塑料材料基礎(chǔ)知識(shí)介紹

1、,塑料材料基礎(chǔ)知識(shí)介紹,目錄,塑料概述 1:塑料的定義 2:塑料的來(lái)源 3;塑料的分類 4:塑料的物理性能 5;塑料的特性 塑料物料的組成和助劑 塑料常見(jiàn)加工成型工藝 塑料特性和成型基本原理 1:高聚物的大分子結(jié)構(gòu) 2:高聚物的結(jié)構(gòu)和層次 3:高聚物的三個(gè)物理狀態(tài) 4:高聚物的可加工性 5:高聚物加工變形流動(dòng)的粘彈性,2,6高聚物粘度和溫度,切應(yīng)力之關(guān)系 7塑料在模內(nèi)的流動(dòng)行為 8:塑料加工的物理和化學(xué)變化 8-1,聚合物分子結(jié)晶 8-2,聚合物分子取向 8-3,聚合物的降解 8-4,聚合物的交聯(lián) 聚丙稀,尼龍,ABS的性能和加工特性 常用塑料的鑒別 高聚物性能的提升和改性,3,塑料概述,4,

2、一,塑料的定義: 塑料是一種具有可塑性的人造有機(jī)化合物(樹(shù)脂),是以樹(shù)脂為主要成分加入或不加入其他材料,通常在加熱加壓條件下可塑制成一定形狀制件的高分子材料. 樹(shù)脂的定義:相對(duì)分子量在1萬(wàn)以上的聚合物或高聚物. 樹(shù)脂的分類:A天然樹(shù)脂是指由自然界中動(dòng)植物分泌物所得的無(wú)定形有機(jī)物質(zhì), 如松香、琥珀、蟲(chóng)膠等B合成樹(shù)脂是指由簡(jiǎn)單有機(jī)物經(jīng)化學(xué)合成或某些天然產(chǎn)物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)而得到的產(chǎn)物,如PE樹(shù)脂,環(huán)氧樹(shù)脂. 塑件材料一般以合成樹(shù)脂為原料,合成樹(shù)脂是塑料的主要原材料,塑料是樹(shù)脂的成品?；蛘哒f(shuō)，未成型的是樹(shù)脂,成型后為塑料 粘合劑，涂料，離子樹(shù)脂是合成樹(shù)脂在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，橡膠是室溫下富有彈性（玻璃化溫度低

3、于室溫）的高聚物。. 二:塑料的來(lái)源: 塑料是有低分子有機(jī)化合物如乙烯,苯乙烯,氯乙烯,乙烯醇等在一定條件下聚合而成的高分子有機(jī)化合物（高聚物）。一般分子中都含有碳（C）原子，氫（H）原子，有的分子結(jié)構(gòu)中含有氧（0）硫（S）氮（N），塑料聚合物的基礎(chǔ)原料是低分子碳輕化合物，它們是從石油，天燃?xì)饣蛎毫呀馕镏刑釤挸鰜?lái)。,三,塑料的分類 1:按塑料的應(yīng)用領(lǐng)域分類 一般分為通用塑料,工程塑料和特種塑料: 通用塑料一般非結(jié)構(gòu)材料使用,其產(chǎn)量大,價(jià)格相對(duì)低廉,多用于日用品,如PVC PE,PP,PS,EVA,PMMA 工程塑料:一般有較高力學(xué)性能,電性能,耐熱性能,可以作為結(jié)構(gòu)性材料.公認(rèn)的七大工程 塑料

4、為:ABS,PC,POM,PA,PET,PBT,PPO. 特種工程塑料：也叫高性能工程塑料是指綜合性能更高，長(zhǎng)期使用溫度在150以上的工程塑料，主要用于高科技，軍事和宇航、航空等工業(yè)。特種工程塑料主要包括聚苯硫醚(PPS），聚砜(PSF），聚酰亞胺（PI），聚芳酯（PAR），液晶聚合物（LCP），聚醚醚酮（PEEK），含氟聚合物（PTFE、PVDF、PCTFE、PFA）等，特種工程塑料種類多，性能優(yōu)異價(jià)格昂貴。 2：按塑料的結(jié)晶形態(tài)分類 一般分為結(jié)晶性塑料和無(wú)定形塑料 結(jié)晶性塑料是指在適當(dāng)?shù)臈l件下，分子能產(chǎn)生某種規(guī)則幾何結(jié)構(gòu)的塑料，如PE，PP， PA，POM，PET，PBT。大多數(shù)的所謂結(jié)晶

5、塑料也只是屬于部分結(jié)晶狀態(tài)。 無(wú)定形塑料是指分子形狀和分子排列相對(duì)不呈晶體結(jié)構(gòu)而呈無(wú)序狀態(tài)的塑料如ABS，PC，PVC，PS，PMMA，EVA，AS，非結(jié)晶性塑料在各個(gè)方向上表現(xiàn)的力學(xué)特性是相同的（各向同性）,5,塑料概述,3：按塑料在受熱時(shí)的行為分類 一般分熱固性塑料和熱塑性塑料 熱固性塑料是指受熱后成為不熔的物質(zhì)，再次受熱不再具有可塑性且不能再回收利用的塑料，如酚醛樹(shù)脂，環(huán)氧樹(shù)脂，氨基樹(shù)脂，聚胺脂，蜜胺餐具 熱塑性塑料是指在特定的溫度范圍內(nèi)，能反復(fù)加熱軟化和冷卻變硬的塑料，如ABS，PP，POM，PC，PS，PVC，PA，PMMA，他可以再回收利用。 4；塑料的其他分類 將塑料分成透明塑料

6、（如PMMA，PS，PC 透光率88%），半透明塑料（如PE，PP，MBS，PVC），不透明塑料（如POM，PA，ABS，HIPS，PPO） 將塑料分成硬質(zhì)塑料（如ABS，PC），半硬質(zhì)塑料（如PE，PP），軟質(zhì)塑料（如BDS，軟PVC，TPE） 按塑料的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類：稀烴類如PP，PE，苯乙稀類如AS ，ABS，BDS，聚脂類如 PET，PBT，聚酰胺類，如PA66 PA6 PA1010，PA610，PA11,PA12 PA6T.MDX-6 ，PA9T,丙稀酸類如PMMA，聚醚類塑料如PC，PSF，PPO。,6,塑料概述,5：熱塑性塑料的一般分類圖,7,塑料概述,8,塑料概述,四；塑料的物理

7、性能,9,塑料概述-塑料的物理性能,10,塑料概述-塑料的物理性能,11,塑料概述-塑料的物理性能,在給定的溫度下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，試樣發(fā)生斷裂的應(yīng)力值，用符號(hào)（T，t）表示,12,塑料概述,13,塑料概述,14,塑料概述,五：塑料的特性,15,塑料概述,（9）熱塑性塑料水口料，及報(bào)廢件回收使用,16,塑料概述,2:塑料的缺點(diǎn),1:塑料的基礎(chǔ)是樹(shù)脂,主要物料就是樹(shù)脂,很多樹(shù)脂無(wú)需添加其他物料直接加工成型如PP,PE等 2:增塑劑:如PVC中環(huán)氧大豆油增塑劑,TPE中的烴油. 3:穩(wěn)定劑:分為加工防降解,抗氧和防紫外光老化劑 4:潤(rùn)滑劑:降低粘連,提高光澤.如ABS747S中就添加了潤(rùn)滑劑 5;填充

8、劑:只是為物料的體積,降低成本和降低收縮而使用 6;增強(qiáng)劑:如玻纖,玻纖布,滑石粉等填充可以作為增強(qiáng), 7:交聯(lián)劑:使分子與分子之間發(fā)生連接,如EVA發(fā)泡加工中的DCP(過(guò)氧化二異丙苯) 8;偶聯(lián)劑:二種物料起搭橋的作用,如玻纖增強(qiáng)的硅碗處理劑 9:著色劑: 10發(fā)泡劑:最常用的是AC.主要看分解溫度，發(fā)氣量，發(fā)氣速度。 11:成核劑:改善結(jié)晶溫度,速度,結(jié)晶多少,晶體大小,晶體結(jié)構(gòu),如苯甲酸鈉 12:其他助劑:阻燃劑,驅(qū)避劑,防靜電劑,吸濕劑 等,17,塑料的物料組成和助劑,1、注射成型 又稱注塑成型. 是熱塑性塑料最常見(jiàn)的成型方法 2、擠出成型 又稱擠塑成型.是熱塑性塑料產(chǎn)量最大的成型之一

9、 3、中空成型 又稱吹塑成型 :吹塑薄膜,桶,瓶等其他中空件. 4、壓縮成型 又稱壓制,模壓成型.把上下模安裝在壓力機(jī)的上下模板之間,將塑料原料直接加入型腔內(nèi),將模具閉合,塑料在受熱受壓下充滿型腔,固化定型后得到塑料制件. 5、壓注成型 :又稱傳遞成型.也是熱固性塑料的主要成型方法之一.它是將塑料粒料裝入模具的加料室內(nèi),在加熱,受壓下熔融的塑料通過(guò)模具加料室底部的澆注系統(tǒng)充滿型腔,然后固化成型 6、固相成型 ;使塑料在熔融溫度下成型,在成型過(guò)程沒(méi)有明顯的流動(dòng)狀態(tài),多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. 7,發(fā)泡成型:高低壓注塑發(fā)泡,微發(fā)泡,擠出發(fā)泡,模壓發(fā)泡,澆注

10、發(fā)泡等 8、其它成型 壓延成型,流延成型,澆鑄成型,滾塑成型, 泡沫成形,燒結(jié)成型,纏繞與噴射成型等,18,塑料常用的幾種成型工藝,1,聚合物大分子的結(jié)構(gòu) 大分子的形成:單體以共價(jià)鍵的形式聚合形成大分子結(jié)構(gòu),舉例,聚乙烯 NCH2=CH2-(CH2-CH2)N 聚合度:單體結(jié)構(gòu)的聚合數(shù)量,即上式中的N 相對(duì)分子質(zhì)量的多分散性:同一聚合物體系中各個(gè)大分子的相對(duì)分子質(zhì)量會(huì)因聚合度的不同而有差異 聚合度高,材料強(qiáng)度大,流動(dòng)性差成型困難 分子量分散性大,強(qiáng)度下降,流動(dòng)性上升. 大分子的鏈狀結(jié)構(gòu)及其柔順性:如碳-碳鍵的鍵角變化,碳-碳鍵的自由轉(zhuǎn)動(dòng)是聚合物具有柔順性和差異的內(nèi)在原因 大分子鏈狀結(jié)構(gòu)的類型:

11、線形,支鏈型,體型(交聯(lián)型),塑料特性和成型基本原理,2:聚合物的結(jié)構(gòu)和層次(略),塑料特性和成型基本原理,21,塑料成型和特性基本原理,3:塑料的三個(gè)物理狀態(tài) 3-1,三個(gè)物理狀態(tài)的描述,22,塑料特性和成型基本原理,23,塑料特性和成型基本原理,24,3-2聚合物三態(tài)微觀結(jié)構(gòu)和工藝特性,塑料特性和成型基本原理,25,塑料特性和成型基本原理,26,塑料特性和成型基本原理,27,塑料特性和成型基本原理,28,塑料特性和成型基本原理,29,塑料成型基本原理,3-3,玻璃化溫度,30,塑料特性和成型基本原理,4:塑料材料的可加工性 可擠壓性:粘流態(tài)聚合物在壓力作用下取得變形和流動(dòng)的能力,一般可用熔

12、體指數(shù)表示:MFI或MI ,單位G/MIN(規(guī)定的條件),有些聚合物常用黏度來(lái)表示它的流動(dòng)性,不過(guò)黏度和熔體指數(shù)所表示的意思恰好相反,黏度越高,流動(dòng)性越差.融體指數(shù)高表示流動(dòng)性好. 可模塑性:材料在壓力和溫度下獲取形狀的能力:評(píng)價(jià)可模塑性的方法A:材料的流動(dòng)性測(cè)試2螺旋流動(dòng)實(shí)驗(yàn) 聚合物模塑成型區(qū)域圖,塑料特性和成型基本原理,5,聚合物流動(dòng)變形的粘彈性 A:聚合物受到切應(yīng)力,拉應(yīng)力,壓應(yīng)力而流動(dòng)變形 B:聚合物融體在流動(dòng)變形時(shí)同時(shí)具有彈性和粘性性質(zhì),這就是所謂聚合物流變粘彈性 C:聚合物變形對(duì)應(yīng)力作用的滯后響應(yīng)叫滯后效應(yīng),而變形與應(yīng)力之間的平衡過(guò)程可認(rèn)為是松施,見(jiàn)變形-時(shí)間圖 D:粘彈性原理的實(shí)

13、際現(xiàn)象和應(yīng)用:產(chǎn)品脫模后制品內(nèi)存在著殘余應(yīng)力,大分子還將隨時(shí)間的延續(xù)進(jìn)行活動(dòng)和重排,同時(shí)結(jié)構(gòu)趨向緊密,產(chǎn)生變形,尺寸減少,這些現(xiàn)象與松施有關(guān),也就是我們平時(shí)所說(shuō)的時(shí)效變形,時(shí)效往往持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間,有的達(dá)數(shù)月或數(shù)年,當(dāng)然大的變形和尺寸變化都發(fā)生在剛脫模后不久. 要克服和減少這種變形滯后引起的危害, 從理想的注塑工藝講,應(yīng)該在保壓力作用下,在適當(dāng)?shù)哪叵?以及其慢的冷卻速度使其固化.,有充分的時(shí)間在模腔內(nèi)松施.,減少殘余應(yīng)力,尺寸和形狀穩(wěn)定.,塑料特性和成型基本原理,6,聚合物粘度和溫度,切應(yīng)力關(guān)系,塑料特性和成型基本原理,7:高聚物在模內(nèi)的流動(dòng)行為 端末效應(yīng):A入口融體彈性收斂效應(yīng)B離模彈性膨脹效

14、應(yīng) 失穩(wěn)流動(dòng)和融體破裂,在超過(guò)融體的極限切變速率情況下,融體不再層流流動(dòng),失穩(wěn)流動(dòng)的結(jié)果是融體破裂,表面質(zhì)量惡化. 聚合物融體充模流動(dòng)(略) 聚合物的擴(kuò)展流動(dòng)過(guò)程(略),塑料特性和成型基本原理,塑料特性和成型基本原理,8,聚合物加工時(shí)的物理和化學(xué)變化 8-1,物理變化-結(jié)晶行為,塑料特性和成型基本原理,37,塑料特性和成型基本原理,8-2,物理變化-分子的取向,38,塑料特性和成型基本原理,39,塑料特性和成型基本原理,40,塑料特性和成型基本原理,8-3,化學(xué)變化-降解 熱降解,氧化降解,水降解,應(yīng)力降解 解決方法:控制溫度,如果需要可以加穩(wěn)定劑,抗氧劑,料需要干燥透徹后才能成型,消滅聚合物

15、的流動(dòng)死角.設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)精度及確定良好的工藝. 8-4,化學(xué)變化-交鏈 聚合物有線形分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程稱為交鏈, 交鏈后的聚合物各種性能提升.同樣是化學(xué)變化,降解是我們不希望的,交鏈?zhǔn)俏覀兊闹鲃?dòng)行為.,交鏈需要我們添加引發(fā)劑和交鏈劑,以達(dá)到我們所需要的溫度,時(shí)間,或在某種外部條件引發(fā)下進(jìn)行交鏈.,塑料特性和成型基本原理,9，塑料的蠕變和應(yīng)力松施,42,塑料的特性和成型基本原理,塑料特性和成型基本原理,43,10，塑料的熱膨脹,44,塑料特性和成型基本原理-8,塑料的熱膨脹,聚丙稀,尼龍,ABS的性能和加工特性,聚丙稀(PP),45,PP有均聚和共聚之分,由于均聚PP的脆性而開(kāi)

16、發(fā)出共聚PP,PP的性能除了有分子量及分布和丙稀乙烯嵌段種類狀態(tài)決定外,結(jié)晶程度是很重要的.工藝和其他物料會(huì)對(duì)PP結(jié)晶度產(chǎn)生影響,PP是一種非極性的材料,所以在印刷,噴涂前需要予處理,也給性能提升改性帶來(lái)相對(duì)難度.2, PP的應(yīng)用由于PP的性價(jià)比高,它的應(yīng)用量是最大的,家電日用品,薄膜,管子等,聚丙稀,尼龍,ABS,的性能和加工特性,47,聚丙稀,尼龍,ABS,的性能和加工特性,4,我公司常用PP(共聚)的機(jī)械性能,聚丙稀,尼龍,ABS的性能和加工特性,2,聚酰胺(PA),聚丙稀,尼龍,ABS的性能和加工特性,4,我公司常用尼龍的機(jī)械性能,50,聚丙稀,尼龍,ABS的性能和加工特性,聚丙稀,尼

17、龍,ABS的性能和加工特性,3,ABS,52,聚丙稀,尼龍,ABS的性能和加工特性,4,我公司常用ABS的機(jī)械性能,塑料的簡(jiǎn)易鑒別方法,1,塑料鑒別的方法: 有很多種塑料鑒別方法如塑料的外觀鑒別,塑料的加熱軟化鑒別,溶劑處理鑒別密度鑒別,熱解顯色實(shí)驗(yàn)鑒別,燃燒試驗(yàn)鑒別,反應(yīng)顯色鑒別,熔點(diǎn)鑒別,玻璃化溫度鑒別,紅外光譜、質(zhì)譜，核磁共振、差熱掃描等 2,塑料的燃燒鑒別 1聚丙烯PP容易燃燒,熔融滴落，上黃下藍(lán),離火后煙少 繼續(xù)燃燒,石油味 2聚乙烯pe容易燃燒,熔融滴落，上黃下藍(lán).離火后繼續(xù)燃燒,石蠟燃燒氣味 3聚氯乙烯pvc燃燒難 軟化,上黃下綠有煙,離火熄滅,刺激性酸味 4聚甲醛POM燃燒容易

18、, 熔融滴落,上黃下藍(lán)，無(wú)煙,離火后繼續(xù)燃燒,強(qiáng)烈刺激甲醛味 5,尼龍pa燃燒情況慢,燃燒火焰狀態(tài),熔融滴落,離火后起泡 慢慢熄滅,特殊羊毛，指甲氣味,6,聚甲基丙烯酸甲酯PMMA容易燃燒,熔化起泡，淺藍(lán)色，質(zhì)白，無(wú)煙,離火后繼續(xù)燃燒,強(qiáng)烈花果臭味，腐爛蔬菜味, 7.聚碳酸酯PC容易燃燒，軟化起泡,有小量黑煙,離火熄滅,無(wú)特殊味 8,丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS緩慢燃燒, 軟化燃燒，無(wú)滴落,黃色，黑煙,離火繼續(xù)燃燒,特殊氣味 3,塑料的直觀鑒別,54,塑料的簡(jiǎn)易鑒別方法,塑,塑料材料性能的提升和改性,1, 塑料性能提升和改性的目的和意義 塑料雖然有很多優(yōu)良的性能,但與金屬材料比存在很多缺

19、點(diǎn),不同品種的特性與缺點(diǎn)也不盡相同.一些綜合性能要求高的領(lǐng)域,單一的塑料難以滿足要求,因此,改性提升塑料性能的目的如下: A:提高塑料的綜合性能 B:提高工程塑料的力學(xué)性能,如強(qiáng)度,低溫韌性等 C:提高工程塑料的耐熱性.大多數(shù)工程塑料的熱變形溫度都不高,對(duì)于一些在一定溫度下工作的部件來(lái)講.通用工程塑料就難于勝任 D:提高其加工性能,如PPO的成型加工比較差,加入PS改性后其加工流動(dòng)性大為改善 E:提高工程塑料的耐燃燒性.大多數(shù)工程塑料屬于易燃燒材料,用于電器,電子設(shè)備的安全性低,通過(guò)阻燃化改性,使材料的安全性提高. F:降低材料的成本.工程塑料尤其是特種工程塑料的價(jià)格較高,用無(wú)機(jī)填料與工程塑料

20、共混改性,既降低了材料成本,又改善了成型收縮與翹曲.,塑料材料性能的提升,改性,G:實(shí)現(xiàn)工程塑料功能化,提高其使用性能.如工程塑料的導(dǎo)電性小,對(duì)一些需要防靜電,導(dǎo)電的用途需進(jìn)行抗靜電或?qū)щ姼男?使其具有防靜電,導(dǎo)電.電磁屏蔽的功能. 通過(guò)塑料的改性,提高其性能,增加其品種,擴(kuò)大其用途,實(shí)現(xiàn)工程塑料高性能化,功能化,專用化,系列化. 2,塑料改性最常用方式 2-1:增韌化改進(jìn): 這是最常用的塑料改性形式,因?yàn)榇蠖嗨芰隙即嬖诓荒蜎_擊,尤其是冷脆,大大降低了塑料使用范圍. 增韌改進(jìn)的形式很多,1共混改進(jìn),如POE,SEBS改進(jìn)PP的常溫和冷凍脆性問(wèn)題,這些改進(jìn)主要考慮的是結(jié)構(gòu)相似,極性.溶解度參數(shù)相近原則,這些添加的物料本身具有很高的沖擊強(qiáng)度和冷凍性能.2專用增韌劑增韌,在彈性體無(wú)法和基材相容的情況,需要先將彈性體化學(xué)接枝上另一種材料,這樣彈性體的身上就有了和基材相結(jié)合的分子結(jié)構(gòu)如接枝POE(POE-G-MAH)增韌尼龍.,就是POE本身,沒(méi)法和PA結(jié)合,當(dāng)POE