工程塑料成型加工

工程塑料及其应用,青 岛 科 技 大 学,第一章 工程塑料性能,一,第二章 工程塑料成型加工,二,第三章 工程塑料改性,三,第四章 工程塑料在机械中的应用,四,目 录,工程塑料,由于熔点较高、熔融粘度较大，成型加工比较困难，各有特点。,2 工程塑料成型,2.1,ABS,成型加工,（,1,）,ABS,吸水，所以加工前必须枯燥处理，方法：,80,环境枯燥,8,小时左右。,（,2,）非结晶的无定形聚合物，没有固定熔点，加工温度范围较宽，注射,230,左右，挤出,200,左右。,（,3,）成型收缩率与,GPS,相似，,0.5%,左右。,（,4,）非常容易出现应力开裂，必要时进行退火处理，,70,枯燥,2-4,小时。,5,2.2,聚碳酸酯成型加工,苯环,刚性基团,醚氧键,提高链柔性,极性基团,提高分子间作用力，吸水。,总体来讲，双酚,A,型的聚碳酸酯是以刚性为主兼有一定柔性的材料。,Tg,145,o,C,，黏流温度,300,o,C,。,异丙撑基,柔性,1,、化学结构,2.,2,聚碳酸酯成型加工,由于,PC,分子链的刚性和苯环的体积效应，导致结晶能力变差，其熔融温度和玻璃化温度均超过模具温度，很快降至熔融温度和玻璃化温度之下，完全来不及结晶，只能得到无定形的透明制品。,PC,虽然吸湿性很小，但因为容易高温水解，,即使微量的水分也要在加工前尽量去除,（含水率要,0.02,）；,PC,分子链刚性大，,熔体黏度高,；,PC,的熔体更接近牛顿流体，,提高温度比增大压力更能降低熔体黏度,；,由于分子量的不同，熔融粘度以高粘度、中粘度和低粘度采用的加工工艺有所区别，注射成型温度从,250-300,，挤出时操作在,250,左右。,PC,的分子链刚硬，成型冷却后易剩余,很大的内应力（如何消除？）,。,2.,2PC,成型加工,2.,3PET,成型加工,透明瓶或膜加工要点：,1,、枯燥（,130,左右枯燥,8,小时），防止水产生雾度。,2,、由于结晶温度高（,130,左右）、结晶速度慢可采取急冷，冻结晶核生成。,2.,4PMMA,成型加工,浇铸成型：用于成型有机玻璃板材、棒材等型材，即用本体聚合方法成型型材。,注塑成型：采用悬浮聚合所制得的颗粒料，成型在一般的柱塞式或螺杆式注塑机上进行。,挤出成型：用悬浮聚合生产的颗粒料制备有机玻璃板材、棒材、管材、片材等，但这样制备的型材，特别是板材，由于聚合物分子量小，力学性能、耐热性、耐溶剂性均不及浇注成型的型材，其优点是生产效率高。,热成型：是将有机玻璃板材或片材制成各种尺寸形 状制品的过程，将裁切成要求尺寸的坯料夹紧在模具 框架上，加热使其软化，再加压使其贴紧模具型面，得到与型面相同的形状，经冷却定型后修整边缘即得制品。,耐疲劳性能好，并且其耐疲劳性是再常见的热塑性塑料中最好，能耐,107,次以上反复负荷的作用。,POM,即使交变次数达,107,次，其疲劳强度仍保持在,35MPa,，而,PC,和,PA,经,104,次交变试验后，疲劳强度只有,28MPa,。,特别适合受外力反复作用的齿轮类制品和持续振动下的部件。,2.,5POM,成型加工,POM,稳定性差。,均聚甲醛端基中含有不稳定的,OH,结构，,POM,的,Td(235,240),较低，,当温度高于,270,时,CO,键将断裂，引起大分子热分解。,甲醛在高温有氧时会被氧化成甲酸，而甲酸对,POM,的降解反响有自动加速催化作用，因此常在均聚甲醛树脂中参加热稳定剂、抗氧剂、甲醛汲取剂等以满足成型加工的需要。,2.,5POM,成型加工,2.,5 POM,成型加工,成型前枯燥：1004h。,加工温度范围窄：熔点为,175(,均聚,),或,165(,共聚,),，温度大于,190,就开始降解；,热敏性塑料，严格操作成型温度,。,熔融状态下为非牛顿型流体，,熔体粘度对剪切敏感,，受温度影响不大。,模温操作在适当，80左右，结晶充分；,收缩率较大，模具设计应考虑尺寸；,热处理消除内应力；,1,）因为易吸水，高温下氧化变色，所以加工时应进行枯燥处理，一般情况100左右烘干,8-12,小时，使其含水量不超过0.,1,，特殊制品应在真空枯燥箱中进行。,2,）还熔体粘度较小，容易产生“流涎现象“，所以在注塑时应采用自锁式喷嘴。另一方面，熔融温度范围较窄，喷嘴必须加热，以免堵塞。,3,）收缩率较大，,2%,以上，尺寸最终稳定时间较长。,4,）制件调湿处理，提高韧性和尺寸稳定性。,2.,6 PA,成型加工,2.,7.1,成型加工特性,1)PPO是无定型的非晶材料，在成型时无结晶过程，残留内应力会造成应力开裂，在选定成型条件时应认真考虑。,2)聚苯醚的熔点高，其晶体局部的熔融温度高达262267，而且，在300以下其熔体粘度很高，给聚苯醚的成型加工带来困难。,3)聚苯醚和改性聚苯醚的熔融体属非牛顿型流体，熔体的粘度与温度的关系很大，随着温度的提高粘度直线下降。这种粘度大，流动性差的特性致使加工时必须采用很高的温度，因此，加工困难，能耗过大。,2.,7,聚苯醚成型加工,4,),成型收缩率很低,，蠕变小，尺寸稳定，,可成型精密制品。,5,),吸水率很小，通常物料不经枯燥就能进行成型加工,(,如需枯燥，物料厚度为50mm时，一般在l30左右枯燥2h即可。,),。,2.,7.1 PPO,加工特性,螺杆长径比应大于15,：1；,压缩比一般采用2.5,.5)。,螺杆形式,多,采用渐变,式的等距变深,。,喷嘴,采用,直通式,模具应装有加热装置，模具与注射机模板之间要有绝热板。,成型温度：,料筒温度一般操作在280,340的范围内,，超过340，物料降解。,2.,7.2 PPO,注射成型,模具温度应在100-150范围内，能使应力减至最小，有利于降低外表粗糙度和充满薄壁局部。超过150容易引起气泡并延长成型周期；,低于100，会产生较高的残,留应力，以及使制品产生充模,缺乏和分层脱皮等缺点。,聚苯醚注射成型的废料可,反复使用，一般重复3次，,其力学性能没有明显的下降。,2.,7.2 PPO,注射成型,聚苯硫醚(PPS)树脂白色，硬而脆,跌落于地上有金属响声，密度1.36,g/cm,3,，成型收缩率,0.,7,%,。透光率仅次于,PMMA,着色性、,耐水性好,。加工性能好，可以制成粒料、纤维、薄,膜,、涂料、注塑制品、挤出制品和压塑制品等，用途极,广。,PPS的热变形温度在260以,上,，,连续使用温度,20,0-,24,0,，是耐热性极佳的特种工程塑料,PPS树脂本身具有很好的阻燃性，无需添加任何阻燃剂即,可到达UL-94 V-0。(无滴落)级，且燃烧过程中发烟量很低。,PPS树脂经复合后成型收缩率极小，吸水率低，线膨胀系,数小，即使在高温或高湿度条件下也显示优异的尺寸稳定性。,PPS树脂的流动性很好，可用各种方法加工成型，可注射,成型复杂和薄壁的精密制件。,2.,8 PPS,成型加工,2.,8,.,1,注射成型,1)PPS有良好的流动性,2)枯燥:145,3-4h,3)料筒,温度为315,360,。典型,的注射压力为5,.,5-8,.,2MPa,。,4）模具的温度应操作制在133-162之间，使PPS能充分结晶。,低于这个温度范围，部件PPS不能结晶，这样当制件在超过原先模具温度以上的温度下工作时，没有充分结晶的PP5制件就会产生结晶。引起收缩，尺寸精度就会发生变化。,较高的模具温度，使制品外表发生所谓“富树脂化”，外表光泽性提高，相反，冷模具注塑时，填料将在制品外表富集，结果制品的光泽性降低，耐化学性降低。,2.,8 PPS,成型加工,2.,8.2,模压成型,适合于,量小的特殊制品或大型制品,。,用于模压成型的PPS树脂应为低流动性。将配好的原料参加模具进行预成型冷压，压力为15-20MPa,，,然后加热至熔融温度以上，一般为3,6,0，再加7-40MPa的压力进行二次压缩，时间为3-5min,。,冷压：,以2/min的速度缓慢冷却至230，再稍快冷至150，即得成品。,2.,8 PPS,成型加工,2.,9 UHMWPE,成型加工,2.,9.1,成型特性,UHMWPE,分子质量极高，成型加工困难。,(1)物料熔融时粘度极高，不成粘流态而是处于高粘弹态。熔体,质量流动速率,几乎为,零,，所以很难直接进行挤出或注射成型,(2)临界剪切速率低，熔体易破裂。通常把熔体刚出现破裂时的剪切速率称为临界剪切速率。实践让明它随聚乙烯的相对分子质量增大而减小。对于相对分子质量极高的UHMWPE来说，在剪切速率很低时，就可能产生熔体裂，在较低剪切速率下，就会产生滑流或喷流现象。因此，在超高相对分子质量聚乙烯挤出加工时，会遇到由于容易破裂而产生裂纹现象；在超高相对分子质量聚乙烯注塑时，会出现咬流而致使制品出现多孔状或脱层现象。这是热塑性方法加工超高相对分子质量聚乙烯的难题。,(3)UHMWPE的摩擦因数极低，使粉料在进料过程中极易打滑,。,(4)成型温度范围窄，易氧化降解。,2.,9.2 UHMWPE,模压成型,自由烧结法和烧结压制法,(1)自由烧结法 自由烧结法也叫压制,-,烧结,-,压制法,(,先高压压制成毛坯，然后把毛坯,放入,加热炉中加热，加热一定时间后取出制品再放到另一个模具中加压冷却，然后取出制品,.,具体工艺为：首先称取,UHMWPE,配好的粉料装入毛坯成型模具，高压成型，压力一般为42MPa，保压30,-,90秒后取出制品，放人情性气体保护加热炉中，在173下加热，加热时间根据制品的厚度按3-4/min确定。,压制模具先涂脱模剂，再把加热好的毛坯放,入,，加压,至,28MPa，然后保压冷却到制品温度为65-85时，取出制品。,(2)烧结压制法,烧结压制法与自由烧结法根本相同，,在,模具,中,装料加压后，,将,模具和原料一起放到加热炉中加热；原料装到模具后虽然加压，但所施加的压力要低得多，施加压力,主要目的是,排除模具里面粉料中的空气，使原料密实增加料的热导率等,。,2.,9.2 UHMWPE,压制成型,2.,9.2 UHMWPE,压制成型,具体加工工艺为：,1）,称取配好的,UHMWPE,粉料，放入涂有脱模剂的,模,具中，加压,5MPa,左右，因为不是为了成,型，,仅仅是为了排除原料中的空气，使原料密实，增加热导率，减少烧结时间；,2）,把模具放入加热炉中进行加热，加热温度为,195,左右，加热时间,t(min),根据制品厚度,H(mm),由以下公式计算,:,t=40(H/10),4/3,取出模具放到压力机上，,压力,8-12MPa,进行冷压,，冷却到,65-75,开模取出制品，修整飞边，多数制品需要,定型模具进行定型，这样就完成了一个制品,(,或称毛坯,),的加工过程。,2.,9.3UHMWPE的挤出成型，可采用单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和柱塞挤,出,机，其中以双螺杆挤出机为最常用。,(1)单螺杆挤出 单螺杆挤出机挤出UHMWPE管材技术是通过螺杆的塑化和推进作用，实现UHMWPE管材的连续挤出，,设备和配方技术是关键,。,工艺,与通用塑料管材一样，,UHMWPE熔体通过过滤板由旋转运动变为直线运动，进入管材模具，,经定径后冷却后定型。,2.,9.3 UHMWPE,挤出成型,2.3.3 UHMWPE挤出成型,(2)柱塞挤出 柱塞推压成型是一种住复间歇性的挤出方法。其过程是将粉料参加加,料,室和模具中，由施加高压使压缩粉料移动、连续烧结和冷却定型三个步骤实现半连续挤出成型。,优点在于，成型过程中,无,现剪切，降解少，质量好，此外该方法成型时不受分子质量上下的限制，即使分子量高达,1000,10,4,，也能够实现挤出加工。,具体加工工艺,：按配方混料，温度应低于120,，混匀的物料参加料斗中，不能断流。,推压塞端部不能有刃和毛刺,，烧结时物料为半粉状半固体状的弹性体，此时温度太高就会使物料局部粘附，制品外表会形成沟痕和不均匀现象，管子倾斜变弯，造成推出困难；,烧结后的物料进入定型段后温度逐渐下降，不能出现温度剧变，但温度不能低于130，太低就会使物料收缩到芯棒上以至推进困难，定型温度太高会使物