产品造型设计材料与工艺――工程塑料及其加工技

1、金属材料高强度，高硬度看一定塑性韧性难以达到满足一些特殊性能的要求（耐高温性、耐腐蚀性）非金属材料独特性能；成形方法多样化 低温成形工艺简便L成形工艺与材料的制备工艺有机结合原料来源丰富，制造加工容易，节约能澹We are polymers III第三章工程塑料及其加工技术塑料本章主要内容第一节常用工程塑料及其性质第二节 工程塑料的成型技术与工艺第三节表面处理与装饰技术第一节常用工程塑料及其性质|=:高分子材料塑料属高分子材料，高分子材料又称高分子 化合物或高分子聚合物（高聚物），是以高 分子化合物为主要成份的有机材料。高分子材料分两类:天然高分子材料蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡胶、淀粉、

2、蛋 白质等人工合成高分子材料塑料、合成橡胶、合成纤维、胶粘剂、涂料等工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。高分子材料高分子化合物一是指相对分子质量很大的化合物（5000以上乃至几百万）低分子化合物相对分子质量在500以下。在这个数量之间的根据其性能来确定。高分子材料般性能:高分子化合物一般有较好的弹性.塑性和强度， 低分子化合物这些性能较低。所以，高分子化合 物是相对分子量大到使其机械性能具有工程意义 的化合物。高分子材料几个概念:单体專號麟辭呻麟称作单体。链节大分子链由许多结构相同的基本单元重复连 接构成，组成大分子链的这种结构单元称作 链节。高分子材料例如:j聚乙烯大分子链厂乙烯（单体

3、CII2 Clt CIL CIt CII2 或 -CHaCHan高分子材料-氯乙烯（单体）（CH尸CHCD-聚氯乙烯（大分子琏）-CH2CH- -CHzCHCH2CH-I i丨i丨ClClCl或-f CHzCH 寸nCl聚合反应：加（成）聚合反应一种或儿种单体相互加成而链结成聚合物的反应。（应用80%以上）例：聚乙烯的反应方程式加聚hCHf=CH2 -ECH2ch2 九乙烯聚乙烯缩（合）聚（合）反应一种或儿种单体相互混合而连结成聚合物， 同时析出（缩去）某种低分子物质（如：水、 氨、醇、卤化氢等）的反应。反应生成物成 份与单体不同，反应较复杂。少用。大分子链的化学组成、形态和聚合态化学组成组成

4、大分子链的化学元素主要是碳、氢、氧,另外还有氮、氯、氟、硼、硅、硫等元素, 其中碳是形成大分子链的主要元素。大分子链的原子以共价键结合，其组成元素 不同，原子间共价键力就不同，高分子材料 的性能亦不同。大分子链的化学组成、形态和聚集态形态：分子链的形态对聚合物性能有显著影响。大分子链可呈现不同的几何形状，主要有线型、支化型、和体型（或网型）三类。（线型分子链可完全结晶成晶体。 支化型分子链 由于存在支链，分子链之间不易形成规则排列，难于完全结晶为晶体，同时支链可形成三维缠结，是塑性变形难以进行，影响高分子材料的性能。如：低密度聚乙烯 分子带有许多支链，熔点为10.5C,结箱度为60%-70%；

5、高密度聚乙烯 分子连结几乎全部实线型，熔点为135,结稽度达95%。体型（网状或交联型）分子链网状分子链形成，是聚合物分子之间不一相互流、动，因而提高了聚合物的强度、耐热性急化学稳定性。大分子链的化学组成、形态和聚合态高分子材料的聚合态：晶态部分结晶态非晶态（玻璃态）耐腐蚀，耐磨.绝缘减磨,消声.减震工易成型.易复合等优良的综合性能.高分子材料的性能机械性能：高聚物的物理、力学状态线性非晶态高聚物的三种力学状态: 线性非晶态高聚物在不同温度下表现出三种物 理状态，即玻璃态、高弹态和粘流态。“/在恒定载荷作用下，线性非晶态髙聚物的形娈一温度曲线示慧图塑料概念以天然树脂或合成树脂（也称合成高分子化

6、合物，因外 观似天然树脂如琥珀.松香.虫胶等而得名）为原料， 在一定温度和压力条件下，可以用模具使其成型为具有 一定形状和尺寸的塑料制件，当外力解除后.在常温下 其形状保持不变。多数以合成树脂为基本成分，一般含 有添加剂如：填料、稳定剂，增塑剂、色料或润化剂等。塑料的特点-比重小比强度大；:塑料生产塑料工业 （树脂或半制品生产塑料制品的生产（塑料成型工业or加工工业）塑料制品的简单生产流程成型“机械加工修饰三个过程组成.塑料的组成1合成树脂(高聚物) 是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的 高分子化合物，如酚醛树脂、聚乙烯等,是塑料 的主要组成，也起粘接剂作用。合成树脂在塑料 中的含量约占4

7、0%100%,对塑料的性能起决 定性作用。塑料的组成 2.添加剂为改善性能而加入的其他组分，主要有以下儿种： (1)填料或增强材料填料在塑料屮主要起增强作用。有时也可改善或提高塑 料的某些特殊性能,以扩人其应用范围。填料的用量可 达20%50%,是观料改性最重要的组成。例如：加入石墨、石棉纤维或玻璃纤维等,可以改善塑料的机械性能；加人石棉粉可提高塑料的耐热性：加入云母粉可提高塑料的电绝缘性；加入：硫化钳等可提高塑料的H润滑性；加入铝粉町捉高塑料对光的反射能力等。 2.添加剂 (2)固化剂它的作用在于通过交联使树脂具有体型网状结构，成为较坚硬和稳定的塑料制品。例如：在酚醛树脂中加入六亚甲基四胺；

8、在环氧树脂中加入乙二氨、顺丁烯二酸酊等。塑料的组成 2.添加剂 (3)增塑剂用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。常用的为 液态或低熔点的固体有机化合物。例如：聚氯乙烯树脂中加入邻苯二甲酸二丁酯， 可变为橡胶一样的软塑料。 2.添加剂 (4)稳定剂为了防止受热、光等的作用使塑料过早老化，加 入少量能起稳定化作用的物质。例如：能抗氧的物质有酚类和胺类等有机物；炭黑则可作紫外线吸收剂。其他一些添加剂，如润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静 电剂和发泡剂等。塑料的特性塑料能自由成型并易加工。虽然塑料制品的性能丿根据其种类、成型条件及使用环境等变化较人/旦与其它材料相比较，塑料具有良好的综 合特性。1多数塑料制品

9、有透明性，并富有光泽，能着鲜 艳色彩。塑料的特性2质轻，耐振动与冲击，比强度高（按单位质屋计算的强度） 塑料比金属轻，一般塑料比帀:在0.9-2.3之间（各种泡沫塑 料的比重在0.01-0.5Z间）： 强度较高，有些增强塑料的比强度接近庚至超过钢材。例 如合金钢材，其单位质量的拉伸强度为160兆帕，而川玻 璃纤维增强的塑料可达到170 400兆帕。 大多数塑料具有优良的减摩、耐磨和自润滑特性。如工程 塑料制造的耐摩擦零件；在耐磨塑料中加入某些固体润滑 剂和填料时，可降低其摩擦系数或进一步捉高其耐磨性能。减震消音，具有柔韧性和弹性塑料的特性3塑料电绝缘性、热物理性能好。儿乎所有塑料都具有优异的电

10、绝缘性能，如极小 的介电损耗和优良的耐屯弧特性，可与陶瓷媲美导热率极小，只有金属的1/600-1/200,泡沫塑料的 导热率与静态空气相当，因此被广泛用作绝热保温 材料或建筑节能、冷藏等绝热装置材料。4优良的化学稳定性能 一般塑料对酸碱等化学药品均有良好的耐 腐蚀能力.特别的如，聚四氟乙烯的耐化学腐蚀性能 比黄金还要好，甚至能耐”王水”等强腐蚀 性电解质的腐蚀，被称为”塑料王”。塑料的特性 5塑料成型容易、加工方便，能大批量生 产容易进行切削、焊接、表而处理等二次加工, 精加工成本低，用塑料制品代替金属制品，可 以节约大量金属材料。塑料的缺点塑料与金属及其它工业材料相比较有如 下缺点： 1塑料

11、不耐高温，低温容易发脆多数塑料虽不易燃烧，但在300C以上发生变形, 燃烧时放出有毒气体。III于耐热性较差，使塑料 的用途受到限制塑料的缺点 2塑料制品易变形温度变化时尺寸稳定性较差，成型收缩较大，即使 在常温负荷下也容易变形。 3塑料有“老化”现象塑料在长时间使用或贮藏过程中,质量会逐渐下 降。这是由于受周围环境如氧气、光、热、辐射、 它是塑料制品性能的一个严重缺陷。塑料的分类塑料的分类体系比较复杂，各种分类方法也 有所交叉，按常规分类主要有以下三种： 一是按使用特性分类;-二是按理化特性分类;三是按加工方法分类。塑料的分类一1、按使用特性分类通常分通用塑料、工程塑料和特种塑料三种。1）通

12、用塑料-般是指原料来源丰富、产量大、应用面广、成型性好、价格便宜的犁料如聚乙烯、聚丙烯、酚醛等塑料的分类一1、按使用特性分类 2)工程塑料一般指能承受一定外力作用，具有良好的机械性能和 耐高、低温性能，尺寸稳定性较好，可以用作工程结构的 塑料，如聚酰胺、聚砚等。分为以下两大类。通用工程塑料：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醛、 热塑性聚酯、超高分子量聚乙烯、甲基戊烯聚合物、乙烯 醇共聚物等特种工程塑料：交联型：聚氮某欢4來酰胺、聚三嗪、交 联聚酰亚胺、耐热环氧树抬等。II交联型：聚矶、聚醛矶、 聚苯硫魁、聚酰亚胺、聚瞇瞇酮(PEEK)等具有较高物理机械性能，应用丁工程技术领域塑料的分类一1、

13、按使用特性分类 3)特种塑料一般是指具有特种功能，可用于航空、航天等 特殊应用领域的塑料。如氟塑料和有机硅具有突岀的耐高温、口润 滑等特殊功用增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性 等特殊性能塑料的分类一1、按使用特性分类 4）增强塑料在外形上可分为粒状（如鈣塑增强塑料）纤维状（如玻璃纤维或玻璃布增强塑料）片状（如云母增强塑料）按材质可分为布基增强塑料（如碎布增强或仃棉增强塑料）无机矿物填充塑料（如和英或云母填充塑料）纤维增强塑料（如碳纤维增强犁料）塑料的分类一1、按使用特性分类 5）泡沫塑料可分为硕质、半硕质和软质泡沫塑料三种。硬质泡沫塑料没有柔韧性，压缩硬度很大，只有达到 一定应力值才产生

14、变形，应力解除后不能恢复原状；软质泡沫塑料富有柔韧性，压缩硬度很小，很容易变 形，应力解除后能恢复原状，残余变形较小；-、卜硕质泡沫犁料的柔韧性和其他性能介于硕质他软质 泡沫塑料之间塑料的分类一2、按按理化特性分类 1）热固性塑料指在受热或其他条件下能固化或具冇不溶（熔）特性的塑 料，如酚醛塑料、环氧塑料等。又分两种：卬醛交联里：包括酚醛塑料、氨基塑料（如腺一卬醛一三聚眾胺一屮醛）-k他交联型：包括不饱和聚陀、环氧树脂、邻苯二卬二烯丙酯树脂等 2）热塑料性塑料指在特定温度范I羽内能反复加热软化和冷却硬化的塑料，如聚乙烯、聚 四氟乙烯等.又分桂类、含极性基因的乙烯基类、匚程类、纤维素类等多种类型

15、热固性塑料和热塑料性塑料的温度依赖性5-1热塑性烫料形夹与温度的关系塑料的分类一3、按加工方法分类根据不同成型方法，分膜压、层压、注射、挤出、吹塑、浇铸塑料和反应注射塑料等膜压塑料多为物性和加工性能与一般热固性塑料相类似的塑料:层压塑料指浸冇树脂的纤维织物，经叠合、热斥而结合成 为整体的材料；注射.挤出和吹塑多为物性和加工性能与一般热塑性塑料 相类似的塑料； 屮能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料，如MC尼龙等;浇铸塑料是指能在无斥或稍加用力的情况下,倾注于模具反应注射塑料是用液态原材料，加斥注入膜腔内，使其反 应固化成一定形状制品的塑料，如聚氨酯等塑料的分类、其他分类方法按密度分低密度、中密

16、度、高密度按聚合压力分高压聚乙烯、中压聚乙烯、低压聚乙烯按分子量大小分低分子量聚乙烯、超高分子量聚乙烯常用塑料及其应用热塑性塑料五大品种:PE. PVC. PS、PP. ABS氟塑料高分子复合材料：玻璃钢.碳纤维增强塑料1.聚乙烯(PE塑料)由乙烯聚合而成，分子式：(CH2CH2) n其原料充足，产量一直是世界塑料产量的首位, 在我国具第二位，仅次于PVC塑料，属易加工 塑料分类：第一类:PE-HD对于密度为0.910.925g/cm3,为第一类型PE-HD；对于密度为0.926-0.94g/cm3,为第二类型PE-HD；对于密度为0.940.965g/cm3,为第三类型PEHD。.第二类：P

17、E-LD特点：在所有塑料中密度较低1.聚乙烯（PE塑料） PE-HD是高结晶材料，高结晶度导致了它的畠密度、 抗张力强度、高扭曲温度，粘性以及化学稳定性 PE-HD比PELD抗渗透性强、但抗冲击强度较低PH-HD 的特性主要由密度和分子量分布所控制 PE-LD是半结晶材料，成型后收缩率较高，在 1.5%到4%之间。分子量越高，PH-LD的流动特性越差，但是有更好的抗 冲击强度。1.聚乙烯（PE塑料）性能：由于其在密度、结晶度、分子量方面的差异其性能 差异是较大的。 一般，低密度聚乙烯的机械性能较高密度聚乙烯稍 差，制品较高密度聚乙烯软。无毒。电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、耐低温性能和流动 性能优良。-柔顺性、热塑性、弹性、透气性好；透水性差。1.聚乙烯（PE塑料）性状：白色或浅白色腊状半透明固体。薄膜 状聚乙烯几乎透明。常用方面：薄膜 线型低密度聚乙烯