第二章塑料成型技术基础

1、第二章第二章 塑料成型技术基础塑料成型技术基础2021-7-6塑料成型工艺与模具设计2 l塑料是一种混合物：合成树脂添加剂 l合成树脂 合成树脂是由低分子有机化合物经聚合反应或缩聚反应，所获得的高分子化合物，又称聚合物或高聚物。它是以原低分子物结构为基本单元，按照一定方式重复排列，相对分子质量可达几万至几百万，分子长度是原低分子长度的几万至十几万倍。l合成树脂的性能决定了塑料的基本性能。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计3聚合物分子结构形式线型带支链线型体型2021-7-6塑料成型工艺与模具设计4线型聚合物：分子链呈线状；升高温度软化及熔化，降低温度硬化，再升高温度可重新软化，因此可反复多

2、次熔化成型；性能上弹性塑性较好，可溶解。体型聚合物：大分子链相互交联成空间立体网状；初次加热可熔化，一经成型硬化后，既不溶解也不熔化，因此不能再次成型；性能上硬度高脆性大。带支链线型聚合物：性能与线型聚合物相近。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计5聚合物分子排列聚集态l结晶型聚合物：聚合物的分子有规则紧密地排列 l非结晶型聚合物：聚合物的分子排列处于无序状态 结晶型聚合物由“晶区”和“非晶区”构成结晶区所占质量分数称“结晶度”结晶度弹性、伸长率、冲击韧度强度、硬度、刚度、熔点、耐蚀性2021-7-6塑料成型工艺与模具设计6塑料是一种混合物：合成树脂添加剂添加剂的作用是调整塑料的物理化学性能

3、，提高材料强度，扩大使用范围，以及减少合成树脂的用量，降低塑料的成本，包括填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂和固化剂等 。 l 增塑剂增塑剂用来提高塑料的可塑性和柔软性。增塑剂的加入会降低塑料的稳定性、介电性能和机械强度。因此在塑料中应尽可能地减少增塑剂的含量。大多数塑料一般不添加增塑剂。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计7l稳定剂为了抑制和防止塑料在加工和使用过程中因受热、光及氧等作用而分解变质，以使加工顺利并保证塑件具有一定的使用寿命，常在塑件中加入稳定剂。l 固化剂固化剂又称硬化剂，它的作用是促使合成树脂进行交联反应而形成体型网状结构，或加快交联反应速度，一般多用在热固性塑料中。

4、2021-7-6塑料成型工艺与模具设计8l填充剂填充剂又称填料，是塑料中一种重要但并非必要的成分。在塑料中加入填充剂可减少贵重树脂含量，降低成本 。l 着色剂在塑料中加入有机颜料、无机颜料或有机染料时，可以使塑料制件获得美丽的色泽，美观宜人，提高塑件的使用品质。 2021-7-6塑料成型工艺与模具设计9l质量轻塑料是一种轻质材料。普通塑料的密度约在0.832.3g/cm，大约是铝材的1/2，钢材的1/5。如果用发泡法得到的泡沫塑料，其密度可以小到0.010.5g/cm ，特别适合制造轻巧的日用品和家用电器零件。 l 电气绝缘性能好 塑料具有优良的电气绝缘性能，无论是在高频、还是在低频；在高压、

5、还是在低压下，绝缘性能都十分优良。且耐电弧性好，介电损耗极小，所以被广泛用于电机、电器、电子工业中。 2021-7-6塑料成型工艺与模具设计10l比强度比刚度高 塑料的力学性能相对金属要差。塑件的刚度与木材相近，拉伸强度一般为10500MPa。但由于塑料的密度小，所以按单位质量计算的强度和刚度，即比强度和比刚度(强度与密度之比称为比强度；弹性模量与密度之比称为比刚度)比较高。通常，塑料的比强度接近或超过普通的金属材料，因此可用于制造受力不大的一般性结构件。 l 化学稳定性能好 一般塑料均具有一定的抗酸、碱、盐等化学腐蚀的能力。有些塑料除此之外还能抗潮湿空气、蒸汽的腐蚀作用，在这方面它们大大地超

6、过了金属，常用作耐腐蚀材料。 2021-7-6塑料成型工艺与模具设计11l减摩、耐磨性能优良，减振消声性好 塑料的摩擦系数小，具有良好的减摩、耐磨性能。一般塑料的柔韧性比金属要大得多，当其受到频繁机械力冲击与振动时，因阻尼较大而具有良好的吸振与消声性能。l 导热率低，一些塑料具有良好的光学性能 一些塑料具有良好的光学性能，塑料的热导率比金属低得多,塑料可以用来制作需要保温和绝热的器皿或零件。有些塑料具有良好的透明性，可用于制造光学透镜、航空玻璃、透明灯罩，以及光导纤维材料等。 2021-7-6塑料成型工艺与模具设计12缺点l成型时收缩率较高，有的高达3%以上，并且影响塑料成型收缩率的因素很多，

7、这使得塑料制件要获得高的精度难度很大，故塑件精度普遍不如金属零件。 l塑料制件的使用温度范围较窄，容易老化。l难以分解，环保性差。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计13一、塑料的分类（一）按照合成树脂的分子结构和受热的行为分类1.热塑性塑料 合成树脂分子结构：线型或带有支链线型。 受热变软进而成为可流动的粘稠液体，具有可塑性，可塑制成一定形状塑件，并可经冷却定型；再加热可重新变软可塑，在受热过程中只发生物理变化。 即：可反复加热塑化成型。 常用塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS2021-7-6塑料成型工艺与模具设计14一、塑料的分类（一）按照合成树脂的分子结构和受热的行为分类2.热固性

8、塑料 合成树脂分子结构：体型网状结构。 初次加热之初，分子呈线型结构，加热时可软化具有可塑性，继续加热，线型结构分子相互交联成体型网状结构，使形状固定下来，如再加热不再软化，不再具有可塑性。 受热过程中既有物理变化又有化学变化，其变化过程不可逆。 常用塑料：酚醛塑料（PF）、氨基塑料2021-7-6塑料成型工艺与模具设计15(二)按塑料的应用范围分类通用塑料 一种非结构用塑料。它的产量大，价格低，性能一般。 工程塑料 可作为结构材料。和通用塑料相比，它们产量较小，价格较高，但具有优异的力学性能、电性能、化学性能以及耐热性、耐磨性和尺寸稳定性等。 特殊塑料 具有某些特殊性能的塑料。这类塑料有高的

9、耐热性或高的电绝缘性及耐腐蚀性等。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计16(一)热塑性塑料1.聚乙烯（PE） 基本特性 无毒、无味，呈乳白色。密度为0.91 0.96g/cm3。 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。 成型特点 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。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计17(一)热塑性塑料2.聚丙烯（PP） 基本特性 聚丙烯无味、无色、无毒。比聚乙烯更透明。密度为0.900.91 g/cm3。

10、熔点为164170，耐热性好。 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。 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。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计18(一)热塑性塑料3.聚氯乙烯（PVC） 基本特性 产量最大的塑料品种之一。白色或浅黄色粉末。纯聚氯乙烯的密度为1.4 g/cm3。 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

11、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。 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。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计19(一)热塑性塑料4.聚苯乙烯（PS） 基本特性 聚苯乙烯是仅次于聚氯乙烯和聚乙烯的第三大塑料品种。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/cm3。热变形温度7098，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。 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

12、盒等。包装材料、各种容器、玩具等。 成型特点 流动性和成型性优良，成品率高，但易出现裂纹。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计205.丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS） 基本特性 丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成。具有良好的综合力学性能：丙烯腈使ABS有良好的耐化学腐蚀及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。 ABS无毒、无味，呈微黄色，塑件光泽好。密度为1.021.05g/cm3。 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。

13、成型特点 ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计21(二)热固性塑料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150200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，冲击韧度差。 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

14、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。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计22(二)热固性塑料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，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

15、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-20100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。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计231.一般结构零件用塑料性能要求：具有较低的强度和耐热性能，有时还要求外观漂亮 。工艺要求：有较高的生产率和低廉的成本 。常用塑料： ABS、聚丙烯、低压聚乙烯改性聚苯乙烯。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计242.耐磨损传动零件用塑料性能要求： 有较

16、高的强度、刚性、韧性、耐磨损和耐疲劳性，并有较高的热变形温度 。常用塑料：优先选用的塑料有尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯。 2021-7-6塑料成型工艺与模具设计253减摩自润滑零件用塑料性能要求：减摩自润滑零件一般受力较少，对机械强度要求往往不高，但运动速度较高，要求具有低的摩擦系数。常用塑料：聚四氟乙烯和各种填充的聚四氟乙烯。 2021-7-6塑料成型工艺与模具设计264.耐腐蚀零、部件用塑料 性能要求：既要求耐强酸或强氧化性酸，同时又要求耐碱。常用塑料：氟塑料如聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯。 2021-7-6塑料成型工艺与模具设计275耐高温零件用塑料 性能要求：耐热。常用塑料：氟塑料。 6光学用塑

17、料 性能要求：良好的光学性能，即透射率、折射率、散射及对光的稳定性。 常用塑料：聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯。 2021-7-6塑料成型工艺与模具设计28一、聚合物的热力学性能与加工工艺（一）聚合物的热力学性能 1.线型无定型聚合物 热力学曲线：受恒应力作用时变形量与温度的关系曲线。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计291.线型无定型聚合物 （热塑性塑料）Tb：脆化温度Tg：玻璃化温度Tf：粘流温度Td：分解温度2021-7-6塑料成型工艺与模具设计302.线型结晶型聚合物 （热塑性塑料）Tg：玻璃化温度Tm：熔点温度Tf：粘流温度TmTf称“熔限”2021-7-6塑料成型工艺与模

18、具设计31车、铣、刨等机械加工吹塑、弯曲等加工注射、挤出、模压等TfTd越宽，成型加工越容易。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计32（一）热塑性塑料成型工艺性1.流动性 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、塑料结构。 流动性的影响因素：相对分子质量、填料与增塑剂、润滑剂的含量。 2021-7-6塑料成型工艺与模具设计33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：指塑料熔体在成型压力下不得溢出的最大间隙值 2021-7-6塑料成型工艺与模具设计34溢料间隙/

19、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0.030.05中等 改性聚苯乙烯、ABS、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯0.050.08差 聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚砜、聚苯醚2021-7-6塑料成型工艺与模具设计35（一）热塑性塑料成型工艺性2.收缩性 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 。 %mLLmLS1002021-7-6塑料成型工艺与模具设计36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：)1 (SLLmSLLm12021-7-6塑料成型工艺与模具设计37（一）热塑性塑料成型工艺性

20、3.热稳定性 是指塑料受热时性能上发生的变化程度。 主要是塑料成型加工过程中受热在高温下发生降解、变色等性能变化，影响到加工的难易程度。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计38（一）热塑性塑料成型工艺性4.吸湿性 是指塑料与水分的亲疏程度。吸水倾向大的塑料：ABS、聚酰氨。吸水倾向小的塑料：聚乙烯、聚丙烯。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。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计39（一）热塑性塑料成型工艺性5.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

21、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。 2021-7-6塑料成型工艺与模具设计40（二）热固性塑料成型工艺性1.收缩率 因成型加工引起的尺寸减小。 产生原因：1)热收缩（热胀冷缩） 2)结构变化引起的收缩（分子链 交联） 3)弹性恢复 4)塑性变形2021-7-6塑料成型工艺与模具设计41（二）热固性塑料成型工艺性2.流动性流动性对成型工艺过程及塑件质量影响：过大：溢料过多填充不密实。过小：填充不足不易成型，所

22、需成型压力大。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计42（二）热固性塑料成型工艺性2.流动性影响流动性因素：塑料原料：树脂分子支链少，填料颗粒小，加入润滑剂及适当含量水分，流动性好。模具及成型工艺条件：型腔形状，表面粗糙度，模具温度，原料预热，有利于提高流动性。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计43（二）热固性塑料成型工艺性3.水分及挥发物含量来源：吸附水分及化学反应副产品对成型工艺过程及塑件质量影响： 适当水分及挥发物含量，可起到增塑作用，提高流动性，有利于成型。过多，则会促使流动性过大，使成型周期增长，制件收缩率增大，易发生区翘曲、变形，出现裂纹及表面粗糙。 2021-7-6塑料成型工

23、艺与模具设计44（二）热固性塑料成型工艺性4.硬化速度 指热固性塑料交联反应速度。 通常以硬化1mm厚试样所用时间来表示，单位为min/mm。 对成型工艺影响：硬化速度太小，会使塑件成型周期延长；硬化速度太高，不易于用来成型形状复杂的塑件。 调整硬化速度措施：预热、预压、提高成型温度和压力。 2021-7-6塑料成型工艺与模具设计451.端末效应 聚合物熔体流经截面变化的模腔时，因弹性产生的收敛或膨胀现象 。 产生后果：导致塑件变形、挠曲、尺寸不稳定。入口效应 离模膨胀2021-7-6塑料成型工艺与模具设计462.失稳流动和熔体破裂 失稳流动：失稳流动：当熔体的粘度降到某一临界值时，当熔体的粘

24、度降到某一临界值时，流动呈非稳定的层流，各点的流速将发生互流动呈非稳定的层流，各点的流速将发生互相干扰的现象相干扰的现象 。 熔体破裂：熔体破裂：如果继续增大切应力或剪切速率，如果继续增大切应力或剪切速率，熔体就呈更不规则的形态，变成碎片或小段熔体就呈更不规则的形态，变成碎片或小段块块 。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计47 充模流动：在压力作用下聚合物熔体经模具的流道和浇口，进入模腔并成型的过程 。 合理的充模流动方式：料流连续平稳。通常充模流动的形式 ：（1）快速充模 模腔内形成蛇形流， 因料流折叠产生波纹状痕迹或表面癖瘢。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计48（2）中速充模 当

25、浇口截面的尺度与模腔深度相差不大时，熔体喷射可能性小，以中速充模，熔体作比较平稳的扩展流动。塑件质量较好。 2021-7-6塑料成型工艺与模具设计49（3）慢速充模 当浇口截面的尺度与模腔深度接近时，熔体一般不会发生喷射，以慢速平稳的扩展流动充模。 2021-7-6塑料成型工艺与模具设计50（一）聚合物的结晶 （1）聚合物的结晶 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。 2021-

26、7-6塑料成型工艺与模具设计51（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、冲击韧度强度、硬度、刚度、熔点、耐蚀性2021-7-6塑料成型工艺与模具设计52 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。2021-7-6塑料成型工艺与模具设计53纤维状填料在扇形制件中流动取向：2021-7-6塑料成型工艺与模具设计54 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d且存在时间不能