塑料成型的工艺性能

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,少年辛苦终身事，,莫向光阴惰寸功。,杜荀鹤,塑料工艺与模具设计,第2章：两板模的注塑模设计,塑料成型的工艺性能,2.,常见塑料的特性,1.,1.,常见塑料的特性,(,一,),常用热塑性塑料（重点）,1.,聚苯乙烯（,PS,，俗称硬胶）,如啫喱水透明盖,基本特性,：聚苯乙烯无色,透明、无毒无味,，落地时发出,清脆类似金属的声,音，密度为,1.054 g/cm,3,。热变形温度,70,98,，只能在不高的温度下使用。质地硬而脆，有较高的热膨胀系数，因此，限制了它在工程上的应用 ；,成型特点：,流动性和成型性优良，着色性能好。具有非常好的化学稳定性，热稳定性，透光性（透光率,8892%,），电绝缘特性以及很微小的吸湿倾向。缺点：脆。,主要用途：,仪表外壳、灯罩、化学仪器零件、透明模型等。绝缘材料、接线盒、电池盒等。包装材料、各种容器、玩具等。,共混改性塑料：,PS+PVC:,共混成性能较好的不燃塑料；,PS+PPO,：改善,PPO,加工性、降低吸湿性和成本，提高,PS,耐热性和冲击性；,2.HIPS,（改性聚苯乙烯，俗称不碎胶）,为了改善,PS,脆这样一个缺点，在,PS,中加入,5,20%,的橡胶,(,一般用顺丁橡胶或丁苯橡胶,),，得到的塑料叫改性聚苯乙烯，又称耐冲击聚苯乙烯。,基本特性,:,改性聚苯乙烯除具有,PS,的易加工易着色外，其韧性是,PS,的四倍，冲击强度和弹性也大大得到了改善。但流动性比,PS,稍差，也不透明。,注塑成型工艺条件,:,流动性小于,GPPS,故成型温度、压力都稍高。,冷却速度较,GPPS,慢,故需要足够的保压力和保压时间以及充分的冷却条件以减少局部收缩及冷却变形。,1.,常见塑料的特性,3.AS,（,丙烯腈,苯乙烯共聚物）,如牙刷柄,冰箱内格,密度,1.07g/cm,左右，它不易因产生内应力开裂；,基本特性,:,高透明、高光泽、耐冲击性优于,PS,，不耐动态疲劳，但耐应力疲劳远胜,PS,。,典型用途,：,托盘类，杯、餐具、冰箱内格，旋钮，气体打火机，牙刷柄等,1.,常见塑料的特性,4.BS,（苯乙烯,丁二烯共聚物 俗称,K,料）,又称人造橡胶,基本特性,:,透明，无毒无味，密度,1.01g/cm,左右，耐冲击性比,AS,高，热变形温度为,77,，耐化学性能差，易受油、酸、碱等活性强的有机溶剂侵蚀。但流动性好，加工温度范围较宽，故成型加工性好，宜用“低压、中速、中温”成型。,典型用途,：,杯子、盖子、衣架、玩具等,1.,常见塑料的特性,5.,聚乙烯（,PE,）,如矿泉水瓶,聚乙烯按聚合时所采用压力的不同：,高压聚乙烯,LDPE,（俗称软胶，又称花料）,低压聚乙烯,HDPE,（俗称硬性软胶，又称孖力士）。,基本特性：,密度为,0.91,0.96g/cm3,。,PE,料的特点是软性，无毒，价廉，加工方便，吸水性小,可不用干燥，流动性好等。,成型特点：,制件成型收缩率大,易产生缩水和变形。,LDPE,模温尽量前后一致，水道离型腔不要太近，用,PE,料的塑件可强行脱模。在流动方向与垂直方向上的收缩差异较大，注射方向的收缩率大于垂直方向的收缩率。,主要用途：,低压聚乙烯可用于制造塑料管、塑料板、塑料绳以及承载不高的零件，如齿轮、轴承等；,高压聚乙烯常用于制作塑料薄膜、软管、塑料瓶以及电气工业的绝缘零件和包覆电缆等。,1.,常见塑料的特性,6.,聚丙烯（,PP,，俗称百折软胶）,如洗发水盖,基本特性：,聚丙烯无味、无色、无毒。比聚乙烯更透明；质轻、韧性好、耐化学性好；耐磨性好；密度为,0.90,0.91 g/cm,3,。熔点为,164,170,，耐热性好。表面刚度和抗划痕特性很好。,PP,料流动性好，成型性能好，适合遍平大型胶件。延伸性和屈服强度高。缺点：尺寸精度低、刚性不足、具有后收缩现象，装饰性和装配性都差，表面涂漆，粘贴，电镀加工相当困难。,成型特点,：,成型收缩范围大，易发生缩孔、凹痕及变形；聚丙烯热容量大，注射成型模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路；,主要用途：,各种机械零件如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件。输送管道，化工容器和其它设备的衬里、表面涂层。盖和本体合一的箱壳，各种绝缘零件，并用于医药工业中。,1.,常见塑料的特性,7.PET,（聚对苯二甲酸乙二醇酯,）,如饮料瓶、薄膜,基本特性：,有良好的力学性能，冲击强度是其他薄膜的,35,倍，耐折性好。,耐油、耐脂肪、耐稀酸、稀碱，耐大多数溶剂。,具有优良的耐高、低温性能，可在,120,温度范围内长期使用，短期使用可耐,150,高温，可耐,-70,低温，且高、低温时对其机械性能影响很小。,气体和水蒸气渗透率低，既有优良的阻气、水、油及异味性能。,透明度高，可阻挡紫外线，光泽性好。,无毒、无味，卫生安全性好，可直接用于食品包装。,非工程塑料,:,主要用于纤维、饮料瓶、薄膜、片材、耐烘烤食品容器等,工程塑料,:,连接器、电饭煲把手、灯罩外壳、照明器外壳、排水管接头、钟表零件等。,1.,常见塑料的特性,8.PBT,（聚对苯二甲酸丁二醇酯,）,如刮水器支架,基本特性,：,机械性能：强度高、耐疲劳性、尺寸稳定、蠕变也小（高温条件下也极少有变化）；,耐热老化性：增强后温度指数达,120140,，户外长期老化性也很好；,耐溶剂性：无应力开裂 ；,对水稳定性：,PBT,遇水易分解（高温、高湿环境下使用需谨慎）；,绝缘性能：优良（潮湿、高温也能保持电性能稳定,是制造电子、电气零件的理想材料）；耐电弧性：,120s,；,成型加工性：普通设备注塑或挤塑。由于结晶速度快，流动性好，模具温度也比其他工程塑料要求低。在加工薄壁制件时，仅需几秒钟。,主要用途：开关零件、家用电器、配件零件 ，发动机放热孔罩 ，刮水器支架 等,1.,常见塑料的特性,9.EVA,（乙烯,醋酸乙烯酯共聚物）,旅游、拖鞋等鞋底,基本特性,:,柔软性、抗冲击性、强韧性、耐应力开裂及透明性均优于,PE,；,EVA,为热敏性塑料，高温下会产生对模腔有腐蚀的挥发性气体，故模腔表面需镀铬或用耐腐蚀钢材。,VA,（醋酸乙烯酯）含量越少越趋于,PE,，,VA,含量越高，材料性质越近于橡胶。,典型用途,：,发泡鞋材、功能性棚膜、包装模、热熔胶、电线电缆及玩具等领域等,1.,常见塑料的特性,10.,聚氯乙烯（,PVC,俗称软胶）,如下水管道,基本特性：,透明,着色容易；有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。缺点：流动特性相当差，受热会分解出一种对人体有毒,对模具有腐蚀性的气体。,成型特点：,聚氯乙烯在成型温度下容易分解放出氯化氢。所以必须加入稳定剂和润滑剂，并严格控制温度及熔料的滞留时间。,主要用途：,防腐管道、管件、输油管、离心泵、鼓风机等。板材广泛用于化学工业上制作各种贮槽的衬里，建筑物的瓦楞板，门窗结构，墙壁装饰物等建筑用材。插座、插头、开关、电缆、凉鞋、雨衣、玩具、人造革等。,1.,常见塑料的特性,11.ABS,（丙烯腈,-,丁二烯,-,苯乙烯共聚物俗称超不碎胶）,手机外壳,基本特性：,具有良好的综合力学性能，有良好的耐化学腐蚀及表面硬度。无毒、无味、呈微黄色，塑件光泽好。密度为,1.02,1.05g/cm,3,。,ABS,有优良的成型加工性，尺寸稳定性好，着色性能，电镀性能都好。缺点：不耐有机溶剂，耐气候性差，在紫外线下易老化。,成型特点：,ABS,在升温时粘度增高，所以成型压力较高。,主要用途：,齿轮、泵叶轮、轴承、电机外壳、仪表壳等，汽车工业上制造汽车挡泥板、热空气调节导管、加热器、小轿车车身等。,ABS,还可用来制作水表壳、电器零件、玩具、电子琴及收录机壳体等。,注：将,ABS,中的丙烯睛换成甲基丙烯酸甲脂，得到,MBS,， 即俗称的透明,ABS.,1.,常见塑料的特性,12. PA,（聚酰胺，俗称尼龙）,如拉链,基本特性：,机械强度高、韧性好、耐疲劳、表面硬且光滑、摩擦系数小、耐磨、具有自润滑性、耐热（,100,摄氏度内可长期使用）、耐腐蚀、制件重量轻、易染色、流动性好，易成型。冲击强度高,(,高过,ABS,、,POM,，但比,PC,低,),冲击强度随温度、湿度增加而显著增加,(,吸水后其它强度如拉升强度,硬度,刚度会有下降。 缺点主要有：热变形温度低,吸湿性大（加工前要充分干燥，加工后要进行调湿处理）、注塑技术要求较严、尺寸稳定性较差。,主要用途：,常用于齿轮、凸轮、齿条、联轴节、辊子、轴承类传动零件等零件。,1.,常见塑料的特性,13. PC,（聚碳酸脂，俗称防弹玻璃胶）,如冰箱抽屉,基本特性：,机械强度高，耐冲击性是塑料之冠，弹性模量高，受温度影响小，抗蠕变性突出；耐热性好，热变形温度,135-143,，长期工作温度达,120-130,；耐气候性好，任由风吹雨打，三年不会变色；成型精度高，尺寸稳定性好；透光性好，着色性好；吸水率低，浸泡,24H,后增重,0.13%,。但对水分及敏感，易产生应力开裂现象,;,耐稀酸、氧化剂、还原剂、盐类、油脂等，但不耐碱、酮等有机溶剂；,PC,料最大缺点是流动特性较差。,主要用途：,计算机元件、连接器等；器具：食品加工机、电冰箱抽屉等；交通运输行业：车辆的前后灯、仪表板等。,1.,常见塑料的特性,14. POM,（聚甲醛，俗称赛钢）,如塑料弹簧、齿轮,基本特性,：,POM是一种坚韧有弹性的材料，即使在低温下仍有很好的抗蠕变特性、化学稳定性和抗冲击特性。,POM,制品硬度高，刚性好，耐磨、强度高；,POM,的耐疲劳性是所有塑料中最好的。耐磨性及自润滑性仅次于尼龙,并具有较好韧性,温度、湿度对其性能影响不大，加工前不用烘料。,POM,热变形温度很高，约,172,。收缩率对注塑参数反应敏感，尺寸难控制。对模具腐蚀性大。,主要用途,：,齿轮、轴承、凸轮、齿条、联轴节、和辊子等,;,管道器件（管道阀门、泵壳体），草坪设备等。,1.,常见塑料的特性,15.PMMA,（聚甲基丙稀酸脂，俗称有机玻璃）,如尺子,基本特性：,PMMA,具有最优秀的透明度,较高的机械强度，抗蠕变特性及较好的抗冲击特性。,PMMA,收缩率较小，在,0.30.4%,之间。耐热性较好,变形温度,98,，表面硬度低,易被刮伤而留下痕迹，故包装要求很高。,PMMA,最大的缺点是脆（但比,PS,好）。对水分和温度敏感,加工前要烘料。,PMMA,流动性较差，,主要用途：,信号灯设备、仪表盘等；医药行业：储血容器等；工业应用：影碟、灯光散射器；日用消费品：饮料杯、文具等。,1.,常见塑料的特性,16.PPO,（聚苯醚 ，五大通用工程塑料之一）,如齿轮、轴承,基本特性：,具有刚性大、耐热性高、难燃，强度较高电性能优良等优点,具有耐磨、无毒、耐污染等优点。,介电常数,和介电损耗在工程塑料中是最小的品种之一，几乎不受温度，湿度的影响。,长期负荷下，具有优良的尺寸稳定性和突出的电绝缘性，使用温度范围广，可在,127,121,范围内长期使用。,具有优良的耐水、耐蒸汽性能，制品具较高的拉伸强度和抗冲强度，抗蠕变性也好。此外，有较好的耐磨性和电性能。,主要用途：,电视机、电脑、传真机，复读机外壳 ，窗框、减震器 ，齿轮、轴承、泵叶轮、鼓风机叶轮片 等,。,1.,常见塑料的特性,1.,酚醛树脂（,PF,）,基本特性,：,以酚醛树脂为基础而制得。通常由酚类化合物和醛类化合物缩聚而成。本身很脆，呈琥珀玻璃态。加入各种纤维或粉末状填料后才能获得具有一定性能要求的酚醛塑料。刚性好，变形小，耐热耐磨，能在,150,200,的温度范围内长期使用。在水润滑条件下，有极低的摩擦系数。其电绝缘性能优良。缺点是质脆，冲击强度差。,主要用途：,制造齿轮、轴瓦、导向轮、无声齿轮、轴承及电工结构材料和电气绝缘材料。木质层压塑料适用于作水润滑冷却下的轴承及齿轮等。石棉布层压塑料主要用于高温下工作的零件。各种线圈架、接线板、电动工具外壳、风扇叶子、耐酸泵叶轮、齿轮、凸轮等。,成型特点,：,成型性能好，特别适用于压缩成型；,1.,常见塑料的特性,-,固态化合物,2.,氨基塑料,氨基塑料是由氨基化合物与醛类（主要是甲醛）经缩聚反应而制得的塑料，主要包括脲,-,甲醛、三聚氰胺,-,甲醛等,主要用途,：,脲,-,甲醛塑料,(UF),是脲,-,甲醛树脂和漂白纸浆等制成的压塑粉。可染成各种鲜艳的色彩，外观光亮，部分透明，表面硬度较高，耐电弧性能好，有耐矿物油、耐霉菌的作用。但耐水性较差，在水中长期浸泡后电气绝缘性能下降。大量用于压制日用品及电气照明用设备的零件、电话机、收录机、钟表外壳、开关插座及电气绝缘零件。,三聚氰胺,-,甲醛塑料,(MF,),由三聚氰胺,-,甲醛树脂与石棉滑石粉等制成。可制成各种色彩，耐光、耐电弧、无毒的塑件，在,-20,100,的温度范围内性能变化小，能耐沸水而且耐茶、咖啡等污染性强的物质。能像陶瓷一样方便地去掉茶渍一类污染物，且有重量轻、不易碎的特点。主要用作餐具、航空茶杯及电器开关、灭弧罩及防爆电器的配件。,1.,常见塑料的特性,-,固态化合物,1.,线型无定型聚合物 （热塑性塑料）,T,b,：脆化温度,T,g,：玻璃化温度,T,f,：粘流温度,T,d,：分解温度,2.,塑料成型的工艺性能,2.,线型结晶型聚合物 （热塑性塑料）,T,g,：玻璃化温度,T,m,：熔点温度,T,f,：粘流温度,T,m,T,f,称“熔限”,2.,塑料成型的工艺性能,车、铣、刨等,机械加工,吹塑、弯曲,等加工,注射、挤出、模压等,T,f,T,d,越宽，成型加工越容易。,使用温度,2.,塑料成型的工艺性能,（一）热塑性塑料成型工艺性,a.,流动性（重点）：塑料熔体在一定温度与压力作用下充填模腔的能力。,对成型工艺过程影响：成型温度、压力、浇注系统尺寸。,流动性的影响因素：相对分子量、填料与增塑剂和润滑剂的含量。,2.,塑料成型的工艺性能,热塑性塑料流动性表示：熔体流动速率指数，简称熔融指数。,设计模具时常用反映塑料的流动性参数：溢料间隙数值大小,溢料间隙,(,重点）：指塑料熔体在成型压力下不得溢出的最大间隙值,2.,塑料成型的工艺性能,溢料间隙 （,mm,）,流动性等级,塑料类型,0.03,好,尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、醋酸纤维素,0.03,0.05,中等,改性聚苯乙烯、,ABS,、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯,0.05,0.08,差,聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚砜、聚苯醚,2.,塑料成型的工艺性能,b.,收缩性（重点）：,塑料在成型及冷却过程中发生了体积收缩 。,产生原因：热胀冷缩聚集态变化,收缩率：单位长度塑件收缩量的百分率,根据塑件尺寸计算模具型腔时需加以补偿：,一般精度：,高精度,：,2.,塑料成型的工艺性能,c.,结晶性,热塑性塑料按其冷凝时有无出现结晶现象，可划分为结晶形塑料与非结晶形塑料两大类。,结晶性塑料：,PE,、,PP,、,POM,、,PA,、,PET,、,PPS,、,LCP,、,PBT,、,PP/PMMA,、,PP/PS,、,PP/TPO,、,TPE,、,TPO,、聚四氟乙烯、氯化聚醚等；,非结晶性塑料：,PS,、,PVC,、,PMMA,、,PC,、,ABS,、,PSF,、,PPE,、,PPE+PS,、,HI-PS,、,PVC,、,PC+ABS,等。,一般结晶性塑料为不透明或半透明，非结晶性塑料为透明。但也有例外情况，如聚（,4,）甲基戍烯为结晶性料却有高透明性，,ABS,为非结晶性料但却并不透明。,2.,塑料成型的工艺性能,d.,吸湿性（重点）,是指塑料与水分的亲疏程度。,吸水倾向大的塑料：,ABS,、聚酰氨,PA,吸水倾向小的塑料：聚乙烯,PE,、聚丙烯,PP,吸附水分对成型加工工艺过程的影响：促使塑料高温水解。,处理措施：成型加工前烘干处理。,2.,塑料成型的工艺性能,e.,相容性,指两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状态下产生相互分离的能力，又称共混性。,相容性好的不同种类塑料相容可得到不同种类塑料的综合性能，改进塑料性能。,相容性对成型加工过程影响：,改用不同品种塑料时需首先确定清洗料筒的方法（一般用清洗法或拆洗法），相容性塑料，只需要将所要加工的原料直接加入成型设备中清洗即可。如果是不相容的塑料，就应更换料筒或彻底清洗料筒。,2.,塑料成型的工艺性能,f,.,热敏性 （重点）,热敏性塑料在高温下受热时间较长或进料口截面过小，剪切作用大时，料温增高易发生变色、降解，分解的倾向，具有这种特性的塑料称为热敏性塑料。如硬聚氯乙烯,PVC,、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物，聚甲醛,POM,，聚三氟氯乙烯等。,热敏性塑料在分解时产生单体、气体、固体等副产物，特别是有的分解气体对人体、设备、模具都有刺激、腐蚀作用或毒性。,2.,塑料成型的工艺性能,a.,结晶,（,1,）塑料的结晶：是聚合物中形成具有稳定规整排列分子链的过程。,二次结晶,：是指发生在初晶结构不完善的部位，或者在初结晶区以外非晶区内的结晶现象。,后结晶,：是指在初晶界面上所生长的结晶。,二次结晶和后结晶特点：非常缓慢（几年至十几年）对塑件质量影响：会影响塑件尺寸的稳定性。,2.,塑料成型工艺中的物理和化学变化,（,2,）结晶度：聚合物内结晶组织的质量（或体积）占总质量（或总体积）的比例 。,（,3,）结晶对塑件性能的影响,性能上：,成型工艺上：收缩率增大，可能产生二次结晶和后结晶影响塑件精度。,结晶度,弹性、伸长率、冲击韧性,强度、硬度、刚度、熔点、耐蚀性,A.,结晶,B.,取向,取向：聚合物大分子及其链段在应力作用下形成的有序排列过程。,分类：流动取向和拉伸取向,分布：表层大于心部（原因：表层受型腔壁冷却粘度变大对继而流入的熔体产生很大摩擦切应力，产生分子链很强的取向排列）。,影响：使塑件材质呈现明显各向异性，在取向方位力学性能显著提高，垂直取向方位力学性能显著下降。,纤维状填料在扇形制件中流动取向：,c.降解,降解：是聚合物大分子断链、交联、改变结构或侧基的化学过程 。,（,1,）热降解 成型中因高温受热时间过长而引起的降解反应称为热降解。,防止措施,：温度上限不能超过分解温度,T,d,且存在时间不能过长。,（,2,）应力降解 成型中因粉碎、高速搅拌、挤压、注射等而受到剪切和拉伸应力，使分子链发生断裂，并因此引起相对分子量降低的现象。,防止措施,：升高成型温度，添加增塑剂。,（,3,）氧化降解,常温下绝大多数聚合物都能和氧气发生缓慢的作用而导致解聚反应。,防止措施：严格控制温度和保温时间。,（,4,）水降解,当聚合物分子结构中含有容易被水解的化学基团，或者含有经氧化后而可以水解的基团时，都将为水所降解。,防止措施：加工前干燥原料。,C.,降解,交联：聚合物从线型结构变为体型结构的化学反应过程。,经过交联的聚合物，在物理性能、化学性能等诸方面都得到提高。由于交联反应不利于热塑性聚合物的流动和成型，因此主要应用在热固性聚合物的,成型硬化过程,。,交联度：表征交联作用的程度，即已经发生作用的基团或活点与原有反应基团或活点的比值,(100%),。,D.,交联,常用“硬化”或“熟化”来代替交联这个词汇。,“硬化得好”或“硬化得完全” 即指交联作用发展到一种最为适宜的程度。,“硬化不足”“欠熟”致使力学性能、耐热性、耐腐蚀性、电绝缘性下降，表面色泽差，易翘曲甚至裂纹 。,“硬化过渡”“过熟”力学性能降低、发脆、变色，甚至表面出现密集的小泡。,复习与思考：,常见塑料的特性,试述热塑性塑料有哪些物理状态，各自特点及与加工方法之间的关系？,何为聚合物的结晶及二次结晶和后结晶？结晶度升高时对塑件性能有何影响？,何为聚合物的取向？对塑件性能有何影响？如何利用？,何为聚合物的降解？有哪几类？如何产生如何避免？,内容总结,少年辛苦终身事，。1.聚苯乙烯（PS，俗称硬胶）如啫喱水透明盖。5.聚乙烯（PE）如矿泉水瓶。聚丙烯热容量大，注射成型模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路。耐热老化性：增强后温度指数达120140，户外长期老化性也很好。缺点：流动特性相当差，受热会分解出一种对人体有毒,对模具有腐蚀性的气体。11.ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物俗称超不碎胶）手机外壳。管道器件（管道阀门、泵壳体），草坪设备等。脲-甲醛塑料(UF) 是脲-甲醛树脂和漂白纸浆等制成的压塑粉。TfTd越宽，成型加工越容易。溢料间隙(重点）：指塑料熔体在成型压力下不得溢出的最大间隙值。处理措施：成型加工前烘干处理。如果是不相容的塑料，就应更换料筒或彻底清洗料筒。交联：聚合物从线型结构变为体型结构的化学反应过程。常用“硬化”或“熟化”来代替交联这个词汇。有哪几类。如何产生如何避免,