塑料材料基础知识介绍.ppt

,塑料材料基础知识介绍,目录,塑料概述 1:塑料的定义 2:塑料的来源 3;塑料的分类 4:塑料的物理性能 5;塑料的特性 塑料物料的组成和助剂 塑料常见加工成型工艺 塑料特性和成型基本原理 1:高聚物的大分子结构 2:高聚物的结构和层次 3:高聚物的三个物理状态 4:高聚物的可加工性 5:高聚物加工变形流动的粘弹性,2,6高聚物粘度和温度,切应力之关系 7塑料在模内的流动行为 8:塑料加工的物理和化学变化 8-1,聚合物分子结晶 8-2,聚合物分子取向 8-3,聚合物的降解 8-4,聚合物的交联 聚丙稀,尼龙,ABS的性能和加工特性 常用塑料的鉴别 高聚物性能的提升和改性,3,塑料概述,4,一,塑料的定义: 塑料是一种具有可塑性的人造有机化合物(树脂),是以树脂为主要成分加入或不加入其他材料,通常在加热加压条件下可塑制成一定形状制件的高分子材料. 树脂的定义:相对分子量在1万以上的聚合物或高聚物. 树脂的分类:A天然树脂是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物质, 如松香、琥珀、虫胶等B合成树脂是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的产物,如PE树脂,环氧树脂. 塑件材料一般以合成树脂为原料,合成树脂是塑料的主要原材料,塑料是树脂的成品。或者说，未成型的是树脂,成型后为塑料 粘合剂，涂料，离子树脂是合成树脂在不同领域的应用，橡胶是室温下富有弹性（玻璃化温度低于室温）的高聚物。. 二:塑料的来源: 塑料是有低分子有机化合物如乙烯,苯乙烯,氯乙烯,乙烯醇等在一定条件下聚合而成的高分子有机化合物（高聚物）。一般分子中都含有碳（C）原子，氢（H）原子，有的分子结构中含有氧（0）硫（S）氮（N），塑料聚合物的基础原料是低分子碳轻化合物，它们是从石油，天燃气或煤裂解物中提炼出来。,三,塑料的分类 1:按塑料的应用领域分类 一般分为通用塑料,工程塑料和特种塑料: 通用塑料一般非结构材料使用,其产量大,价格相对低廉,多用于日用品,如PVC PE,PP,PS,EVA,PMMA 工程塑料:一般有较高力学性能,电性能,耐热性能,可以作为结构性材料.公认的七大工程 塑料为:ABS,PC,POM,PA,PET,PBT,PPO. 特种工程塑料：也叫高性能工程塑料是指综合性能更高，长期使用温度在150以上的工程塑料，主要用于高科技，军事和宇航、航空等工业。特种工程塑料主要包括聚苯硫醚(PPS），聚砜(PSF），聚酰亚胺（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，特种工程塑料种类多，性能优异价格昂贵。 2：按塑料的结晶形态分类 一般分为结晶性塑料和无定形塑料 结晶性塑料是指在适当的条件下，分子能产生某种规则几何结构的塑料，如PE，PP， PA，POM，PET，PBT。大多数的所谓结晶塑料也只是属于部分结晶状态。 无定形塑料是指分子形状和分子排列相对不呈晶体结构而呈无序状态的塑料如ABS，PC，PVC，PS，PMMA，EVA，AS，非结晶性塑料在各个方向上表现的力学特性是相同的（各向同性）,5,塑料概述,3：按塑料在受热时的行为分类 一般分热固性塑料和热塑性塑料 热固性塑料是指受热后成为不熔的物质，再次受热不再具有可塑性且不能再回收利用的塑料，如酚醛树脂，环氧树脂，氨基树脂，聚胺脂，蜜胺餐具 热塑性塑料是指在特定的温度范围内，能反复加热软化和冷却变硬的塑料，如ABS，PP，POM，PC，PS，PVC，PA，PMMA，他可以再回收利用。 4；塑料的其他分类 将塑料分成透明塑料（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） 将塑料分成硬质塑料（如ABS，PC），半硬质塑料（如PE，PP），软质塑料（如BDS，软PVC，TPE） 按塑料的化学结构分类：稀烃类如PP，PE，苯乙稀类如AS ，ABS，BDS，聚脂类如 PET，PBT，聚酰胺类，如PA66 PA6 PA1010，PA610，PA11,PA12 PA6T.MDX-6 ，PA9T,丙稀酸类如PMMA，聚醚类塑料如PC，PSF，PPO。,6,塑料概述,5：热塑性塑料的一般分类图,7,塑料概述,8,塑料概述,四；塑料的物理性能,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,在给定的温度下和规定时间内，试样发生断裂的应力值，用符号（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）热塑性塑料水口料，及报废件回收使用,16,塑料概述,2:塑料的缺点,1:塑料的基础是树脂,主要物料就是树脂,很多树脂无需添加其他物料直接加工成型如PP,PE等 2:增塑剂:如PVC中环氧大豆油增塑剂,TPE中的烃油. 3:稳定剂:分为加工防降解,抗氧和防紫外光老化剂 4:润滑剂:降低粘连,提高光泽.如ABS747S中就添加了润滑剂 5;填充剂:只是为物料的体积,降低成本和降低收缩而使用 6;增强剂:如玻纤,玻纤布,滑石粉等填充可以作为增强, 7:交联剂:使分子与分子之间发生连接,如EVA发泡加工中的DCP(过氧化二异丙苯) 8;偶联剂:二种物料起搭桥的作用,如玻纤增强的硅碗处理剂 9:着色剂: 10发泡剂:最常用的是AC.主要看分解温度，发气量，发气速度。 11:成核剂:改善结晶温度,速度,结晶多少,晶体大小,晶体结构,如苯甲酸钠 12:其他助剂:阻燃剂,驱避剂,防静电剂,吸湿剂 等,17,塑料的物料组成和助剂,1、注射成型 又称注塑成型. 是热塑性塑料最常见的成型方法 2、挤出成型 又称挤塑成型.是热塑性塑料产量最大的成型之一 3、中空成型 又称吹塑成型 :吹塑薄膜,桶,瓶等其他中空件. 4、压缩成型 又称压制,模压成型.把上下模安装在压力机的上下模板之间,将塑料原料直接加入型腔内,将模具闭合,塑料在受热受压下充满型腔,固化定型后得到塑料制件. 5、压注成型 :又称传递成型.也是热固性塑料的主要成型方法之一.它是将塑料粒料装入模具的加料室内,在加热,受压下熔融的塑料通过模具加料室底部的浇注系统充满型腔,然后固化成型 6、固相成型 ;使塑料在熔融温度下成型,在成型过程没有明显的流动状态,多用于塑料板材的二次成型加工,如真空成型,压缩空气成型和压力成型等. 7,发泡成型:高低压注塑发泡,微发泡,挤出发泡,模压发泡,浇注发泡等 8、其它成型 压延成型,流延成型,浇铸成型,滚塑成型, 泡沫成形,烧结成型,缠绕与喷射成型等,18,塑料常用的几种成型工艺,1,聚合物大分子的结构 大分子的形成:单体以共价键的形式聚合形成大分子结构,举例,聚乙烯 NCH2=CH2-(CH2-CH2)N 聚合度:单体结构的聚合数量,即上式中的N 相对分子质量的多分散性:同一聚合物体系中各个大分子的相对分子质量会因聚合度的不同而有差异 聚合度高,材料强度大,流动性差成型困难 分子量分散性大,强度下降,流动性上升. 大分子的链状结构及其柔顺性:如碳-碳键的键角变化,碳-碳键的自由转动是聚合物具有柔顺性和差异的内在原因 大分子链状结构的类型:线形,支链型,体型(交联型),塑料特性和成型基本原理,2:聚合物的结构和层次(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:塑料的三个物理状态 3-1,三个物理状态的描述,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聚合物三态微观结构和工艺特性,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,玻璃化温度,30,塑料特性和成型基本原理,4:塑料材料的可加工性 可挤压性:粘流态聚合物在压力作用下取得变形和流动的能力,一般可用熔体指数表示:MFI或MI ,单位G/MIN(规定的条件),有些聚合物常用黏度来表示它的流动性,不过黏度和熔体指数所表示的意思恰好相反,黏度越高,流动性越差.融体指数高表示流动性好. 可模塑性:材料在压力和温度下获取形状的能力:评价可模塑性的方法A:材料的流动性测试2螺旋流动实验 聚合物模塑成型区域图,塑料特性和成型基本原理,5,聚合物流动变形的粘弹性 A:聚合物受到切应力,拉应力,压应力而流动变形 B:聚合物融体在流动变形时同时具有弹性和粘性性质,这就是所谓聚合物流变粘弹性 C:聚合物变形对应力作用的滞后响应叫滞后效应,而变形与应力之间的平衡过程可认为是松施,见变形-时间图 D:粘弹性原理的实际现象和应用:产品脱模后制品内存在着残余应力,大分子还将随时间的延续进行活动和重排,同时结构趋向紧密,产生变形,尺寸减少,这些现象与松施有关,也就是我们平时所说的时效变形,时效往往持续很长时间,有的达数月或数年,当然大的变形和尺寸变化都发生在刚脱模后不久. 要克服和减少这种变形滞后引起的危害, 从理想的注塑工艺讲,应该在保压力作用下,在适当的模温下,以及其慢的冷却速度使其固化.,有充分的时间在模腔内松施.,减少残余应力,尺寸和形状稳定.,塑料特性和成型基本原理,6,聚合物粘度和温度,切应力关系,塑料特性和成型基本原理,7:高聚物在模内的流动行为 端末效应:A入口融体弹性收敛效应B离模弹性膨胀效应 失稳流动和融体破裂,在超过融体的极限切变速率情况下,融体不再层流流动,失稳流动的结果是融体破裂,表面质量恶化. 聚合物融体充模流动(略) 聚合物的扩展流动过程(略),塑料特性和成型基本原理,塑料特性和成型基本原理,8,聚合物加工时的物理和化学变化 8-1,物理变化-结晶行为,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,物理变化-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,化学变化-降解 热降解,氧化降解,水降解,应力降解 解决方法:控制温度,如果需要可以加稳定剂,抗氧剂,料需要干燥透彻后才能成型,消灭聚合物的流动死角.设备运转精度及确定良好的工艺. 8-4,化学变化-交链 聚合物有线形分子结构转变为体型分子结构的化学反应过程称为交链, 交链后的聚合物各种性能提升.同样是化学变化,降解是我们不希望的,交链是我们的主动行为.,交链需要我们添加引发剂和交链剂,以达到我们所需要的温度,时间,或在某种外部条件引发下进行交链.,塑料特性和成型基本原理,9，塑料的蠕变和应力松施,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，塑料的热膨胀,44,塑料特性和成型基本原理-8,塑料的热膨胀,聚丙稀,尼龙,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的脆性而开发出共聚PP,PP的性能除了有分子量及分布和丙稀乙烯嵌段种类状态决定外,结晶程度是很重要的.工艺和其他物料会对PP结晶度产生影响,PP是一种非极性的材料,所以在印刷,喷涂前需要予处理,也给性能提升改性带来相对难度.2, PP的应用由于PP的性价比高,它的应用量是最大的,家电日用品,薄膜,管子等,聚丙稀,尼龙,ABS,的性能和加工特性,47,聚丙稀,尼龙,ABS,的性能和加工特性,4,我公司常用PP(共聚)的机械性能,聚丙稀,尼龙,ABS的性能和加工特性,2,聚酰胺(PA),聚丙稀,尼龙,ABS的性能和加工特性,4,我公司常用尼龙的机械性能,50,聚丙稀,尼龙,ABS的性能和加工特性,聚丙稀,尼龙,ABS的性能和加工特性,3,ABS,52,聚丙稀,尼龙,ABS的性能和加工特性,4,我公司常用ABS的机械性能,塑料的简易鉴别方法,1,塑料鉴别的方法: 有很多种塑料鉴别方法如塑料的外观鉴别,塑料的加热软化鉴别,溶剂处理鉴别密度鉴别,热解显色实验鉴别,燃烧试验鉴别,反应显色鉴别,熔点鉴别,玻璃化温度鉴别,红外光谱、质谱，核磁共振、差热扫描等 2,塑料的燃烧鉴别 1聚丙烯PP容易燃烧,熔融滴落，上黄下蓝,离火后烟少 继续燃烧,石油味 2聚乙烯pe容易燃烧,熔融滴落，上黄下蓝.离火后继续燃烧,石蜡燃烧气味 3聚氯乙烯pvc燃烧难 软化,上黄下绿有烟,离火熄灭,刺激性酸味 4聚甲醛POM燃烧容易, 熔融滴落,上黄下蓝，无烟,离火后继续燃烧,强烈刺激甲醛味 5,尼龙pa燃烧情况慢,燃烧火焰状态,熔融滴落,离火后起泡 慢慢熄灭,特殊羊毛，指甲气味,6,聚甲基丙烯酸甲酯PMMA容易燃烧,熔化起泡，浅蓝色，质白，无烟,离火后继续燃烧,强烈花果臭味，腐烂蔬菜味, 7.聚碳酸酯PC容易燃烧，软化起泡,有小量黑烟,离火熄灭,无特殊味 8,丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS缓慢燃烧, 软化燃烧，无滴落,黄色，黑烟,离火继续燃烧,特殊气味 3,塑料的直观鉴别,54,塑料的简易鉴别方法,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义 塑料虽然有很多优良的性能,但与金属材料比存在很多缺点,不同品种的特性与缺点也不尽相同.一些综合性能要求高的领域,单一的塑料难以满足要求,因此,改性提升塑料性能的目的如下: A:提高塑料的综合性能 B:提高工程塑料的力学性能,如强度,低温韧性等 C:提高工程塑料的耐热性.大多数工程塑料的热变形温度都不高,对于一些在一定温度下工作的部件来讲.通用工程塑料就难于胜任 D:提高其加工性能,如PPO的成型加工比较差,加入PS改性后其加工流动性大为改善 E:提高工程塑料的耐燃烧性.大多数工程塑料属于易燃烧材料,用于电器,电子设备的安全性低,通过阻燃化改性,使材料的安全性提高. F:降低材料的成本.工程塑料尤其是特种工程塑料的价格较高,用无机填料与工程塑料共混改性,既降低了材料成本,又改善了成型收缩与翘曲.,塑料材料性能的提升,改性,G:实现工程塑料功能化,提高其使用性能.如工程塑料的导电性小,对一些需要防静电,导电的用途需进行抗静电或导电改性,使其具有防静电,导电.电磁屏蔽的功能. 通过塑料的改性,提高其性能,增加其品种,扩大其用途,实现工程塑料高性能化,功能化,专用化,系列化. 2,塑料改性最常用方式 2-1:增韧化改进: 这是最常用的塑料改性形式,因为大多塑料都存在不耐冲击,尤其是冷脆,大大降低了塑料使用范围. 增韧改进的形式很多,1共混改进,如POE,SEBS改进PP的常温和冷冻脆性问题,这些改进主要考虑的是结构相似,极性.溶解度参数相近原则,这些添加的物料本身具有很高的冲击强度和冷冻性能.2专用增韧剂增韧,在弹性体无法和基材相容的情况,需要先将弹性体化学接枝上另一种材料,这样弹性体的身上就有了和基材相结合的分子结构如接枝POE(POE-G-MAH)增韧尼龙.,就是POE本身,没法和PA结合,当POE接上了马来酸酐后,酸酐键就能键合尼龙的酰胺基团,这样的增韧改性,在增加韧性的基础上相对来说刚性下降会少些.3合成共聚合增韧改进.如均聚PP共聚合PE成共聚PP,共聚PP的韧性比均聚PP好多.4:增塑增韧,如软PVC,CPE增韧PVC,相当于溶剂化,尼龙吸湿后的韧性上升也是被水溶剂化的结果5:刚性增韧,刚性颗粒只要小到一定程度如纳米级(0.1UM),同时具有良好的分散和界面,在一定程度上也能有增韧作用 2-2纤维化增强: 前面说到塑料的绝对机械性能不高,除了脆性外,拉伸,弯曲强度也不高.根据一般原理,凡是高模量的纤维都能对塑料起增强作用,主要是要解决纤维的界面偶联处理(这是最重要的),纤维的分散,另要考虑纤维状态.长度,强度,方向性,加工成型之间的关系. 最常用的纤维增强有:玻纤增强,碳纤增强.在玻纤增强中尼龙的增强效果是非常好的,不仅是刚性(弯曲,模量)增加了一倍以上,同时冲击强度也上升很多. 2-3阻燃化改性: 前面说到几乎所有塑料都是可燃的.所以影响了在电器电气产品及其他场合的应用,2-3阻燃化改性: 前面说到大部分塑料都是可燃的.所以影响了在电器电气产品及其他场合的应用 在塑料中添加阻燃剂防止燃烧作用的原理是1稀释-减少可燃量2隔绝-不然气体隔断3冷却吸收热量4消除-链反应中断. 常用的有机阻燃剂有1溴系列2氯系列2氮系列,常用无机阻燃机有水合氢氧化铝.氢氧化镁,硼化物,红磷 在实际应用时,阻燃剂一般都是复合使用,能起到良好的阻燃.协同作用,如十溴连苯醚+三氧化二锑是最典型的复合阻燃配方,58,塑料材料性能的提升,改性,59,谢谢！,