1选择与分析塑料原材料（PPT31页)

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,项目,1.1,选择与分析塑料原材料,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,项目一 选择与分析塑料原材料,模块一 成型工艺设计,项目实施,4,学习目标,1,项目引入,2,相关知识,3,思考与练习,5,Thank You !,能力目标：,1.,会分析并选择塑料种类,2.,会分析给定塑料的使用性能和工艺性能,知识目标：,1.,掌握塑料的组成、分类、结构特点以及常用的塑料基本性能,2.,了解塑料热力学性能与成型加工方法之间的关系,3.,熟悉常用塑料代号、性能和用途,学习目标,项目引入,a),开关盒,3d,图,b),开关盒,2d,图,训练合理选择与分析塑料原材料的能力。,大批量生产，要求电性能好，产品外表面美观、无瑕疵，具有一定的强度。,相关知识,（一）塑料的组成,塑料,树脂,添加剂,塑料,以,树脂,（或在加工过程中用单体直接聚合）为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂为辅助成分，在加工过程中一定温度和压力的作用下能流动成型的高分子有机材料。,树脂,指受热时通常有转化或熔融范围，转化时受外力作用具有流动性，常温下呈固态或半固态或液态的有机聚合物，它是塑料最基本的，也是最重要的成分。,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。,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树脂产物。,作用：,塑料的主要成分,决定塑料的类型和基本性能,胶粘其它成分材料,赋予塑料可塑性和流动性,1,树脂,2,添加剂, 填充剂（填料）,重要的但非必不可少的成分，含量一般不超过塑料,40%,。,作用：,减少树脂用量，降低塑料成本；,改善塑料某些性能，扩大塑料的应用范围。, 增塑剂,能够增加塑料的,可加工性、延展性和膨胀性的物质；它是,能与树脂相溶的、不易挥发的高沸点有机化合物,。主要有甲酸脂类、磷酸酯类和氯化石蜡等。,作用：,提高塑性、流动性和柔软性；,降低刚性和脆性；,改善塑料的工艺性能和使用性能。,稳定剂,凡能阻缓材料变质的物质称为稳定剂。用量一般为,0.3,0.5%,。,热稳定剂：,抑制或防止树脂在加工或使用过程中受热而降解。,光稳定剂 ：,阻止树脂在光的作用下降解（塑料变色、力学性能下降等等）。,抗氧化剂 ：,延缓或抑制塑料氧化速度。,润滑剂,为防止塑料在成型过程中粘模，减少塑料对模具的摩擦，改善塑料的流动性，提高塑件表面的光泽度而加入的添加剂。加入量一般为,0.5,1%,。,着色剂,起装饰美观的作用，某些着色剂还能提高塑料的光稳定性、热稳定性和耐候性。一般有无机颜料、有机颜料和染料,3,大类。用量一般为,0.01,0.02%,。,还有,阻燃剂、抗静电剂、发泡剂、防腐剂,和,加工助剂,等等。,并非每种塑料都要加入全部的添加剂，而是根据塑料品种和需求加入某些添加剂。,（二）高聚物的分子结构,1.,高聚物分子的结构特点,无论是天然树脂还是合成树脂，它们都属于高分子聚合物，简称高聚物。,nCH,2,CH,2,CH,2,CH,2,n,乙烯,聚乙烯,聚合度,：聚乙烯分子结构中的,n,值表示高分子化合物中链节的重复次数，,n,值越大，相对分子质量越大。,a),线形,b),带支链线形,c),体形,聚合物分子链结构示意图,2.,高聚物分子链的聚集状态,对于某些固体材料，如果它们中的质点既是近程有序，又是远程有序，则可将它们称为晶体材料，反之则称为非晶体材料。高聚物的结构按照分子排列的几何特点，可以分为,结晶型,和,非结晶型,（,无定型）,两大类型。,分子结构简单、对称性高的聚,合物以及分子间作用力较大的聚合,物等从高温向低温转变时，由无规,则排列逐渐转化为有规则紧密排,列，这种过程称为,结晶,。,结晶的程度可用,结晶度,来衡,量。结晶度是指聚合物中的结晶,区在聚合物中所占的重量百分数。,结晶型聚合物结构示意图,1-,晶区；,2-,非晶区,（三）塑料的分类,1.,按分子结构及其热性能分类,通用塑料,一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。六大品种：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料。,工程塑料,一般指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。如聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、,ABS,、聚砜、聚苯醚以及聚四氟乙烯等。,特殊塑料,一般指具有特种功能（如耐热、自润滑等），应用于特殊要求的塑料。如氟塑料、聚酰亚胺塑料、有机硅塑料、环氧塑料、,导磁塑料和导热塑料等。,2,按塑料的用途分：,（四）塑料名称与代号,用其化学命名的英文全称编写大写字母表示，可大大简化，不仅书写与应用方便，又便于国内、国际间技术交流。如：,PE,、,PP,、,PS,、,PVC,、,POM,、,PPO,、,ABS,等。,（五）高聚物的热力学性能和成型加工适应性,线形无定型聚合物随温度的变化热塑性材料可以分为三种物理聚集状态：即玻璃态、高弹态和粘流态。,1.,玻璃态,温度低于,T,g,（玻璃化温度），只适于进行车削、锉削、钻孔、切螺纹等机械加工。,T,b,（脆化温度）是塑料加工使用的最低温度，而,T,g,是塑料使用的上限温度。,2.,高弹态,高于,T,g,低于,T,f,（粘流化温度），可进行较大变形的成型加工，如压延成型、中空吹塑成型、热成型等。,3.,粘流态,当温度继续上升高于,T,f,，成为粘流态，常称之为熔体。,T,f,T,d,是塑料成型加工的范围，可进行注射成型、压缩成型、压注成型、挤出成型等变形大、形状复杂的成型。,对完全线形结晶型聚合物，其热力学曲线通常不存在高弹态，只有在相对分子质量较高时才有可能出现高弹态。与,T,f,对应的温度叫做熔点,T,m,，是线形结晶型聚合物熔融或凝固的临界温度。,而热固性材料由于分子运动阻力很大，一般随温度发生的力学状态变化较小，所以通常不存在粘流态甚至高弹态，即遇热不熔，高温时则分解。,高聚物的温度,-,形变曲线及与成型加工的关系,1-,非结晶型树脂；,2-,结晶型树脂,（六）高聚物在成型过程中的变化,1.,高聚物的,结晶,高聚物由非晶态转为晶态的过程就是结晶过程。结晶发生在高温熔体向低温固态转变过程中，在此过程中高聚物分子作稳定规整排列的就是结晶区。高聚物的结晶过程由晶核生成和晶体生长两步完成。,2.,高聚物的,取向,高聚物在导管内流动的速率在管中心处为最大，管壁处为零；在导管截面上各点的速度分布呈扁平的抛物线状。在这种流动情况下，塑料中各自存在的细而长的纤维状填料和高聚物分子，在很大程度上，都会顺着流动的方向作平行的排列，这种排列常称为取向作用。,热塑性塑料在其玻璃化温度与粘流化温度之间进行拉伸时，也会发生取向作用。,这些取向单元如果继续存在于塑件中，则塑件就将出现各向异性。,各向异性有时是塑件所需要的，有时又要尽量消除这种各向异性现象。,3.,高聚物的,降解,高聚物分子可能由于受到热和应力的作用或由于高温下高聚物中微量水分、酸、碱等杂质及空气中氧的作用而导致其相对分子质量降低，使高聚物的大分子结构发生化学变化。通常人们把高聚物相对分子质量降低的现象称为高聚物的降解，也称裂解。降解大多是有害的。因此，在加工过程中应设法减少和避免高聚物降解。,4.,高聚物的,交联,高聚物在加工过程中，形成立体网状分子结构的反应称为交联，通过交联反应可生成体形高聚物。和线形高聚物相比，体形高聚物的机械强度、耐热性、耐溶剂性、化学稳定性和塑件的形状稳定性均有所提高。交联反应主要发生在热固性聚合物的成型过程中，交联度过低称为“硬化不足”，反之称为“硬化过度”。交联程度不会达到,100%,，但是硬化程度却可以。一般硬化程度大于,100%,的为“过熟”，反之则为“欠熟”。,是塑料在成型加工过程中表现出来的特有性质。,1.,热塑性塑料的工艺性能,（,1,）收缩性,塑料自模具中取出冷却到室温后，其尺寸或体积会发生收缩变化，这种性质称为收缩性。收缩性的大小以单位长度塑件收缩量的百分数来表示，称为收缩率。,（七）塑料的工艺特性,式中,a,模具型腔在成型温度时的尺寸；,b,塑件在常温时的尺寸；,c,塑料模具型腔在常温时的尺寸。,实际收缩率,计算收缩率,影响塑件成型收缩的因素主要有：,1),塑料品种。,2),塑件结构。,3),模具结构。,4),成型工艺。,（,2,）流动性,在成型加工中，塑料熔体在一定的温度与压力作用下充填模腔的能力，称为塑料的流动性。热塑性塑料的流动性一般用熔体流动速率来衡量。熔融指数测定仪：每,10min,所压出的塑料质量即为该塑料的熔体流动速率（,g/10min,）。,流动性好：,聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、醋酸纤维素等；,流动性中等：改性聚苯乙烯、,ABS,、,AS,、有机玻璃、聚甲醛、氯化聚醚等；,流动性差：聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、氟塑料等。,影响流动性的因素主要有：,1),温度。,2),压力。,3),模具结构。,（,3,）相容性,俗称为共混性，是指两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状态不产生相分离现象的能力。如果两种塑料不相容，则混熔时制件会出现分层、脱皮等表面缺陷。分子结构相似较易相容，分子结构不同时较难相容。,（,4,）吸湿性,是指塑料对水分的亲疏程度。,吸湿性或粘附水分塑料：聚酰胺、聚碳酸酯、,ABS,、聚苯醚、聚砜等；,吸湿或粘附水分极小：聚乙烯、聚丙烯等。,具有吸湿或粘附水分的塑料，在加工成型前，一般都要经过干燥。,（,5,）热敏性和水敏性,热敏性,是指某些热稳定性差的塑料，在高温下受热时间较长或浇口截面过小及剪切作用过大时，料温增高就易发生变色、降解、分解的倾向。具有这种特性的塑料称为热敏性塑料。防止热敏性塑料在成型过程中出现过热分解现象措施：在塑料在加入稳定剂、合理选择设备、正确控制成型温度和成型周期、及时清理设备中的分解物等办法。,水敏性,是指在高温下熔体对水分降解的敏感性。具有水敏性的塑料，称为水敏性塑料。水敏性塑料在成型前必须进行干燥处理。,（,1,）收缩率,热固性塑料也具有因成型加工而引起的尺寸减小，计算方法与热塑性塑料收缩率相同。,影响收缩率的因素有原材料、模具结构或成型方法及成型工艺条件等。塑料中树脂和填料的种类及含量，直接影响收缩率的大小。当在固化反应中树脂放出的低分子挥发物较多时，收缩率较大，反之收缩率小。在同类塑料中，填料含量多时收缩率小，无机填料比有机填料所得的塑件收缩小。,凡有利于提高成型压力、增大塑料充模流动性、使塑件密实的模具结构，均能减小制件的收缩率，用压缩或压注成型的塑件比注射成型的塑件收缩率小；凡能使塑件密实，成型前使低分子挥发物溢出的工艺因素，都能减小制件收缩率。,2.,热固性塑料的工艺性能,（,2,）流动性,流动性的意义与热塑性塑料流动性类同，但热固性塑料通常以拉西格流动性来表示。,流动性过大容易造成溢料过多，填充不密实，塑件组织疏松，树脂与填料分头聚集，易粘模而使脱模和模具清理困难以及过早硬化等缺陷；流动性过小则填充不足，不易成型，成型压力增大。,影响流动性的因素：,1),塑料品种。,2),模具结构。,3),成型工艺。,（,3,）比体积和压缩比,比体积（比容）是单位质量的松散塑料所占的体积。压缩比是塑料的体积与塑件的体积之比，其值恒大于,1,。比体积和压缩比都表示粉状或短纤维状塑料的松散性。它们都可用来确定模具加料室的大小。,（,4,）硬化速度,热固性塑料在成型过程中要完成交联反应，这一过程称为硬化。,硬化速度慢，会使成型周期变长，生产率降低；硬化速度快，则不能制作大型、复杂的塑件。,硬化速度与塑料品种、塑件形状、壁厚、成型温度及是否预热、预压等有密切关系。压注或注射成型时，应要求在塑化、填充时化学反应慢，硬化慢，但当充满型腔后，在高温、高压下应快速硬化。,（,5,）水分及挥发物含量,来自两个方面：一是塑料在制造中未能全部除净水分，或在储存、运输过程中，由于包装或运输条件不当而吸收水分；二是来自压缩或压注过程中化学反应的副产物。,塑料中水分及挥发物的含量，在很大程度上直接影响塑件的物理、力学和介电性能。此外，含量过多时，会促使流动性过大，容易溢料，成型周期长，收缩率增大，塑件容易发生翘曲、波纹及光泽不好等现象。水分及挥发物在成型时变成气体，必须排出模外。,（八）常用塑料的性能及应用,略,项目实施,开关盒原材料选择,1.,选用塑件材料,开关为电器类零件，要求电性能良好，需大批量生产，要求成型工艺性能好，通过查常用塑料的性能及应用，对多种塑料进行综合比较，材料品种可选择通用聚苯乙烯（,GPPS,）和聚氯乙烯（,PVC,），但是，,一般,PVC,含有不被国家相关标准允许使用的二（乙基己基）己二酸酯（,DEHA,）增塑剂，,DEHA,在高温时（超过,100,）容易释放出来，接触人体后危害身体健康,，所以本项目中开关盒的塑料材料选用通用聚苯乙烯（,GPPS,）。,2.,分析塑件材料使用性能和工艺性能,（,1,）使用性能,通过查相关塑料模具设计资料可得：通用聚苯乙烯（,GPPS,）是聚苯乙烯（,PS,）品种之一，俗称透苯，属无定形高聚物，无明显熔点。无色、无臭、无毒、无味，呈透明性刚硬固体。其使用性能如下表所示。,通用聚苯乙烯（,GPPS,）使用性能,物理性能,密度为,1.04,1.09,，透明度高达,88%,92%,，折光率为,1.59,1.60,，高的折光率使其具有良好的光泽，而具有装饰效果。尺寸稳定性好，吸湿性低，只有,0.02%,。所以能在潮湿环境下保持尺寸稳定和强度不变。,机械性能,机械性能受温度、时间、环境条件等诸因素的影响，其长期负载强度为原拉伸强度的,1/3,1/4,。虽其质硬但却比其它回弹性材料更容易因磨擦而起刮痕，经退火可提高制品机械强度。,热性能,热变形温度为,70,98,，连续使用温度为,60,80,，这与承载大小，时间长短有关，导热系数不随温度而变化，因此可用作冷冻绝缘材料。在高真空和,330,380,下，产品剧烈降解。,化学性能,不溶于矿物油、有机酸、碱、盐、低级醇以及它们的水溶液，能受许多烃类、酮类、高脂肪酯的侵蚀而软化，溶于大多数芳烃化合物。其耐沸水性较差。,环境性能,虽对一般户外环境条件的耐御力较好但对紫外线的影响却较大，一般暴露于紫外线时会变色和脆化，在超声波影响下也会降解。,电性能,电绝缘性,(,尤其高频绝缘性,),优良,（,2,）工艺性能,（,1,）无定形料,吸湿小,不须充分干燥,不易分解,但热膨胀系数大,易产生内应力。,（,2,）流动性较好（溢边值为,0.03mm,左右），可用螺杆或柱塞式注射机成型。考虑其成型收缩率为,0.5,0.8%,。,（,3,）宜用高料温,高模温,低注射压力,延长注射时间有利于降低内应力,防止缩孔、变形（尤其对厚壁塑件）。料温高过高易出现“银丝”，料温过低或脱模剂过多则透明性差。,（,4,）可用各种形式浇口,浇口与塑件圆弧连接,以免去浇口时损坏塑件。脱模斜度大,一般型腔部分为,35,130,，模芯部分为,30,1,，对于稍为复杂的制品可在,50,2,之间选取。顶出须均匀，否则会因脱模不良而发生开裂变形。,（,5,）塑件壁厚均匀,一般在,1.0,4.0mm,之间选取。最好不带嵌件（如有镶件应预热）。各面应圆弧连接，不宜有缺口、尖角。,3.,结论,本项目中开关盒为日常生活电器，要求电性能好，产品外表面美观、无瑕疵，具有一定的强度。采用聚苯乙烯（,PS,）料，产品的使用性能能满足要求，材料成型工艺性能好，选择合理的成型方法和工艺条件，产品能够大批量顺利成型。,1.,塑料一般由哪些成分组成？各自起什么作用？,2.,塑料如何分类？热塑性塑料和热固性塑料有什么区别？,3.,塑料在不同物理聚集状态下，分别采用什么加工成型方法？,4.,什么是塑料的收缩率,?,影响塑料收缩率的因素有哪些？,5.,什么是塑料的流动性？影响流动性的因素有哪些？,思考与练习,