡成型涂層成型層壓成型離心成型鑄塑成型滾塑成型吹塑成型壓縮成型注射成型擠出成型擠壓燒結(jié)其它壓制燒結(jié)二次成型熱成型發(fā)泡成型涂層成型層壓成型離心成型鑄塑成型滾塑成型吹塑成型壓縮成型注射成型圖1-2塑料制品的生產(chǎn)技術(shù)過程圖1-2塑料制品的生產(chǎn)技術(shù)過程以上過程中，成型加工是最主要的。一般來說，各種塑料都需經(jīng)過多種成型工藝方法的加工才能成為產(chǎn)品，且各種塑料都有其比較適應(yīng)的成型工藝方法及過程。1．3塑料成型模具的概念1．3．1塑料模具的概念塑料模具是利用其特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的塑料制品的工藝裝備。（以注射模具為例，利用簡單結(jié)構(gòu)示意圖）其中模具基本結(jié)構(gòu)——動模、定模、型腔、流道、推出機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、溫度調(diào)節(jié)基本工作過程——合?！⑸洹骸鋮s→開模→推出制品→注射前準(zhǔn)備1．3．2塑料模具的基本要求1）保證塑料制品的質(zhì)量要求，如形狀及尺寸精度、外觀質(zhì)量；2）模具的制造技術(shù)要求，如結(jié)構(gòu)合理、制造容易、成本低廉；3）模具的使用要求，如操作簡單、維護(hù)方便、高效率、自動化；4）模具的經(jīng)濟(jì)性要求，如生產(chǎn)批量、材料成本、制造成本。1．3．3塑料模具的分類塑料模具的分類方法很多，一般按照制品的成型工藝方法進(jìn)行分類。1）注射模2）壓縮模3）壓注模4）擠出模5）氣動成型模1．5練習(xí)思考題1）什么是塑料材料？舉實(shí)例說明塑料材料在實(shí)際使用中的特點(diǎn)？2）談一談對塑料制品成型加工技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代制造業(yè)中地位的認(rèn)識？第2章塑料成型技術(shù)基礎(chǔ)2．1聚合物的概念及塑料的組成2．1．1高分子的概念2．1．1．1高分子的定義20世紀(jì)20年代，德國化學(xué)家斯陶丁格提出高分子化合物分子結(jié)構(gòu)模型，從而確立了大分子學(xué)說。他認(rèn)為，高分子是分子量特別大的一類化合物，是由很多化學(xué)結(jié)構(gòu)比較簡單的結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接成鏈狀或網(wǎng)狀的大分子，對于人工合成的則稱為高分子聚合物或聚合物。2．1．1．2分子結(jié)構(gòu)式和分子量以聚丙烯（PP）為例，其分子結(jié)構(gòu)為：[CH2—[CH2—CH]nCH3CH3其中：1）n為高分子的聚合度，應(yīng)具有足夠大的數(shù)值，否則不屬于高分子化合物。用于塑料材料的聚合物一般n值為100～200以上，分子量為104以上，分子鏈長度大于104埃；2）對于同一種聚合物，不同的生產(chǎn)批次或同一批次的不同分子之間，聚合度n值是不相同的。在同一批次的聚合物中，n值具有平均的意義，其分子量也是統(tǒng)計(jì)平均值；3）分子量的分布是聚合物的一個(gè)重要性能參數(shù)，有些特殊塑料制品對原料樹脂的分子量分布有嚴(yán)格要求，分子量的分布體現(xiàn)出原料樹脂生產(chǎn)的工藝水平。2．1．1．3分子鏈形狀和空間構(gòu)型1）分子鏈形狀是指結(jié)構(gòu)單元在空間上的連接形式及構(gòu)造形狀，具有線形、支化形和網(wǎng)形等三種形狀。2）分子鏈空間構(gòu)型是指支化形高分子或一些結(jié)構(gòu)單元具有取代基（官能團(tuán)）的聚合物分子其小支鏈或取代基（官能團(tuán)）在分子鏈上的排列狀況及構(gòu)造形式，具有無規(guī)立構(gòu)、等規(guī)立構(gòu)和間規(guī)立構(gòu)等三種構(gòu)型。3）通?；瘜W(xué)鍵的鍵能為30～200千卡/摩爾，而分子間力（小分子）一般小于10千卡/摩爾，分子間力（范德華力）對物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度等都有影響。對于聚合物分子，其強(qiáng)度是由化學(xué)鍵和分子間力（范德華力）共同決定的，聚合物分子鏈的形狀和空間構(gòu)型對分子間力有重要影響。例1無規(guī)聚丙烯（PP）的軟化溫度約為80℃，使用價(jià)值很低；等規(guī)聚丙烯（PP）的熔點(diǎn)溫度約為165℃，具有較好的使用價(jià)值。例2用于等規(guī)聚丙烯的催化劑為有名的齊格勒（德國）—納塔（意大利）催化劑，具有定向聚合作用，其對于高分子聚合物的發(fā)展作出了劃時(shí)代的貢獻(xiàn)。1955年意大利首先合成出等規(guī)聚丙烯。齊格勒和納塔于1963年獲得諾貝爾化學(xué)獎。2．1．1．4分子鏈的空間構(gòu)象和柔順性1）由于聚合物分子鏈的長徑比很大、分子鏈上單鍵的內(nèi)旋、分子的熱運(yùn)動等因素的影響，可見高分子鏈的空間構(gòu)象是千變?nèi)f化的，通常將構(gòu)象無規(guī)則變化的柔性高分子鏈稱為無規(guī)線團(tuán)。2）無規(guī)線團(tuán)在受到外力作用的時(shí)候，會沿著外力作用的方向伸展或壓縮；外力解除后，經(jīng)過一定的時(shí)間，其分子鏈的空間構(gòu)象將恢復(fù)自由，發(fā)生形態(tài)和尺寸的改變，通常將高分子的這種特性稱為柔順性。高分子鏈的柔順性取決于高分子的主鏈結(jié)構(gòu)、取代基、氫鍵、交聯(lián)度等因素的影響，通常根據(jù)其柔順性的高低分為柔性分子鏈和剛性分子鏈。2．1．2塑料的組成及分類2．1．2．1塑料的組成1）塑料材料的性能主要取決于聚合物的結(jié)構(gòu)及性能，同時(shí)決定了塑料的類型。2）塑料中添加填料和助劑的目的在于改善材料的內(nèi)在性質(zhì)和加工性質(zhì)，并達(dá)到提高制品使用性能。3）塑料不僅可通過物理改性（填料、助劑等）來改善性能，而且可以經(jīng)過共混、共聚、接枝、、交聯(lián)、定向催化等化學(xué)改性技術(shù)來進(jìn)一步增加材料的品種和擴(kuò)大制品的用途。2．1．2．2按聚合物結(jié)構(gòu)及特性分類1）熱塑性塑料是指聚合物分子呈線型或支型結(jié)構(gòu)，受熱流動且能夠成型，冷卻后能保持既得的形狀。加熱和冷卻可以反復(fù)進(jìn)行多次，在此過程中一般只發(fā)生聚集態(tài)改變等物理變化。2）熱固性塑料是指聚合物經(jīng)過加熱流動且成型后，其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生化學(xué)變化，分子鏈由線型交聯(lián)成體型結(jié)構(gòu)，且這樣的過程具有不可逆性。2．1．2．3按塑料的應(yīng)用范圍分類1）通用塑料是指產(chǎn)量很大、用途廣、價(jià)格低的塑料，構(gòu)成了塑料工業(yè)的主體。2）工程塑料是指常在工程技術(shù)中用作結(jié)構(gòu)材料的塑料，具有較好的機(jī)械性能及使用性能。3）特殊塑料是指具有某些特殊性能及用途的塑料。2．2聚合物的加工性質(zhì)及塑料的成型工藝性2．2．1聚合物的加工性質(zhì)2．2．1．1聚合物的聚集態(tài)聚合物是由眾多的高分子聚集在一起的，其在加工過程中所表現(xiàn)出的許多性質(zhì)和行為都與高分子的聚集態(tài)有關(guān)，包括高分子的長鏈結(jié)構(gòu)、纏結(jié)狀態(tài)和力學(xué)狀態(tài)等。圖2—圖2—1聚合物的熱力學(xué)曲線根據(jù)聚合物在加熱過程中所表現(xiàn)出的力學(xué)性質(zhì)和分子熱運(yùn)動特征，將聚合物分為玻璃態(tài)（或結(jié)晶態(tài)）、高彈態(tài)和粘流態(tài)，通稱聚集態(tài)，如圖2—1所示。圖中Tb——脆化溫度Tg——玻璃化溫度Tf（Tm）——粘流溫度（熔點(diǎn)溫度）Td——熱分解溫度影響聚集態(tài)轉(zhuǎn)變的因素有：高分子鏈結(jié)構(gòu)、聚合物體系組成、受力狀態(tài)、環(huán)境溫度等，當(dāng)聚合物及組成一定時(shí)，聚集態(tài)的轉(zhuǎn)變主要與溫度有關(guān)。2．2．1．2聚合物的加工性質(zhì)聚合物在加工過程中一般要經(jīng)歷由固態(tài)→液態(tài)的聚集態(tài)轉(zhuǎn)變。了解這些轉(zhuǎn)變的本質(zhì)和規(guī)律就能選擇適當(dāng)?shù)募庸し椒ê痛_定合理的加工工藝參數(shù)，在保持原有性能的條件下，以最少的能量消耗，高效率地生產(chǎn)好的塑料制品。1）玻璃態(tài)分子雜亂排列的過冷液體，對于結(jié)晶聚合物則為玻璃態(tài)與晶態(tài)的兩相混合。該聚集態(tài)不宜進(jìn)行引起大變形的加工，但可以進(jìn)行機(jī)械加工。2）高彈態(tài)分子的熱運(yùn)動能量較高，分子鏈表現(xiàn)出很好的柔順性，能產(chǎn)生較大的彈性變形，但變形與回復(fù)都與時(shí)間有關(guān)，又稱為橡膠態(tài)。該聚集態(tài)可進(jìn)行真空成型（熱成型）、壓力成型、壓延成型等加工。在加工過程中將制品溫度迅速冷卻到Tg溫度以下是實(shí)現(xiàn)這類加工的關(guān)鍵。3）粘流態(tài)分子的熱運(yùn)動能量很高，聚合物不再保持固體形狀，受力能產(chǎn)生流動，但粘性很大。溫度偏低時(shí)表現(xiàn)出類橡膠流動行為；溫度偏高時(shí)不大的外力就能引起宏觀流動，表現(xiàn)為不可逆的粘性形變。該聚集態(tài)溫度偏低時(shí)可進(jìn)行壓延成型、擠出成型、吹塑成型等加工；溫度偏高時(shí)可進(jìn)行吹塑成型、注射成型、熔融紡絲等加工。在加工后只要將制品溫度冷卻下來就可以實(shí)現(xiàn)這類加工。綜合以上，可以得知：1）對于大多數(shù)塑料而言，玻璃態(tài)是制品的使用狀態(tài)，Tb溫度和Tg溫度是衡量制品使用范圍的重要標(biāo)志，Tb～Tg溫度范圍越寬，制品對環(huán)境的適應(yīng)性越強(qiáng)。可以通過增塑、共混、改變分子量及其分布、交聯(lián)和填充無機(jī)填料等技術(shù)來調(diào)整使用溫度范圍。2）Tf（Tm）溫度和Td溫度是衡量制品成型性能的重要指標(biāo)，Tf（Tm）溫度低，有利于熔融，生產(chǎn)時(shí)熱能消耗少；Tf（Tm）～Td溫度范圍越寬，塑料熔體的熱穩(wěn)定性越好，可在較寬的溫度范圍內(nèi)流動和成型，不易發(fā)生熱分解等質(zhì)量問題。2．2．1．3聚合物加工過程中的粘彈行為1）聚合物粘彈性由于聚合物在加工過程中處于不同的條件下會表現(xiàn)出固體和液體的性質(zhì)，即表現(xiàn)出彈性和粘性。但由于聚合物分子的長鏈結(jié)構(gòu)和大分子運(yùn)動的逐步性質(zhì)，聚合物的形變和流動不可能是純彈性或純粘性的，而應(yīng)是彈性和粘性的綜合，即為粘彈性的。2）經(jīng)典的粘彈性理論如下式所示：式中γ——聚合物的總形變γE——普通彈性形變γH——高彈形變γV——粘性形變σ——作用外力t——外力作用時(shí)間E1、E2——普通彈性形變模量、高彈形變模量η2、η3——高彈形變粘度、粘性形變粘度3）三種形變的性質(zhì)如圖2—2所示，概述如下：普通彈性形變γE——形變值很小，且不依賴于時(shí)間，是由外力使聚合物大分子鍵長和鍵角或聚合物晶體中處于平衡狀態(tài)的粒子間發(fā)生形變和位移所引起。圖2—2聚合物在外力作用下的形變—時(shí)間曲線γ圖2—2聚合物在外力作用下的形變—時(shí)間曲線γEγVγHγE高彈形變γH——形變值很大，且依賴于時(shí)間，具有可逆性，是由處于無規(guī)則熱運(yùn)動的大分子鏈段的形變和位移即空間構(gòu)象的改變所引起。粘性形變γV——形變值很大，表現(xiàn)為宏觀流動，具有不可逆性，是聚合物在外力作用下沿力作用方向發(fā)生的大分子之間的解纏和相對滑移所引起。4）在加工過程中，聚合物的粘彈性行為概述如下：溫度變化時(shí)——如溫度升高時(shí)，由粘彈性公式可知，η2、η3降低，γH、γV增加，但γV增加得更快，而γH增加趨勢減小。溫度高于Tf（Tm）時(shí)——聚合物處于粘流態(tài)，形變以粘性形變?yōu)橹?。此時(shí)聚合物粘度低流動性大，易于成型，制品的因次穩(wěn)定性（形狀和幾何尺寸穩(wěn)定性）較好。另一方面由于彈性效應(yīng)的存在，制品會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和后變形等質(zhì)量問題。溫度處于Tg～Tf范圍內(nèi)時(shí)——聚合物處于高彈態(tài)，形變以高彈形變?yōu)橹?。此時(shí)聚合物粘度高不易流動，且由于高彈形變的可逆性，因此通常較少在此溫度范圍內(nèi)成型制品。另一方面由粘彈性公式可知，當(dāng)外力σ加大和外力作用時(shí)間t增加時(shí)，γV比γH能更快地迅速增加，粘性形變成分增大，使制品能夠產(chǎn)生有效的成型變形，如果此時(shí)將溫度迅速地冷卻到Tg溫度以下，則可使制品達(dá)到成型的目的，但制品的因次穩(wěn)定性低，遇熱極易變形。5）聚合物塑性形變是指聚合物在Tg～Tf溫度范圍內(nèi)以較大的外力和較長時(shí)間作用下產(chǎn)生的不可逆形變，其實(shí)質(zhì)是高彈態(tài)條件下大分子的強(qiáng)制性解纏和流動。是一種重要的聚合物加工技術(shù)，可有效地降低在此溫度范圍內(nèi)成型制品的內(nèi)應(yīng)力，并能提高制品的因次穩(wěn)定性。例1塑料制品的應(yīng)力松弛現(xiàn)象及溫度和時(shí)間的等同效應(yīng)？例2塑料或橡膠制品的消音、減震現(xiàn)象？2．2．2塑料的成型工藝性塑料的成型工藝性是指塑料材料在成型過程中表現(xiàn)出的特有性能，決定著成型工藝方法、工藝參數(shù)的選擇和塑件的質(zhì)量，同時(shí)對模具設(shè)計(jì)及其質(zhì)量要求影響很大。2．2．2．1熱塑性塑料的工藝性熱塑性塑料的成型工藝性能除了熱力學(xué)性能（聚集態(tài)及加工性質(zhì)）、結(jié)晶性和取向性外，還包括收縮性、流動性、相容性、吸濕性、熱穩(wěn)定性等。1）收縮性是指一定量的塑料在熔融狀態(tài)下的體積高于冷卻成型后的體積。收縮率是指收縮性的大小，以單位長度塑件收縮量的百分比來表示。實(shí)際收縮率是指模具（或塑件）在成型溫度時(shí)的尺寸與塑件在室溫時(shí)的尺寸之間的差別，在大型、精密模具成型零件尺寸計(jì)算時(shí)經(jīng)常采用。計(jì)算收縮率是指室溫時(shí)模具尺寸與塑件尺寸之間的差別，在普通中、小模具成型零件尺寸計(jì)算時(shí)經(jīng)常采用。收縮率范圍是指影響塑料收縮率變化的因素較多，如塑料品種、塑件結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)、成型工藝條件等，因此塑料制品收縮率會有一定的波動范圍。2）流動性是指成型過程中塑料熔體在一定的溫度與壓力作用下充填模具型腔的能力。流動性能通常用熔融指數(shù)（MI）測定法或螺旋線長度試驗(yàn)法來衡量，一般分為好、中、差三類。其影響因素主要有塑料性質(zhì)、溫度、壓力、模具結(jié)構(gòu)等。3）熱穩(wěn)定性是指某些塑料在高溫下受熱時(shí)間較長或因剪切作用過大時(shí)產(chǎn)生的料溫升高而出現(xiàn)的變色、降解和分解的傾向，又稱為塑料的熱敏性。塑料在分解時(shí)往往釋放出對塑料材料、設(shè)備、模具及人體都有害的氣體等產(chǎn)物，因此應(yīng)從多方面采取措施防止塑料產(chǎn)生熱分解。4）吸濕性是指塑料對水分的親疏程度，是由于其分子結(jié)構(gòu)中含有親水的極性基因（如酰胺基）所導(dǎo)致，另外還與塑料的組成有關(guān)。含水率較高的塑料在加工時(shí)會釋放出氣體，促使塑料產(chǎn)生高溫水解，從而導(dǎo)致材料降解，制品出現(xiàn)變色、氣泡、銀絲與斑紋等質(zhì)量問題。因此塑料在成型加工前，一般要經(jīng)過干燥，控制水分含量在0.2%～0.5%以下。5）相容性是指兩種或兩種以上不同的塑料在熔融狀態(tài)下不產(chǎn)生相分離現(xiàn)象的能力，又稱為塑料的共混性。一般分子結(jié)構(gòu)相似者較易相容，可以得到類似共聚物的綜合性能，是改進(jìn)塑料性能的重要途徑之一。2．2．2．2熱固性塑料的工藝性熱固性塑料在熱力學(xué)性能上的表現(xiàn)明顯不同于熱塑性塑料，其主要工藝性能指標(biāo)有收縮率、流動性、比容和壓縮率、硬化速度、水分及揮發(fā)物含量等。1）收縮率的意義同熱塑性塑料類同，計(jì)算方法也與熱塑性塑料相同。影響熱固性塑料收縮率的因素較多，一般可從模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、成型工藝條件控制等方面降低制品的收縮率。2）流動性的意義同熱塑性塑料類同。熱固性塑料的流動性能通常用拉西格流動值來衡量，一般分為好、中、差三類。其影響因素主要有塑料性質(zhì)、模具結(jié)構(gòu)、成型工藝條件等。3）比容是指單位重量的松散塑料所占的體積。壓縮率是指塑料的體積與塑料制品的體積之比。比容和壓縮率都可表示粉狀或纖維狀塑料的松散性，可用來確定模具加料室的大小。4）硬化速度是指一定量的熱固性塑料在成型過程中完成交聯(lián)反應(yīng)所需的時(shí)間，通常以塑料試樣硬化1mm厚度所需的秒數(shù)來表示。硬化速度的快慢與塑料品種、制品形狀、壁厚、預(yù)熱及預(yù)壓、成型工藝條件控制等因素有關(guān)。5）水分及揮發(fā)物含量主要來自塑料吸收的水分和在成型反應(yīng)過程中釋放出的副產(chǎn)物。塑料中的水分及揮發(fā)物含量在很大程度上直接影響塑件的物理、力學(xué)和介電性能，還會影響組織疏松、收縮率大小、表面光澤、翹曲變形等質(zhì)量問題。另一方面水分及揮發(fā)物含量不足會導(dǎo)致流動性不良、成型困難、不利于壓錠等問題。2．3聚合物加工過程的物理化學(xué)變化2．3．1聚合物加工過程中的結(jié)晶2．3．1．1聚合物結(jié)晶的概念1）一般，支化程度低、側(cè)基較小、結(jié)構(gòu)單元單一、分子鏈規(guī)整性較好的高分子比較容易結(jié)晶，表現(xiàn)為分子鏈在空間上的規(guī)整排列。2）聚合物熔體冷卻結(jié)晶時(shí)通常生成球晶，在高應(yīng)力的作用下還能生成纖維狀晶體。球晶是由無數(shù)微晶聚集而成的多晶聚集體，微晶（單晶）的結(jié)晶形態(tài)為“折疊鏈”結(jié)構(gòu)3）結(jié)晶聚合物為晶區(qū)和非晶區(qū)兩相混合結(jié)構(gòu)，各個(gè)分子鏈貫穿多個(gè)晶區(qū)和非晶區(qū)，結(jié)晶度一般為10～60%，最大可達(dá)90%。4）結(jié)晶速度慢，結(jié)晶具有不完全性，結(jié)晶聚合物沒有清晰的熔點(diǎn)是大多數(shù)聚合物結(jié)晶的基本特點(diǎn)。5）不同聚合物結(jié)晶速度差別很大，決定于聚合物分子結(jié)構(gòu)、相組成及冷卻速度，晶體生成最大速率在Tg～Tm之間。6）聚合物中所含的低分子物（溶劑、增塑劑、水分子等）及固體雜質(zhì)（或固體填料）會影響聚合物的結(jié)晶過程，一般能起促進(jìn)作用。7）二次結(jié)晶是在一次結(jié)晶后殘留的非晶區(qū)域和晶體不完整部分繼續(xù)進(jìn)行結(jié)晶和進(jìn)一步完整化結(jié)晶的過程。8）后結(jié)晶是聚合物加工過程中一部分來不及結(jié)晶的區(qū)域在加工后發(fā)生的繼續(xù)結(jié)晶現(xiàn)象，一般發(fā)生在球晶的界面上。2．3．1．2聚合物結(jié)晶對制品性能的影響1）聚合物結(jié)晶時(shí)分子鏈排列緊密，體積收縮，密度增加，造成分子間結(jié)合力增強(qiáng)，力學(xué)性能和熱性能得到提高；而與分子鏈運(yùn)動有關(guān)的性能，如高彈性、伸長率、沖擊韌性則降低；另外收縮率增大還會使制品的透明度降低。2）非晶區(qū)域的存在使聚合物具有韌性，而結(jié)晶區(qū)域則使聚合物具有剛硬性，聚合物的性能取決于兩相的綜合及分布狀況。3）二次結(jié)晶和后結(jié)晶都會使制品性能和尺寸在使用和存放中發(fā)生變化，影響制品的正常使用。2．3．1．3聚合物成型加工對結(jié)晶的影響1）冷卻速度決定了晶核生成和晶體生長的條件，影響聚合物在加工過程中能否形成結(jié)晶、結(jié)晶的速度、晶體的形態(tài)和尺寸等，而冷卻速度取決于熔體溫度Tm與冷卻介質(zhì)溫度Tc之間的溫度差，即ΔT=Tm–Tc。根據(jù)ΔT的大小，將制品的冷卻分為緩冷、快冷、中等冷卻等三種類型。緩冷時(shí)，ΔT值小，結(jié)晶通常由均相成核作用開始，容易形成大的球晶，生產(chǎn)周期長，制品發(fā)脆，力學(xué)性能降低，冷卻程度不夠還易使制品扭曲變形，一般很少采用?？炖鋾r(shí)，ΔT值大，結(jié)晶程度降低，制品體積明顯松散，但厚制品內(nèi)部的結(jié)晶程度相對較大，這種內(nèi)外的不均勻性會引起制品中出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)未結(jié)晶的過冷液體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，會產(chǎn)生后結(jié)晶等問題，影響制品的性能。中等冷卻時(shí)，即冷卻介質(zhì)溫度Tc處于Tg附近溫度時(shí)，此時(shí)制品的表面較快凝固，結(jié)晶的晶粒較細(xì)，而內(nèi)部相對有利于晶核生成和晶體生長，但晶核生成數(shù)量與晶體生長速率之間的比例關(guān)系較好，生產(chǎn)周期較短，晶體生長好，結(jié)晶較完整，制品的因次穩(wěn)定性較好，因此在制品成型加工中經(jīng)常采用。2）熔融溫度和熔融時(shí)間較長時(shí)，會使結(jié)晶速度較慢，晶粒尺寸變大；相反使則結(jié)晶速度變快，晶粒尺寸較細(xì)，有利于提高制品的力學(xué)強(qiáng)度、耐磨性和熱畸變溫度等性能指標(biāo)。3）成型加工中受到高應(yīng)力的作用時(shí)，熔體取向產(chǎn)生的誘發(fā)成核作用使晶核生成數(shù)量和結(jié)晶速度趨向于有利。4）成型加工后常采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砀纳平Y(jié)晶的狀態(tài)，穩(wěn)定制品的性能和尺寸。2．3．2聚合物加工過程中的取向2．3．2．1聚合物取向的概念1）通常有兩種情況，一種是聚合物熔體或濃溶液中大分子鏈段和其中固體纖維狀填料在剪切流動時(shí)會順著流動的方向作平行排列的流動取向；另一種是聚合物在Tg～Tf溫度范圍內(nèi)成型時(shí)大分子鏈段或微晶等結(jié)構(gòu)組織沿著外力拉伸方向作平行排列的拉伸取向。2）聚合物熔體流動時(shí)，一方面剪切應(yīng)力的存在對大分子鏈段產(chǎn)生取向作用，另一方面由于分子的熱運(yùn)動必然對取向的大分子鏈段存在著解取向作用。3）聚合物成型時(shí)的流動取向與制品形狀和澆口位置等因素有關(guān)，多數(shù)情況下大分子鏈段和其中纖維狀填料的取向往往是單軸取向和雙軸取向（或平面取向）的綜合。4）聚合物的分子鏈結(jié)構(gòu)、分子量、柔順性和所含的低分子物（溶劑、增塑劑等）等對聚合物的取向和解取向作用都有較大的影響，從而使制品取向結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生差異。2．3．2．2聚合物取向?qū)χ破沸阅艿挠绊?）聚合物成型中的取向使制品出現(xiàn)力學(xué)的各向異性，一般注射制品中熔體流動方向的抗張強(qiáng)度約為垂直于流動方向的1～3倍，沖擊強(qiáng)度約為1～10倍。2）聚合物產(chǎn)生平面取向時(shí)制品的力學(xué)各向異性與相互垂直的兩個(gè)方向的拉伸倍數(shù)有關(guān)，平面取向改善了單軸取向的各向力學(xué)差異程度，提高了制品的使用性能。3）聚合物取向的程度對大分子間的作用力、軟化溫度、熱收縮率、線膨脹系數(shù)等產(chǎn)生較明顯的影響。如高取向高結(jié)晶聚合物的Tg溫度約可升高20～30℃；垂直于取向的線膨脹系數(shù)約大于取向方向的3倍。4）由取向而導(dǎo)致的性能各向異性一般對制品的使用是不利的，往往會使制品產(chǎn)生變形、翹曲或裂紋等質(zhì)量問題，但另一方面對制品的結(jié)構(gòu)受力等又產(chǎn)生積極的影響，因此在制品結(jié)構(gòu)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮這些因素而加以利用。2．3．2．3聚合物成型加工對取向的影響1）聚合物成型溫度對大分子的取向及解取向有著矛盾的作用，最終的有效取向取決于這兩個(gè)過程的平衡條件以及是否能將取向結(jié)構(gòu)凍結(jié)下來，其中結(jié)晶聚合物的取向結(jié)構(gòu)較易凍結(jié)。2）非結(jié)晶聚合物在成型條件下由于制品表層和中心的取向及解取向的程度差異，一般只在制品次表面層產(chǎn)生程度很高的取向，次表面層的深度與流動距離有關(guān)，一般距表面約0.2～0.8mm。3）結(jié)晶聚合物在成型條件下的流動取向與結(jié)晶過程密切相關(guān)，二者相互作用、相互影響。4）聚合物在Tg～Tf溫度范圍內(nèi)的拉伸取向應(yīng)以使聚合物產(chǎn)生連續(xù)均勻的塑性形變?yōu)樵瓌t。各種聚合物的拉伸比和其結(jié)構(gòu)及物理性能有關(guān)，一般非結(jié)晶聚合物約為1.5～3.5，高結(jié)晶聚合物約為5～10，多數(shù)約為4～5。5）聚合物中的固體纖維狀填料在模具型腔內(nèi)的流動行為較為復(fù)雜，但其取向結(jié)構(gòu)主要與流動方向保持一致，因此設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)對制品方向布置及澆口開設(shè)位置等進(jìn)行充分考慮，對取向產(chǎn)生有利的影響。6）成型加工后采用適當(dāng)?shù)臒崽幚聿粌H影響聚合物結(jié)晶的狀態(tài)，還能對大分子的解取向和解除凍結(jié)的內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生作用，進(jìn)一步改善和穩(wěn)定制品的性能。2．3．3聚合物加工過程中的化學(xué)變化2．3．3．1聚合物的降解1）聚合物降解是指聚合物在成型過程中，由于受到高溫、應(yīng)力等外部條件或聚合物中微量的水分、酸、堿以及空氣中氧氣的作用，導(dǎo)致聚合物大分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、分子量降低、性能變壞的現(xiàn)象。2）聚合物降解的實(shí)質(zhì)表現(xiàn)為分子斷鏈、交聯(lián)、鏈結(jié)構(gòu)變化、側(cè)基改變以及它們的綜合作用。3）聚合物降解的現(xiàn)象表現(xiàn)為變色、氣泡、流紋、各種物理及力學(xué)性能的削弱、焦化。4）聚合物降解的影響因素有：聚合物結(jié)構(gòu)、體系組成、雜質(zhì)、溫度、應(yīng)力、水分、酸、堿、氧氣。在成型加工過程中，往往由多種因素綜合作用引起聚合物的降解，其中高溫?zé)峤到馐侵饕问健?）聚合物降解的避免措施主要有：使用合格原料、嚴(yán)格干燥、確定合理加工工藝、保持良好的設(shè)備和模具的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、使用穩(wěn)定劑等添加劑。2．3．3．2聚合物的交聯(lián)1）聚合物交聯(lián)是指聚合物由線型分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)的化學(xué)反應(yīng)。2）聚合物交聯(lián)的實(shí)質(zhì)表現(xiàn)為分子鏈中帶有的反應(yīng)基團(tuán)及反應(yīng)活點(diǎn)和添加的交聯(lián)劑（硬化劑）相互間的連接作用。在加工反應(yīng)過程中，已經(jīng)發(fā)生連接作用的反應(yīng)基團(tuán)和活點(diǎn)對原有反應(yīng)基團(tuán)和活點(diǎn)的比值稱為交聯(lián)度。3）聚合物交聯(lián)的結(jié)果表現(xiàn)為聚合物的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、制品的因次穩(wěn)定性等均有所提高。4）聚合物交聯(lián)的影響因素有：加熱溫度、硬化時(shí)間、反應(yīng)基團(tuán)及活點(diǎn)、應(yīng)力。在成型加工過程中，由于多種因素的影響，交聯(lián)反應(yīng)難以完全進(jìn)行。5）聚合物的交聯(lián)反應(yīng)程度在制品成型加工過程中表現(xiàn)為“欠熟”和“過熟”，應(yīng)嚴(yán)格控制工藝條件，使交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行到最為適宜的程度，可使制品的物理—力學(xué)性能等達(dá)到最佳狀態(tài)。2．4聚合物的流變性質(zhì)流變學(xué)是研究物質(zhì)形變與流動的一門科學(xué)。聚合物流變學(xué)主要研究應(yīng)力作用下的高分子材料產(chǎn)生彈性、塑性和粘性形變的行為以及研究這些行為與各種因素（聚合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、聚合物體系組成、溫度、力的大小、力作用方式、作用時(shí)間等）之間的相互關(guān)系。由于流動與形變是一般聚合物加工過程最基本的工藝特征，因此聚合物流變學(xué)的研究對聚合物加工有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。聚合物流變是一門半經(jīng)驗(yàn)的物理科學(xué)，其概念已經(jīng)成為聚合物成型加工理論的重要組成部分，對材料的選擇和使用、加工時(shí)最佳工藝條件的確定、加工設(shè)備、成型模具的設(shè)計(jì)以及提高產(chǎn)品質(zhì)量等都有極重要的指導(dǎo)作用。液體的流動和形變都是在受應(yīng)力作用的條件下得以實(shí)現(xiàn)的，重要的應(yīng)力有剪切應(yīng)力τ、拉伸應(yīng)力σ、流體靜壓力p三種，其中剪切應(yīng)力τ對聚合物的成型最為重要。液體流動時(shí)處于層流還是湍流以雷諾數(shù)（Re）為準(zhǔn)，當(dāng)Re<2100～4000為層流。由于聚合物熔體或分散體的雷諾數(shù)通常較小，因此流動時(shí)基本上處于層流狀態(tài)。材料受力后產(chǎn)生的幾何形狀的改變稱為應(yīng)變。單位時(shí)間內(nèi)的應(yīng)變稱為應(yīng)變速率，如果應(yīng)變是由剪切應(yīng)力τ引起的切應(yīng)變γ，則稱為剪切速率，表示為2．4．1牛頓流體及其流變方程1）液體在管道中處于層流狀態(tài)流動時(shí)，可將其視為一層層彼此相鄰且完全平行的薄層液體沿外力（剪切應(yīng)力τ）作用方向進(jìn)行的相對滑移。2）液層間的粘性阻力、管壁的摩擦力等因素使相鄰薄層液體在移動方向上存在著速度差，液層間單位距離內(nèi)的速度差稱為速度梯度，表示為，單位S-1。3）由下式可知速度梯度和剪切速率在數(shù)值上相等，因此可用剪切速率（單位S-1）來表示液體的流動形變。4）1687年牛頓（Newton）在研究低分子液體的流動行為時(shí)，發(fā)現(xiàn)了層流液體的牛頓流動定律，可用牛頓流變方程表示為式中η（單位Pa·S）稱為牛頓粘度，是液體自身固有的屬性，反映了液體的粘稠度。不同液體的η值也不相同，與其分子結(jié)構(gòu)及溫度有關(guān)。5）牛頓流體是指液體層流時(shí)符合牛頓流動定律的液體，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；應(yīng)變具有不可逆性，應(yīng)力解除后應(yīng)變以永久變形保持下來。牛頓流體的流動表現(xiàn)為純粘性流動，范圍為低分子化合物的液體或溶液以及氣體等。6）流動曲線是指對流體在不同溫度下以τ～或η～作圖所得到的曲線，其反映了流體的性質(zhì)。例1以τ～或η～作圖繪制牛頓流體的流動曲線。2．4．2非牛頓流體及其流變方程1）非牛頓流體是指液體層流時(shí)不符合牛頓流動定律的液體，其特征為應(yīng)變隨應(yīng)力作用的時(shí)間不呈比例關(guān)系，液體粘度ηa（稱為非牛頓粘度或表觀粘度）不是常數(shù)；應(yīng)變具有粘彈性特征，流動中包含著不可逆形變和可逆形變兩部分。牛頓流體的流動表現(xiàn)為粘彈性流動，范圍為高分子聚合物的熔體及溶液等。2）聚合物加工時(shí)大多處于中等剪切速率范圍（=10～104S-1），此時(shí)大多數(shù)聚合物熔體或溶液的流動行為都表現(xiàn)為非牛頓流體。3）聚合物熔體的流動曲線是指對聚合物熔體或溶液在不同溫度下以τ～或ηa～作圖所得到的曲線，是確定加工工藝及加工條件所不可缺少的依據(jù)。例1以τ～或ηa～作圖繪制非牛頓流體的流動曲線。4）根據(jù)聚合物熔體的流動曲線可將聚合物液體分為假塑性液體、膨脹性液體等，其中假塑性液體較為常見，以大分子形狀不對稱和分子鏈剛性較大的聚合物表現(xiàn)最為顯著。5）非牛頓流體的流變方程表示為式中ηa（單位Pa·S）稱為表觀粘度（或剪切粘度），反映了非牛頓液體在外力作用下抵抗剪切變形的能力，其與流體性質(zhì)及溫度有關(guān)，另外還受剪切速率的影響。6）聚合物液體在給定剪切速率下的表觀粘度ηa主要由大分子的長鏈結(jié)構(gòu)和纏結(jié)和聚合物液體內(nèi)的自由體積兩方面因素決定。凡是能減少分子鏈纏結(jié)作用的因素都能加速大分子的鏈運(yùn)動并導(dǎo)致聚合物液體的粘度降低；另一方面凡是能引起聚合物液體內(nèi)的自由體積增加的因素都能活躍大分子的鏈運(yùn)動并導(dǎo)致聚合物液體的粘度降低。其它各種環(huán)境因素如溫度、應(yīng)力、應(yīng)變速率、低分子物質(zhì)（溶劑等）以及聚合物自身的結(jié)構(gòu)和體系組成等對表觀粘度ηa的影響，大都能用這兩方面因素來進(jìn)行解釋。2．4．3聚合物加工過程對熔體流變性質(zhì)的影響2．4．3．1加工時(shí)剪切速率的影響1）多數(shù)聚合物熔體的流動特征表現(xiàn)為假塑性流體，即當(dāng)剪切速率增加時(shí)，熔體的粘度隨之下降，但不同種類的聚合物對剪切速率變化的敏感程度確是不一樣的。2）粘度對剪切速率的敏感性可用給定溫度下剪切速率為100S-1和1000S-1時(shí)的粘度比來表示，即為/。3）粘度對剪切速率的敏感性與聚合物的分子結(jié)構(gòu)、分子量、體系組成等因素有關(guān)。一般聚合物分子鏈的柔性大、分子間力小時(shí)，其粘度對剪切速率的敏感性就越大，如PE、PS、PP、PVC等。4）在成型加工中，通常選擇粘度對剪切速率敏感性小的區(qū)域進(jìn)行，此時(shí)剪切速率的波動對塑料制品的質(zhì)量影響不大。5）聚合物成型加工常用的剪切速率范圍為壓縮成型1～10S-1、混煉與壓延成型10～102S-1、壓注成型102～103S-1、擠出成型10～103S-1、注射成型103～105S-1。2．4．3．2加工溫度的影響1）對于溫度大于Tg以上的聚合物，一般其熔體的粘度隨著溫度的升高而呈指數(shù)函數(shù)的方式降低，表示為式中——聚合物熔體溫度為T1時(shí)的粘度——聚合物熔體溫度為T2時(shí)的粘度——粘度常數(shù)（在溫度范圍不超過50℃時(shí)，由實(shí)驗(yàn)測定）2）粘度對溫度的敏感性可用給定剪切速率下T1與T2相差40℃時(shí)的粘度比來表示，即為/。3）粘度對溫度的敏感性與聚合物的分子結(jié)構(gòu)、分子量及其分布等因素有關(guān)。一般聚合物分子鏈的剛性與分子間力越大時(shí)，其粘度對溫度的敏感性就越大，如PC、PMMA、PA66等。4）通常任何聚合物在加工溫度下長時(shí)間受熱都會導(dǎo)致不同程度的降解，因此必須考慮加熱時(shí)間對粘度的影響。2．4．3．3成型壓力的影響1）通常在受到100個(gè)大氣壓作用時(shí)，各種聚合物體積減小不超過1%。但在150℃溫度以上加工時(shí)聚合物熔體受壓常達(dá)到50～300MPa，此時(shí)聚合物體積的減小量明顯增加，導(dǎo)致其粘度隨之增大。2）不同聚合物對于壓力的敏感性是不同的，其與聚合物的分子結(jié)構(gòu)、分子量等因素有關(guān)。3）在加工過程中通過增加壓力和降低溫度，都能獲得同樣的粘度變化效果，稱為壓力—溫度等效性，如壓力達(dá)到1000大氣壓時(shí)，熔體粘度的變化相當(dāng)于降低30～50℃溫度所產(chǎn)生的作用。4）單純通過增加成型壓力來提高聚合物熔體的流動性是不適當(dāng)?shù)?，還會對設(shè)備造成損害并使功率消耗過大。因此應(yīng)綜合考慮塑料制品的質(zhì)量、設(shè)備及模具的性能、生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性等因素，確保加工時(shí)具有最佳的成型溫度及成型壓力。2．4．3．4熱塑性聚合物流變曲線的應(yīng)用1）根據(jù)流變曲線確定合理的工藝參數(shù)2）根據(jù)流變曲線采用低溫充模工藝2．4．3．5熱固性聚合物流變曲線的應(yīng)用2．4．4聚合物熔體在模內(nèi)的流動行為2．4．4．1端末效應(yīng)2．4．4．2失穩(wěn)流動和熔體破裂2．4．4．3聚合物熔體的充模流動2．5常用塑料及其性能2．5．1塑料的性能2．5．2熱塑性塑料2．5．2．1聚乙烯（PE）1．基本特性聚乙烯塑料是塑料工業(yè)中產(chǎn)量最大的品種。按聚合時(shí)采用的壓力方式不同可分為高壓、中壓和低壓三種。低壓聚乙烯的分子鏈上支鏈較少，相對分子質(zhì)量、結(jié)晶度和密度較高（故又稱高密度聚乙烯），所以比較硬、耐磨、耐蝕、耐熱及絕緣性較好。高壓聚乙烯分子帶有許多支鏈，因而相對分子質(zhì)量較小，結(jié)晶度和密度較低（故稱低密度聚乙烯），且具有較好的柔軟性、耐沖擊性及透明性。聚乙烯無毒、無味、呈乳白色。密度為0.91～0.96g／cm3，有一定的機(jī)械強(qiáng)度，但和其他塑料相比機(jī)械強(qiáng)度低，表面硬度差。聚乙烯的絕緣性能優(yōu)異，常溫下聚乙烯不溶于任何一種已知的溶劑，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何濃度的其他酸以及各種濃度的堿、鹽溶液。聚乙烯有高度的耐水性，長期與水接觸其性能可保持不變。其透水氣性能較差，而透氧氣和二氧化碳以及許多有機(jī)物質(zhì)蒸氣的性能好。在熱、光、氧氣的作用下會產(chǎn)生老化和變脆。一般高壓聚乙烯的使用溫度約在80℃左右，低壓聚乙烯為100℃左右。聚乙烯能耐寒，在-60℃時(shí)仍有較好的力學(xué)性能，-70℃時(shí)仍有一定的柔軟性。2．主要用途低壓聚乙烯可用于制造塑料管、塑料板、塑料繩以及承載不高的零件，如齒輪、軸承等；高壓聚乙烯常用于制作塑料薄膜、軟管。塑料瓶以及電氣工業(yè)的絕緣零件和包覆電纜等。3．成型特點(diǎn)聚乙烯成型時(shí)，在流動方向與垂直方向上的收縮差異較大，注射方向的收縮率大于垂直方向的收縮率，易產(chǎn)生變形，并使塑件澆口周圍部位的脆性增加；聚乙烯收縮率的絕對值較大，成型收縮率也較大，易產(chǎn)生縮孔；冷卻速度慢，必須充分冷卻，且冷卻速度要均勻；質(zhì)軟易脫模，塑件有淺的側(cè)凹時(shí)可強(qiáng)行脫模。2．5．2．2聚丙烯（PP）1．基本特性聚丙烯無色。無味、無毒。外觀似聚乙烯，但比聚乙烯更透明更輕。密度僅為0.90～0.91g／cm3。它不吸水，光澤好，易著色。屈服強(qiáng)度、抗拉、抗壓強(qiáng)度和硬度及彈性比聚乙烯好。定向拉伸后聚丙烯可制作銳鏈，有特別高的抗彎曲疲勞強(qiáng)度。如用聚丙烯注射成型一體鉸鏈（蓋和本體合一的各種容器），經(jīng)過7*1O7次開閉彎折未產(chǎn)生損壞和斷裂現(xiàn)象。聚丙烯熔點(diǎn)為164～170℃，耐熱性好，能在100℃以上的溫度下進(jìn)行消毒滅菌。其低溫使用溫度達(dá)-15℃，低于-35℃時(shí)會脆裂。聚丙烯的高頻絕緣性能好。因不吸水，絕緣性能不受濕度的影響。但在氧、熱、光的作用下極易解聚、老化，所以必須加入防老化劑。2．主要用途聚丙烯可用作各種機(jī)械零件如法蘭、接頭、泵葉輪、汽車零件和自行車零件。作水、蒸汽、各種酸堿等的輸送管道，化工容器和其他設(shè)備的襯里。表面涂層。制造蓋和本體合一的箱殼，各種絕緣零件，并用于醫(yī)藥工業(yè)中。3．成型特點(diǎn)成型收縮范圍大，易發(fā)生縮孔、凹痕及變形；聚丙烯熱容量大，注射成型模具必須設(shè)計(jì)能充分進(jìn)行冷卻的冷卻回路；聚丙烯成型的適宜模溫為80℃左右，不可低于50℃，否則會造成成型塑件表面光澤差或產(chǎn)生熔接痕等缺陷。溫度過高會產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象。2．5．2．3聚氯乙烯（PVC）1．基本特性聚氯乙烯是世界上產(chǎn)量最大的塑料品種之一。聚氯乙烯樹脂為白色或淺黃色粉末。根據(jù)不同的用途可以加人不同的添加劑，使聚氯乙烯塑件呈現(xiàn)不同的物理性能和力學(xué)性能。在聚氯乙烯樹脂中加入適量的增塑劑，就可制成多種硬質(zhì)、軟質(zhì)和透明制品。純聚氯乙烯的密度為1.4g／cm3，加入了增塑劑和填料等的聚氯乙烯塑件的密度一般在1.15～2.00g／cm3范圍內(nèi)。硬聚氯乙烯不含或含有少量的增塑劑，有較好的抗拉、抗彎、抗壓和抗沖擊性能，可單獨(dú)用作結(jié)構(gòu)材料。軟聚氯乙烯含有較多的增塑劑，它的柔軟性、斷裂伸長率、耐寒性增加，但脆性、硬度、抗拉強(qiáng)度降低。聚氯乙烯有較好的電氣絕緣性能，可以用作低頻絕緣材料。其化學(xué)穩(wěn)定性也較好。但聚氯乙烯的熱穩(wěn)定性較差，長時(shí)間加熱會導(dǎo)致分解，放出氯化氫氣體，使聚乙烯變色。其應(yīng)用溫度范圍較窄，一般在-15～55℃之間。2．主要用途由于聚氯乙烯的化學(xué)穩(wěn)定性高，所以可用于防腐管道、管件、輸油管、離心泵、鼓風(fēng)機(jī)等。聚氯乙烯的硬板廣泛用于化學(xué)工業(yè)上制作各種貯槽的襯里、建筑物的瓦楞板、門窗結(jié)構(gòu)。墻壁裝飾物等建筑用材。由于電氣絕緣性能優(yōu)良而在電氣、電子工業(yè)中，用于制造插座。插頭、開關(guān)、電纜。在日常生活中，用于制造涼鞋、雨衣、玩具、人造革等。3．成型特點(diǎn)聚氯乙烯在成型溫度下容易分解放出氯化氫。所以必須加入穩(wěn)定劑和潤滑劑，并嚴(yán)格控制溫度及熔料的滯留時(shí)間；不能用一般的注射成型機(jī)成型聚氯乙烯，因?yàn)榫勐纫蚁┠蜔嵝院蛯?dǎo)熱性不好，用一般的注射機(jī)將料筒內(nèi)的物料溫度加熱到166～193℃時(shí)會引起分解。應(yīng)采用帶預(yù)塑化裝置的螺桿式注射機(jī)；模具澆注系統(tǒng)應(yīng)粗短，進(jìn)料口截面宜大，模具應(yīng)有冷卻裝置。2．5．2．4聚苯乙烯（PS）1．基本特性聚苯乙烯是僅次于聚氯乙烯和聚乙烯的第三大塑料品種。聚苯乙烯無色透明、無毒無味，落地時(shí)發(fā)出清脆的金屬聲，密度為1.054g／cm3。聚苯乙烯的力學(xué)性能與聚合方法、相對分子質(zhì)量大小。定向度和雜質(zhì)量有關(guān)。相對分子質(zhì)量越大，機(jī)械強(qiáng)度越高。聚苯乙烯有優(yōu)良的電性能（尤其是高頻絕緣性能）和一定的化學(xué)穩(wěn)定性。能耐堿、硫酸、磷酸、10％～30％的鹽酸、稀醋酸及其他有機(jī)酸，但不耐硝酸及氧化劑的作用。對水、乙醇、汽油、植物油及各種鹽溶液也有足夠的抗蝕能力。能溶于苯、甲苯、四氯化碳、氯仿。酮類和脂類等。聚苯乙烯的著色性能優(yōu)良，能染成各種鮮艷的色彩。但耐熱性低，熱變形溫度一般在70～98℃，只能在不高的溫度下使用。質(zhì)地硬而脆，有較高的熱膨脹系數(shù)，因此，限制了它在工程上的應(yīng)用。近幾十年來，發(fā)展了改性聚苯乙烯和以苯乙烯為基體的共聚物，在一定程度上克服了聚苯乙烯的缺點(diǎn)，又保留了它的優(yōu)點(diǎn)，從而擴(kuò)大了它的用途。2．主要用途聚苯乙烯在工業(yè)上可作儀表外殼、燈罩、化學(xué)儀器零件、透明模型等。在電氣方面用作良好的絕緣材料、接線盒、電池盒等。在日用品方面廣泛用于包裝材料、各種容器、玩具等。3．成型特點(diǎn)流動性和成型性優(yōu)良，成品率高，但易出現(xiàn)裂紋，成型塑件的脫模斜度不宜過小，但頂出要均勻；由于熱膨脹系數(shù)高，塑件中不宜有嵌件，否則會因兩者的熱膨脹系數(shù)相差太大而導(dǎo)致開裂，塑件壁厚應(yīng)均勻；宜用高料溫、高模溫、低注射壓力成型并延長注射時(shí)間，以防止縮孔及變形，降低內(nèi)應(yīng)力，但料溫過高，容易出現(xiàn)銀絲；因流動性好，模具設(shè)計(jì)中大多采用點(diǎn)澆口形式。2．5．2．5丙烯睛一丁二烯一苯乙烯共聚物（ABS）1．基本特性ABS是由丙烯睛、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ABS具有良好的綜合力學(xué)性能。丙烯睛使ABS有良好的耐化學(xué)腐蝕性及表面硬度，丁二烯使ABS堅(jiān)韌，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。ABS無毒、無味、呈微黃色，成型的塑料件有較好的光澤。密度為1.02～1.059g／cm3。ABS有極好的抗沖擊強(qiáng)度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機(jī)械強(qiáng)度和一定的耐磨性。耐寒性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機(jī)鹽、堿、酸類對ABS幾乎無影響，在酮、醛、酯、氯代烴中會溶解或形成乳濁液，不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化溶脹。ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化學(xué)藥品的侵蝕會引起應(yīng)力開裂。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工。經(jīng)過調(diào)色可配成任何顏色。其缺點(diǎn)是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70℃左右，熱變形溫度約為93℃左右。耐氣候性差，在紫外線作用下易變硬發(fā)脆。根據(jù)ABS中三種組分之間的比例不同，其性能也略有差異，從而適應(yīng)各種不同的應(yīng)用。根據(jù)應(yīng)用不同可分為超高沖擊型、高沖擊型、中沖擊型、低沖擊型和耐熱型等。2．主要用途ABS在機(jī)械工業(yè)上用來制造齒輪、泵葉輪、軸承、把手、管道、電視外殼、儀表殼、儀表盤、水箱外殼、蓄電池槽、冷藏庫和冰箱襯里等。汽車工業(yè)上用ABS制造汽車擋泥板、扶手、熱空氣調(diào)節(jié)導(dǎo)管、加熱器等，還有用ABS夾層板制小轎車車身。ABS還可用來制作水表殼、紡織器材、電器零件、文教體育用品、玩具、電子琴及收錄機(jī)殼體、食品包裝容器。農(nóng)藥噴霧器及家具等。3．成型特點(diǎn)ABS在升溫時(shí)粘度增高，所以成型壓力較高，塑料上的脫模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前應(yīng)進(jìn)行干燥處理；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時(shí)。模具溫度可控制在50～60℃，要求塑件光澤和耐熱時(shí)，應(yīng)控制在60～80℃。2．5．2．6聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）1．基本特性聚甲基丙烯酸甲酯俗稱有機(jī)玻璃。是一種透光性塑料，透光率達(dá)92％，優(yōu)于普通硅玻璃。有機(jī)玻璃產(chǎn)品有模塑成型料和型材兩種。模塑成型料中性能較好的是改性有機(jī)玻璃372#、373#塑料。372#有機(jī)玻璃為甲基丙烯酸甲酯與少量苯乙烯的共聚體，其模塑成型性能較好。373#有機(jī)玻璃是372#粉料100份加上丁睛橡膠5份的共混料，有較高的耐沖擊韌性。有機(jī)玻璃密度為1.18g／cm3，比普通硅玻璃輕一半。機(jī)械強(qiáng)度為普通硅玻璃的10倍以上。它輕而堅(jiān)韌，容易著色，有較好的電氣絕緣性能?；瘜W(xué)性能穩(wěn)定，能耐一般的化學(xué)腐蝕，但能溶于芳烴、氯代烴等有機(jī)溶劑。在一般條件下尺寸較穩(wěn)定。其最大缺點(diǎn)是表面硬度低，容易被硬物擦傷拉毛。2．主要用途用于制造要求具有一定透明度和強(qiáng)度的防震、防爆和觀察等方面的零件，如飛機(jī)和汽車的窗玻璃、飛機(jī)罩蓋、油杯、光學(xué)鏡片、透明模型、透明管道、車燈燈罩、油標(biāo)及各種儀器零件，也可用作絕緣材料、廣告銘牌等。3．成型特點(diǎn)1）為了防止塑件產(chǎn)生氣泡、混濁、銀絲和發(fā)黃等缺陷，影響塑件質(zhì)量，原料在成型前要很好地干燥。2）為了得到良好的外觀質(zhì)量，防止塑件表面出現(xiàn)流動痕跡、熔接線痕和氣泡等不良現(xiàn)象，一般采用盡可能低的注射速度。3）模具澆注系統(tǒng)對料流的阻力應(yīng)盡可能小，并應(yīng)制出足夠的脫模斜度。2．5．2．7聚酰胺（PA）1．基本特性聚酰胺通稱尼龍。由二元胺和二元酸通過縮聚反應(yīng)制取或是以一種丙酰胺的分子通過自聚而成。尼龍的命名由二元胺與二元酸中的碳原子數(shù)來決定，如己二胺和葵二酸反應(yīng)所得的縮聚物稱尼龍610，并規(guī)定前一個(gè)數(shù)指二元胺中的碳原子數(shù)，而后一個(gè)數(shù)為二元酸中的碳原子數(shù)；若由氨基酸的自聚來制取的，則由氨基酸中的碳原子數(shù)來定。如己內(nèi)酸胺中有6個(gè)碳原子，故自聚物稱尼龍6或聚己內(nèi)酰胺。常見的尼龍品種有尼龍1010、尼龍610、尼龍66、尼龍6、尼龍9、尼龍11等。尼龍有優(yōu)良的力學(xué)性能，抗拉、抗壓。耐磨。其抗沖擊強(qiáng)度比一般塑料有顯著提高，其中尼龍6更優(yōu)。作為機(jī)械零件材料，具有良好的消音效果和自潤滑性能。尼龍耐堿、弱酸，但強(qiáng)酸和氧化劑能侵蝕尼龍。尼龍本身無毒、無味。不霉?fàn)€。其吸水性強(qiáng)、收縮率大，常常因吸水而引起尺寸變化。其穩(wěn)定性較差，一般只能在80～100℃之間使用。為了進(jìn)一步改善尼龍的性能，常在尼龍中加入減摩劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、玻璃纖維填料等，克服了尼龍存在的一些缺點(diǎn)，提高了機(jī)械強(qiáng)度。2．主要用途由于尼龍有較好的力學(xué)性能，被廣泛地使用在工業(yè)上制作各種機(jī)械、化學(xué)和電氣零件，如軸承、齒輪、滾子、輥軸、滑輪、泵葉輪、風(fēng)扇葉片、蝸輪、高壓密封扣圈、墊片、閥座、輸油管、儲油容器、繩索、傳動帶、電池箱、電器線圈等零件。3．成型特點(diǎn)熔融粘度低、流動性良好，容易產(chǎn)生飛邊。成型加工前必須進(jìn)行干燥處理；易吸潮，塑件尺寸變化較大；壁厚和澆口厚度對成型收縮率影響很大，所以塑件壁厚要均勻，防止產(chǎn)生縮孔，一模多件時(shí)，應(yīng)注意使?jié)部诤穸染鶆蚧?；成型時(shí)排除的熱量多，模具上應(yīng)設(shè)計(jì)冷卻均勻的冷卻回路；熔融狀態(tài)的尼龍熱穩(wěn)定性較差，易發(fā)生降解使塑件性能下降，因此不允許尼龍?jiān)诟邷亓贤矁?nèi)停留時(shí)間過長。2．5．2．8聚甲醛（POM）1．基本特性聚甲醛是繼尼龍之后發(fā)展起來的一種性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料。其性能不亞于尼龍，而價(jià)格卻比尼龍低廉。聚甲醛表面硬而滑，呈淡黃或白色，薄壁部分半透明。有較高的機(jī)械強(qiáng)度及抗拉、抗壓性能和突出的耐疲勞強(qiáng)度，特別適合于作長時(shí)間反復(fù)承受外力的齒輪材料。聚甲醛尺寸穩(wěn)定、吸水率小，具有優(yōu)良的減摩、耐磨性能。能耐扭變，有突出的回彈能力，可用于制造塑料彈簧制品。常溫下一般不溶于有機(jī)溶劑，能耐醛、酯、醚、烴及弱酸、弱堿，但不耐強(qiáng)酸。耐汽油及潤滑油性能也很好。有較好的電氣絕緣性能。其缺點(diǎn)是成型收縮率大，在成型溫度下的熱穩(wěn)定性較差。2．主要用途聚甲醛特別適合于作軸承、凸輪、滾輪、輥?zhàn)?、齒輪等耐磨、傳動零件，還可用于制造汽車儀表板、汽化器、各種儀器外殼、罩蓋。箱體、化工容器、泵葉輪、鼓風(fēng)機(jī)葉片、配電盤、線圈座、各種輸油管、塑料彈簧等。3．成型特點(diǎn)聚甲醛成型收縮率大，熔點(diǎn)明顯（約153～160℃），熔體粘度低，粘度隨溫度變化不大，在熔點(diǎn)上下聚甲醛的熔融或凝固十分迅速，所以，注射速度要快，注射壓力不宜過高；摩擦系數(shù)低、彈性高，淺側(cè)凹槽可采用強(qiáng)制脫出，塑件表面可帶有皺紋花樣；聚甲醛熱穩(wěn)定性差、加工溫度范圍窄，所以要嚴(yán)格控制成型溫度，以免引起溫度過高或在允許溫度下長時(shí)間受熱而引起分解；冷卻凝固時(shí)排除熱量多，模具上應(yīng)設(shè)計(jì)均勻冷卻的冷卻回路。2．5．2．9聚碳酸酯（PC）1．基本特性聚碳酸酯是一種性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，密度為1.20g／cm3，本色微黃，而加點(diǎn)淡藍(lán)色后，得到無色透明塑件，可見光的透光率接近90％。它韌而剛，抗沖擊性在熱塑性塑料中名列前茅。成型零件可達(dá)到很好的尺寸精度并在很寬的溫度變化范圍內(nèi)保持其尺寸的穩(wěn)定性。成型收縮率恒定為0.5％～0.8％。抗蠕變、耐磨、耐熱、耐寒。脆化溫度在-100℃以下，長期工作溫度達(dá)120℃。聚碳酸酯吸水率較低，能在較寬的溫度范圍內(nèi)保持較好的電性能。耐室溫下的水、稀酸、氧化劑、還原劑、鹽、油、脂肪烴、但不耐堿、胺、酮、脂、芳香烴，并有良好的耐氣候性。其最大的缺點(diǎn)是塑件易開裂，耐疲勞強(qiáng)度較差。用玻璃纖維增強(qiáng)聚碳酸脂，克服了上述缺點(diǎn)，使聚碳酸酯具有更好的力學(xué)性能，更好的尺寸穩(wěn)定性，更小的成型收縮率，并提高了耐熱性和耐藥性，降低了成本。2．主要用途在機(jī)械上主要用作各種齒輪、蝸輪、螞桿、齒條、凸輪、芯軸、軸承、滑輪、鐵鏈、螺母、墊圈、泵葉輪、燈罩、節(jié)流閥、潤滑油輸油管、各種外殼、蓋板、容器、冷凍和冷卻裝置零件等。在電氣方面，用作電機(jī)零件、電話交換器零件、信號用線電器、風(fēng)扇部件、撥號盤、儀表殼、接線板等。還可制作照明燈、高溫透鏡、視孔鏡、防護(hù)玻璃等光學(xué)零件。3．成型特點(diǎn)聚碳酸酯雖然吸水性小，但高溫時(shí)對水分比較敏感，所以加工前必須干燥處理，否則會出現(xiàn)銀絲、氣泡及強(qiáng)度下降現(xiàn)象；聚碳酸酯熔融溫度高，熔融粘度大，流動性差，所以，成型時(shí)要求有較高的溫度和壓力，且其熔融粘度對溫度比較敏感。所以一般用提高溫度的辦法來增加熔融塑料的流動性。2．5．2．10聚砜（PSU）1．基本特性聚砜是60年代出現(xiàn)的工程塑料，它是在大分子結(jié)構(gòu)中含有砜基（—SO2—）的高聚物，此外還含有苯環(huán)和醚鍵（—O—），故又稱聚苯醚砜。呈透明而微帶琥珀色，也有的是象牙色的不透明體。具有突出的耐熱、耐氧化性能，可在-100～+150℃的范圍內(nèi)長期使用，熱變形溫度為174℃，有很高的力學(xué)性能，其抗蠕變性能比聚碳酸還好。還有很好的剛性。其介電性能優(yōu)良，即使在水和濕氣中或190℃的高溫下，仍保持高的介電性能。聚砜具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，在無機(jī)酸、堿的水溶液、醇、脂肪烴中不受影響，但對酮類、氯化烴不穩(wěn)定，不宜在沸水中長期使用。其尺寸穩(wěn)定性較好，還能進(jìn)行一般機(jī)械加工和電鍍。但其耐氣候性較差。2．主要用途聚砜可用于制造精密公差、熱穩(wěn)定性、剛性及良好電絕緣性的電氣和電子零件，如斷路元件、恒溫容器、開關(guān)、絕緣電刷、電視機(jī)元件、整流器插座、線圈骨架、儀器儀表零件等；制造需要具備熱性能好、耐化學(xué)性、持久性、剛性好之零件，如轉(zhuǎn)向柱軸環(huán)、電動機(jī)罩、飛機(jī)導(dǎo)管、電池箱、汽車零件、齒輪、凸輪等。3．成型特點(diǎn)塑件易發(fā)生銀絲、云母斑、氣泡甚至開裂，因此，加工前原料應(yīng)充分干燥；聚砜熔融料流動性差，對溫度變化敏感，冷卻速度快，所以模具澆口的阻力要小。模具需加熱；成型性能與聚碳酸酯相似，但熱穩(wěn)定性比聚碳酸酯差，可能發(fā)生熔融破裂；聚砜為非結(jié)晶型塑料，因而收縮率較小。2．5．2．11聚苯醚（PPO）1．基本特性聚苯醚是由2、6二甲基苯酚聚合而成的，全稱為聚二甲基苯醚。這種塑料造粒后呈琥珀色透明的熱塑性工程塑料，硬而韌。硬度較尼龍、聚甲醛、聚碳酸酯高。蠕變小，有較好的耐磨性能。使用溫度范圍寬，長期使用溫度為-127～121℃，脆化溫度低達(dá)-170℃，無載荷條件下的間斷使用溫度達(dá)205℃。電絕緣性能優(yōu)良。耐稀酸、稀堿、鹽、耐水及蒸汽性能特別優(yōu)良。吸水性小，在沸水中煮沸仍具有尺寸穩(wěn)定性，且耐污染、無毒。缺點(diǎn)是塑件內(nèi)應(yīng)力大，易開裂，熔融粘度大，流動性差，疲勞強(qiáng)度較低。2．主要用途聚苯醚可用于制造在較高溫度下工作的齒輪、軸承、運(yùn)輸機(jī)械零件、泵葉輪、鼓風(fēng)機(jī)葉片、水泵零件、化工用管道及各種緊固件、連接件等。還可用于線圈架、高頻印制電路板、電機(jī)轉(zhuǎn)于、機(jī)殼及外科手術(shù)用具，食具等需要進(jìn)行反復(fù)蒸煮消毒的器件。3．成型特點(diǎn)流動性差，模具上應(yīng)加粗澆道直徑，盡量縮短澆道長度，充分拋光澆口及澆道；為避免塑件出現(xiàn)銀絲及氣泡，成型加工前應(yīng)對塑料進(jìn)行充分的干燥；宜用高料溫、高模溫、高壓、高速注射成型，保壓及冷卻時(shí)間不宜太長；為消除塑件的內(nèi)應(yīng)力，防止開裂，應(yīng)對塑件進(jìn)行退火處理。2．5．2．12氯化聚醚（CPT）1．基本特點(diǎn)氯化聚醚是一種有突出化學(xué)穩(wěn)定性的熱塑性工程塑料，對多種酸、堿和溶劑有良好的抗腐蝕性，化學(xué)穩(wěn)定性僅次于聚四氟乙烯（塑料王），而價(jià)格比聚四氟乙烯低廉。其耐熱性能好，能在120℃下長期使用，抗氧化性能比尼龍高。其耐磨、減磨性比尼龍聚甲醛還好，吸水率只有0.01％，是工程塑料中吸水率最小的一種。它的成型收縮率小而穩(wěn)定，有很好的尺寸穩(wěn)定性。具有較好的電氣絕緣性能，特別是在潮濕狀態(tài)下的介電性能優(yōu)異。但氯化聚醚的剛性較差，抗沖擊強(qiáng)度不如聚碳酸酯。2．主要用途機(jī)械上可用于制造軸承、軸承保持器、導(dǎo)軌、齒輪、凸輪、軸套等。在化工方面，可作防腐涂層、貯槽、容器、化工管道、耐酸泵件、閥、窺鏡等。3．成型特點(diǎn)塑件內(nèi)應(yīng)力小，成型收縮率小，尺寸穩(wěn)定性好，宜成型高精度、形狀復(fù)雜、多嵌件的中小型塑件；吸水性小，加工前必須進(jìn)行干燥處理；模溫對塑件影響顯著，模溫高，塑件抗拉、抗彎、抗壓強(qiáng)度均有一定提高，堅(jiān)硬而不透明，但沖擊強(qiáng)度及伸長率下降；成型時(shí)有微量氯化氫等腐蝕氣體放出。2．5．2．13氟塑料氟塑料是各種含氟塑料的總稱，主要包括聚四氟乙烯、聚三氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚偏氟乙烯等。1．氟塑料的基本特性及主要用途（l）聚四氟乙烯（PTFE）聚四氟乙烯樹脂為白色粉末，外觀蠟狀、光滑不粘。平均密度為2.2g／cm3，是最重的一種塑料。聚四氟乙烯具有卓越的性能，非一般熱塑性塑料所能比擬，因此，有“塑料王”之稱。化學(xué)穩(wěn)定性是目前已知塑料中最優(yōu)越的一種，它對強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及各種氧化劑等腐蝕性很強(qiáng)的介質(zhì)都完全穩(wěn)定，甚至沸騰的“王水”，原子工業(yè)中用的強(qiáng)腐蝕劑五氟化鈾對它都不起作用，其化學(xué)穩(wěn)定性超過金、鉑、玻璃、陶瓷及特重鋼等。在常溫下還沒有找到一種溶劑能溶解它。它有優(yōu)良的耐熱耐寒性能，可在-195～+250℃范圍內(nèi)長期使用而不發(fā)生性能變化。聚四氟乙烯的電氣絕緣性能良好，且不受環(huán)境濕度、溫度和電頻率的影響。其摩擦系數(shù)是塑料中最低的。聚四氟乙烯的缺點(diǎn)是熱膨脹大，而耐磨、機(jī)械強(qiáng)度差、剛性不足、且成型困難。一般將粉料冷壓成坯件，然后再燒結(jié)成型。聚四氟乙烯在防腐化工機(jī)械上用于制造管子、閥門、泵、涂層襯里等；在電絕緣方面廣泛應(yīng)用在要求有良好高頻性能并能高度耐熱、耐寒、耐腐蝕的場合如噴氣式飛機(jī)、雷達(dá)等方面。也可用于制造自潤滑減摩軸承、活塞環(huán)等零件。由于它具有不粘性，在塑料加工及食品工業(yè)中被廣泛地作為脫模劑用。在醫(yī)學(xué)上還可用作代用血管、人工心肺裝置等。（2）聚三氟氯乙烯（PCTFE）聚三氟氯乙烯呈乳白色。與聚四氟乙烯相比，密度相似，為2.07～2.18g／cm3，硬度較大，摩擦系數(shù)大，耐熱性及高溫下耐蝕性稍差。長期使用溫度為-200～+200℃，具有中等的機(jī)械強(qiáng)度和彈性，有特別好的透過可見光、紫外線、紅外線及阻氣的性能。它可用來制造各種用于腐蝕性介質(zhì)中的機(jī)械零件，如泵、計(jì)量器等。也可用于制作耐腐蝕的透明零件，如密封填料、高壓閥的閥座。利用其透明性制作視鏡及防潮、防粘等涂層和罐頭盒的涂層。（3）聚全氟乙丙烯（PEP）聚全氟乙丙烯是聚乙烯和六氟丙烯的共聚物。密度為2.14～2.17g／cm3。其突出的優(yōu)點(diǎn)是抗沖擊性能好。耐熱性能優(yōu)于聚三氟氯乙烯，比聚四氟乙烯稍差。長期使用溫度為-85～+205℃，高溫下流動性比聚三氟氯乙烯好，易于成型加工。其他性能與聚四氟乙烯相似。聚全氟乙丙烯通?？捎脕泶婢鬯姆蚁糜诨?、石油、電子、機(jī)械工業(yè)及各種尖端科學(xué)技術(shù)裝備的元件或涂層等。2．聚三氟氯乙烯、聚全氟乙丙烯的成型特點(diǎn)吸濕性小，成型加工前可不必干燥；這類塑料對熱敏感，易分解產(chǎn)生有毒、有腐蝕性氣體。因此，要注意通風(fēng)排氣；熔融溫度高，熔融粘度大，流動性差，因此采用高溫、高壓成型。模具應(yīng)加熱；熔料容易發(fā)生熔體破裂現(xiàn)象。2．5．3熱固性塑料2．5．3．1酚醛塑料（PF）1．基本特性酚醛塑料是熱固性塑料的一個(gè)品種，它是以酚醛樹脂為基礎(chǔ)而制得的。酚醛樹脂通常由酚類化合物和醛類化合物縮聚而成。酚醛樹脂本身很脆，呈琥珀玻璃態(tài)。必須加入各種纖維或粉末狀填料后才能獲得具有一定性能要求的酚醛塑料。酚醒塑料大致可分為四類：①層壓塑料；②壓塑料；③纖維狀壓塑料；④碎屑狀壓塑料。酚醛塑料與一般熱塑性塑料相比，剛性好，變形小，耐熱耐磨，能在150～200℃的溫度范圍內(nèi)長期使用。在水潤滑條件下，有極低的摩擦系數(shù)。其電絕緣性能優(yōu)良。缺點(diǎn)是質(zhì)脆，沖擊強(qiáng)度差。2．主要用途酚醛層壓塑料用浸漬過酚醛樹脂溶液的片狀填料制成，可制成各種型材和板材。根據(jù)所用填料不同，有紙質(zhì)、布質(zhì)、木質(zhì)、石棉和玻璃布等各種層壓塑料。布質(zhì)及玻璃布酚醛層壓塑料具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐油性能和一定的介電性能，用于制造齒輪、軸瓦、導(dǎo)向輪、無聲齒輪、軸承及電工結(jié)構(gòu)材料和電氣絕緣材料。木質(zhì)層壓塑料適用于作水潤滑冷卻下的軸承及齒輪等。石棉布層壓塑料主要用于高溫下工作的零件。酚醛纖維狀壓塑料可以加熱模壓成各種復(fù)雜的機(jī)械零件和電器零件，具有優(yōu)良的電氣絕緣性能、耐熱、耐水、耐磨?？芍谱鞲鞣N線圈架、接線板、電動工具外殼、風(fēng)扇葉子、耐酸泵葉輪、齒輪、凸輪等。3．成型特點(diǎn)成型性能好，特別適用于壓縮成型；模溫對流動性影響較大，一般當(dāng)溫度超過160℃時(shí)流動性迅速下降；硬化時(shí)放出大量熱，厚壁大型塑件內(nèi)部溫度易過高，發(fā)生硬化不勻及過熱現(xiàn)象。2．5．3．2氨基塑料氨基塑料是由氨基化合物與醛類（主要是甲醛）經(jīng)縮聚反應(yīng)而制得的塑料，主要包括脲甲醛、三聚氰膠-甲醛等。1．氨基塑料的基本特性及主要用途（1）脲-甲醛塑料（UF）脲-甲醛塑料是脲-甲醛樹脂和漂白紙漿等制成的壓塑粉?？扇境筛鞣N鮮艷的色彩，外觀光亮，部分透明，表面硬度較高，耐電弧性能好，耐礦物油、耐霉菌的作用。但耐水性較差，在水中長期浸泡后電氣絕緣性能下降。脲-甲醛塑料大量用于壓制日用品及電氣照明用設(shè)備的零件、電話機(jī)、收音機(jī)、鐘表外殼、開關(guān)插座及電氣絕緣零件。（2）三聚氰胺-甲醛塑料（MF）由三聚氰胺一甲醛樹脂與石棉滑石粉等制成。三聚氰胺-甲醛塑料可制成各種色彩、耐光、耐電弧、無毒的塑件，在-20～100℃的溫度范圍內(nèi)性能變化小，能耐沸水而且耐茶、咖啡等污染性強(qiáng)的物質(zhì)。能像陶瓷一樣方便地去掉茶漬一類污染物，且有重量輕、不易碎的特點(diǎn)。密胺塑料主要用作餐具、航空茶杯及電器開關(guān)、滅弧罩及防爆電器的配件。2．氨基塑料的成型特點(diǎn)氨基塑料常用于壓縮、傳遞成型。傳遞成型收縮率大；含水分及揮發(fā)物多，使用前需預(yù)熱干燥，且成型時(shí)有弱酸性分解及水分析出，模具應(yīng)鍍鉻防腐，并注意排氣；流動性好，硬化速度快，因此，預(yù)熱及成型溫度要適當(dāng)，裝料、合模及加工速度要快；帶嵌件的塑料易產(chǎn)生應(yīng)力集中，尺寸穩(wěn)定性差。2．5．3．3環(huán)氧樹脂（EP）1．基本特性環(huán)氧樹脂是含有環(huán)氧基的高分子化合物。未固化之前，是線型的熱塑性樹脂。只有在加入固化劑（如胺類和酸酐等）之后，才交聯(lián)成不熔的體型結(jié)構(gòu)的高聚物，才有作為塑料的實(shí)用價(jià)值。環(huán)氧樹脂種類繁多，應(yīng)用廣泛，有許多優(yōu)良的性能。其最突出的特點(diǎn)是粘結(jié)能力很強(qiáng)，是人們熟悉的“萬能膠”的主要成分。此外，還耐化學(xué)藥品、耐熱，電氣絕緣性能良好，收縮率小。比酚醛樹脂有較好的力學(xué)性能。其缺點(diǎn)是耐氣候性差、耐沖擊性低，質(zhì)地脆。2．主要用途環(huán)氧樹脂可用作金屬和非金屬材料的粘合劑，用于封裝各種電子元件。用環(huán)氧樹脂配以石英粉等來澆鑄各種模具。還可以作為各種產(chǎn)品的防腐涂料。3．成型特點(diǎn)流動性好，硬化速度快；用于澆注時(shí)，澆注前應(yīng)加脫模劑，因環(huán)氧樹脂熱剛性差，硬化收縮小，難于脫模；硬化時(shí)不析出任何副產(chǎn)物，成型時(shí)不需排氣。2．6練習(xí)思考題1）什么是聚合物高分子？具有的主要特征是什么？2）為什么聚合物的性能與其分子鏈形狀和空間構(gòu)型有關(guān)？3）什么是聚合物分子的柔順性？4）談一談聚合物在加工過程中聚集態(tài)的轉(zhuǎn)變及其加工性質(zhì)？5）為什么聚合物加工成型后還會繼續(xù)發(fā)生尺寸和形狀的改變？6）談一談聚合物結(jié)晶的特點(diǎn)及對制品性能的影響？7）談一談聚合物取向的概念及對制品性能的影響？8）什么是聚合物流變學(xué)？9）剪切速率和速度梯度的意義是否完全等同？為什么？10）牛頓流體的基本特征是什么？11）非牛頓流體的基本特征是什么？繪制其流動曲線。12）什么是粘度對剪切速率的敏感性？對指導(dǎo)加工有何意義？13）什么是成型加工中的壓力—溫度等效性？對指導(dǎo)加工有何意義？14）聚合物熔體流出流道或澆口時(shí)會發(fā)生什么變化？影響離模膨脹的因素有哪些？15）什么叫失穩(wěn)流動？什么叫熔體破裂？如何克服？16）什么是熔接痕？其產(chǎn)生的原因是什么？對制品的使用有何影響？17）在塑料材料中加入填料和穩(wěn)定劑有何作用？18）什么是熱塑性塑料和熱固性塑料？兩者在本質(zhì)上有何區(qū)別？19）在塑料的成型工藝性能指標(biāo)中，談一談計(jì)算收縮率和實(shí)際收縮率的意義及應(yīng)用？20）水分及揮發(fā)物對熱固性塑料的成型有何影響？第3章塑料制件的設(shè)計(jì)原則3．1塑料制件的選材塑料制件的選材應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面，以判斷其是否能滿足使用要求。1）塑料的力學(xué)性能，如強(qiáng)度、剛性、韌性、彈性、抗彎性能、沖擊性能、應(yīng)力敏感性等。2）塑料的物理性能，如對使用環(huán)境溫度變化的適應(yīng)性、光學(xué)特性、絕熱或電氣絕緣的程度、精加工和外觀的完美程度等。3）塑料的化學(xué)性能，如對接觸物的耐性、衛(wèi)生程度和使用上的安全性等。4）必要的精度，如收縮率的大小及各向收縮率的差異。5）成型工藝性，如塑料的流動性、結(jié)晶性、熱敏性等。3．2塑料制品的結(jié)構(gòu)工藝性（一）尺寸及其精度1）尺寸大小主要與塑料的流動性、注射機(jī)的注射量、鎖模力和模板尺寸等有關(guān)。2）尺寸精度與模具的結(jié)構(gòu)形式、制造精度、磨損程度、塑料收縮率的波動、成型工藝條件、制品后變形等因素有關(guān)。3）國內(nèi)塑料制品的尺寸精度一般參照SJ1372—78塑料制件公差數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定。4）精度等級的選用主要與制品尺寸大小、塑料品種和成型工藝條件有關(guān)。（二）表面質(zhì)量塑料制品的表面質(zhì)量主要與模具型腔的表面粗糙度、成型工藝條件、塑料品種等因素有關(guān)，其表面粗糙度一般比模具低1～2級。（三）塑件形狀1）塑件的內(nèi)外表面形狀應(yīng)有利于制品成型和脫模取件，盡可能避免側(cè)向凹凸。2）對于側(cè)向凹凸形狀結(jié)構(gòu)，可通過改變塑件結(jié)構(gòu)、強(qiáng)制脫模、側(cè)向抽芯、瓣合型腔和型芯結(jié)構(gòu)等措施進(jìn)行解決。（四）脫模斜度1）脫模斜度取決于塑件的形狀、尺寸、壁厚、塑料的收縮率等因素，一般為30，～1030，。2）一般情況下，脫模斜度不包括在塑件的公差范圍內(nèi)。3）脫模斜度值應(yīng)根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)、使用情況、成型要求靈活選用。（五）塑件壁厚1）塑料制品的壁厚取決于塑件的尺寸大小、形狀結(jié)構(gòu)、使用要求、模具結(jié)構(gòu)、塑料的工藝性能和經(jīng)濟(jì)成本等因素。2）同一塑件的壁厚應(yīng)盡可能一致，不同壁厚的比例一般不超過1：3，且應(yīng)平緩過渡。（六）加強(qiáng)肋及其它防變形結(jié)構(gòu)1）防變形結(jié)構(gòu)的主要作用是增加塑件強(qiáng)度和避免塑件翹曲變形。2）防變形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)取決于塑件形狀、使用要求、模具結(jié)構(gòu)及工藝等因素。（七）支承面及凸臺1）由于塑件稍許翹曲或變形就會使底面不平，以塑件的整個(gè)底面作為支承面是不合理的，通常采用底腳（三點(diǎn)或四點(diǎn)）支承或邊框支承。2）凸臺主要是用來增強(qiáng)孔或裝配附件的凸出部分，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度和合理的結(jié)構(gòu)工藝性。（八）圓角1）塑件形狀帶有尖角時(shí)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，受力或受沖擊振動時(shí)會發(fā)生破裂，一般除使用要求外，應(yīng)盡可能采用圓角過渡。2）圓角半徑的選用應(yīng)考慮塑件壁厚和模具制造工藝的要求。（九）孔的設(shè)計(jì)1）塑件上成型的孔有通孔、盲孔、異形孔等。2）孔的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮塑件結(jié)構(gòu)、尺寸大小、模具加工制造等要求。（十）螺紋設(shè)計(jì)1）塑件上的螺紋可以采用直接成型、機(jī)械加工、金屬嵌件等方法成型。2）直接成型的塑料螺紋不宜采用細(xì)牙螺紋，精度要求低于3級，螺紋的最外圈和最內(nèi)圈應(yīng)留有臺階。3）直接成型的塑料螺紋應(yīng)綜合考慮塑件使用質(zhì)量、模具制造工藝、生產(chǎn)率等要求。（十一）齒輪設(shè)計(jì)1）齒輪結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)適應(yīng)注射成型工藝要求