塑料成型及模具设计-1

1、中国矿业大学材料科学与工程学院 2013年8月 什么是模具？什么是塑料模具？塑件成型加工的三要素是什么？ 一、树脂和塑料1.1 1.1 塑料概论塑料概论略略 二、塑料的成分塑料塑料 1.树脂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1.1 1.1 塑料概论塑料概论 二、塑料的成分2.添加剂重要的但非必不可少的成分减少树脂用量，降低塑料成本；改善塑料某些性能，扩大塑料的应用范围。1.1 1.1 塑料概论塑料概论 二、塑料的成分2.添加剂按化学性能可分为有机填料无机填料按形状可分为：粉状纤维状 层状（片状）1.1 1.1 塑料概论塑料概论 二、塑料的成分2.添加

2、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。 常用的增塑剂是液态或低熔点固体有机物。主要有甲酸脂类甲酸脂类、磷酸酯类磷酸酯类和氯化石蜡氯化石蜡等。1.1 1.1 塑料概论塑料概论 二、塑料的成分2.添加剂提高塑性、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。1.1 1.1 塑料概论塑料概论 二、塑料的成分2.添加剂 凡能阻缓材料变质的物质称为稳定剂。 可分为以下三种： 它的主要作用就是抑制或防止树脂在加工或使用过程中受热而降解。 它的主要作用是阻止树脂在光的作用下降解（塑料变色、力学性能下降等等）。 延缓或抑制塑料氧化速度

3、。： ： ：1.1 1.1 塑料概论塑料概论 二、塑料的成分2.添加剂 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。1.1 1.1 塑料概论塑料概论 二、塑料的成分2.添加剂 起装饰美观装饰美观的作用，某些着色剂还能提高塑料的光稳定性光稳定性、热稳定性热稳定性和耐候性耐候性。分类颜料染料有机颜料无机颜料1.1 1.1 塑料概论塑料概论 二、塑料的成分2.添加剂特点：特点：无机颜料无机颜料：着色能力、透明性、鲜艳性较差，但耐光性、耐热性、化学稳定性较好，不易褪色。染料染料：色彩鲜艳、颜色齐全，着色能力、透明性好。性能与无机颜料相反。1.

4、1 1.1 塑料概论塑料概论 二、塑料的成分2.添加剂有机颜料有机颜料的特性介于无机颜料和染料之间。还有阻燃剂、抗静电剂、发泡剂、防腐剂阻燃剂、抗静电剂、发泡剂、防腐剂和加工加工助剂助剂等等并非每种塑料都要加入全部的添加剂，根据塑料并非每种塑料都要加入全部的添加剂，根据塑料品种和需求有选择性的加入某些添加剂品种和需求有选择性的加入某些添加剂在塑料工业中着色剂多采用颜料颜料1.1 1.1 塑料概论塑料概论 添加剂添加剂 作作 用用常用的各种添加剂常用的各种添加剂含量含量填充剂填充剂（填料）（填料） 调整塑料的物理化学性能提高材料强度减少合成树脂的用量降低塑料成本木粉、纸、棉屑、硅石、硅藻土、云母

5、、石棉、石金属粉、玻璃纤维、和碳纤维等20%20%50%50%增塑剂增塑剂提高塑件的可塑性和柔软性但会降低塑件的稳定性、介电性和机械强度不易挥发的高沸点的液体有机化合物或低熔点的固体有机化合物稳定剂稳定剂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硬脂酸盐、铅的化合物及环氧化合物0.3%0.3%0.5%0.5%润滑剂润滑剂防止塑料在成型加工过程中粘附在模具上提高塑件的流动性硬脂酸及其盐类1%1%着色剂着色剂有机颜料、无机盐料、染料 0.01%0.01%0.02%0.02%固化剂固化剂促使合成树脂进行交联反应或加快交联反应速度添加剂的性能添加剂的性能1.1 1.1 塑料概论塑料

6、概论 三、塑料的分类 1 1按塑料的物理化学性能分：按塑料的物理化学性能分： 指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料，其分子结构是线线型型或支链型支链型结构。() 线型、支链型结构1.1 1.1 塑料概论塑料概论 在受热或其它条件下能固化成不熔不溶性物质的塑料 ，其分子结构最终为体型体型结构。（）三、塑料的分类 1 1按塑料的物理化学性能分：按塑料的物理化学性能分：体型结构1.1 1.1 塑料概论塑料概论 成型前成型前, ,塑塑料中树脂料中树脂分子结构分子结构使制品固使制品固化定型模化定型模具温度条具温度条件件成型后成型后, ,塑料中树塑料中树脂分子结脂分子结构构 成型过程中成型过程

7、中树脂所发生树脂所发生的变化的变化 制品的熔制品的熔化化, ,溶解溶解性能性能 塑料的使塑料的使 用性用性 常采用的常采用的成型方法成型方法 热热塑塑性性塑塑料料 线型或支线型或支链状线型链状线型聚合物分聚合物分子子 冷却冷却 基本与成基本与成型前的相型前的相同同 物理变化物理变化（可能有少（可能有少量分解或交量分解或交链现象发生）链现象发生） 可熔化可可熔化可溶解溶解 反复多次反复多次使用（可使用（可回收废料）回收废料） 注射、挤注射、挤出、吹塑出、吹塑等等 热热固固性性塑塑料料 线型聚合线型聚合物分子物分子 加热（提加热（提供交联反供交联反应温度应温度 转变为体转变为体型分子型分子 既有物

8、理变既有物理变化，又有化化，又有化学变化。有学变化。有低分子析出低分子析出 既不可熔既不可熔化，也不化，也不可溶解可溶解 一次性使一次性使用，因成用，因成型过程不型过程不可逆可逆 压缩或压压缩或压 注。有的注。有的品种可以品种可以采用注射采用注射 三、塑料的分类 1.1 1.1 塑料概论塑料概论 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。 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。 一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。三、塑料的分类2 2按塑料的用途分：按塑料的用途分：1.1 1.1 塑料概论

9、塑料概论 三、塑料的分类1.1 1.1 塑料概论塑料概论PE , PP, PS,通 用 塑 料PBT, PETPAPOM結 晶 性PVCABSPC非 晶 性通 用 工 程 塑 料PEEKPSULCP特 种 工 程 塑 料工 程 塑 料熱 塑 性 塑 料酚 醛 樹 脂 , 尿 素 塑 膠 等熱 固 性 塑 料塑 料 四、塑料的特性1.质轻、比强度高。 2.优异的电绝缘性能。3.优良的化学稳定性能。 4.减摩、耐磨性能好。5.透光及防护性能。6.减震、消音性能优良。 1.1 1.1 塑料概论塑料概论 五、常用塑料的性能与用途（自学）塑料的性能使用性能工艺性能体现塑料的使用价值使用价值体现塑料的成型

10、性能成型性能1.1 1.1 塑料概论塑料概论 思考与练习：思考与练习：1.塑料与树脂的关系？2.塑料的成分有哪些，各自作用如何？3.塑料按物理化学性质可分为几种？4.热塑性塑料和热固性塑料的主要区别？5.合成树脂与天然树脂的区别？6.塑料按性能及用途分可分为？1.1 1.1 塑料概论塑料概论 一、聚合物分子的结构特点固态聚合物固态聚合物按照分子排列的几何特征分为：结晶型结晶型无定形无定形1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 一、聚合物分子的结构特点固态聚合物固态聚合物结晶型结晶型结晶度：如果聚合物分子结构简单，主链上带有的侧基体积小、对称性高，分子间作用力大，则有利于结晶，否则；仅

11、是线型和含交联不多的体型聚合物；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 一、聚合物分子的结构特点固态聚合物固态聚合物结晶型结晶型性能：使聚合物的强度、硬度、刚度及熔点、耐热性和耐化学性等提高，但有关链运动的弹性、伸长率和冲击强度下降；无定形：无定形：远程无序，近程有序；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 二、聚合物的热力学性能1.1.聚合物的物理状态聚合物的物理状态聚合物在不同温度下所表现出来的分子热运动特征；玻璃态玻璃态高弹态高弹态粘流态粘流态1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 二、聚合物的热力学性能1.1.聚合物的物理状态聚合物的物理状态图玻璃化温度脆

12、化温度热分解温度1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础完全线性无定形完全线性无定形 二、聚合物的热力学性能1.1.聚合物的物理状态（聚合物的物理状态（热塑性聚合物热塑性聚合物）思考：思考：体型聚合物如何？1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 二、聚合物的热力学性能1.1.聚合物的物理状态（聚合物的物理状态（线性无定形线性无定形）常用聚合物的热分解温度常用聚合物的热分解温度聚合物聚合物d d/聚合物聚合物d d/聚乙烯PE335450聚酰胺PA-6310380聚丙烯PP328410聚酰胺PA-66310380聚氯乙稀PVC200300聚甲基丙烯酸甲酯PMMA170300聚苯

13、乙烯PS300400聚甲醛POM2221.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 二、聚合物的热力学性能1.1.聚合物的物理状态（聚合物的物理状态（线性无定形线性无定形）1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础热塑性塑料在不同状态下的物理性能及加工工艺性能热塑性塑料在不同状态下的物理性能及加工工艺性能状态状态玻璃态玻璃态高弹态高弹态粘流态粘流态温度温度TgTgTgTg TfTfTfTfTdTd分子状分子状态态分子纠缠为无规则分子纠缠为无规则线团或卷曲状线团或卷曲状分子链展开、分子链展开、链段运动链段运动高分子链运动，高分子链运动，彼此滑移彼此滑移工艺状工艺状态态坚硬的固态坚硬的固

14、态高弹性固态高弹性固态塑性状态或高塑性状态或高粘滞状态粘滞状态加工可加工可能性能性机械加工（挫、锯、机械加工（挫、锯、车、铣）车、铣）弯曲、吹塑、弯曲、吹塑、拉伸、真空成拉伸、真空成形、冲压等形、冲压等注射、挤出、注射、挤出、压延、模压等压延、模压等 三、聚合物的流变学性质1.1.牛顿流动规律牛顿流动规律雷诺系数雷诺系数ReRe： 层流（2100） 紊流公式：公式：牛顿牛顿粘度粘度切应力切应力剪切剪切速率速率1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 三、聚合物的流变学性质1.1.牛顿流动规律牛顿流动规律公式：公式：牛顿流动规律牛顿流动规律液体自身固有的属性，反映液体的粘液体自身固有的属

15、性，反映液体的粘度，表征液体抵抗外力引起变形的能度，表征液体抵抗外力引起变形的能力，与分子结构和温度有关；力，与分子结构和温度有关；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 三、聚合物的流变学性质1.1.牛顿流动规律牛顿流动规律公式：公式：牛顿流体：牛顿流体：应变随应力作用的时间线性增加，且粘度保持不变（定温），应变具有不可逆性质，应力解除后应变以永久变形保持下来。1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 三、聚合物的流变学性质2.2.指数流动规律指数流动规律非牛顿流体非牛顿流体公式：公式：K Kn n粘度粘度系数系数非牛顿非牛顿指数指数或或a a表观表观粘度粘度非牛顿液体在外

16、力作用非牛顿液体在外力作用下抵抗剪切变形的能力下抵抗剪切变形的能力a aKn1流动方程流变方程1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 三、聚合物的流变学性质2.2.指数流动规律指数流动规律公式：公式：K Kn nn=1,K=n=1,K=n n1 1n n1牛顿流体牛顿流体假塑性液体假塑性液体膨胀性液体膨胀性液体1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础a aKn1 三、聚合物的流变学性质2.2.指数流动规律指数流动规律不同类型流体的流不同类型流体的流变曲线：变曲线：反映不同类型流体的表观粘度a a与剪切速率的关系；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础a aKn1 三

17、、聚合物的流变学性质3.3.假塑性液体的流变学性质假塑性液体的流变学性质n为0.250.67图1.7变形和流动所需的切应力随剪切速率变化，并呈指数规律增大；变形和流动所受到的粘滞阻力随剪切速率变化，并呈指数规律减小；“剪切稀化剪切稀化”1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 三、聚合物的流变学性质4.4.影响聚合物流变学性质的因素影响聚合物流变学性质的因素聚合物结构对粘度的影响聚合物结构对粘度的影响分子分子结构结构相对相对分子分子质量质量分布分布相对相对分子分子质量质量1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 三、聚合物的流变学性质4.4.影响聚合物流变学性质的因素影响聚合物

18、流变学性质的因素聚合物结构对粘度的影响聚合物结构对粘度的影响分子结构：分子结构：大分子链柔顺性较大的聚合物，非牛顿性强；而链的刚硬性和分子间吸引力较大聚合物则非牛顿性减弱；大分子中存在支链且支链长度越大，支化程度越高，粘度增大，流动性降低；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 三、聚合物的流变学性质4.4.影响聚合物流变学性质的因素影响聚合物流变学性质的因素聚合物结构对粘度的影响聚合物结构对粘度的影响相对分子质量：相对分子质量：相对分子质量大，大分子链段会有所加长，大分子链重心移动减慢，链的柔顺性加大，缠结点增多，解缠、伸长和滑移困难，需要较大的切变速率和作用时间，熔体粘度和粘度对

19、切变敏感性都增大。增塑剂？增塑剂？1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 三、聚合物的流变学性质4.4.影响聚合物流变学性质的因素影响聚合物流变学性质的因素聚合物结构对粘度的影响聚合物结构对粘度的影响相对分子质量分布：相对分子质量分布：定义：聚合物内大分子之间相对分子质量的差异；差异越大分布越宽；一般如果平均相对分子质量相同，则相对分子质量分布较宽时，聚合物熔体粘度较小，非牛顿性较强；实际应用？实际应用？1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 三、聚合物的流变学性质4.4.影响聚合物流变学性质的因素影响聚合物流变学性质的因素聚合物结构对粘度的影响聚合物结构对粘度的影响助剂：

20、助剂：一般聚合物中添加助剂后，大分子之间的相互作用力会发生变化，熔体粘度也将发生改变；在各种添加剂中，增塑剂和润滑剂最能明显地降低熔体粘度，而多数填充剂则提高粘度；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 三、聚合物的流变学性质4.4.影响聚合物流变学性质的因素影响聚合物流变学性质的因素温度对粘度的影响温度对粘度的影响图1.8温度升高，体积膨胀，大分子之间的自由空间随之增大，彼此间范德华力减小，有利于大分子变形和流动，粘度下降。1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 三、聚合物的流变学性质4.4.影响聚合物流变学性质的因素影响聚合物流变学性质的因素温度对粘度的影响温度对粘度的

21、影响任何聚合物在成型温度下长期受热时，都会产生不同程度的降解，导致粘度下降；制定成型工艺时，必须考虑聚合物在机筒内的塑化时间以及注射时间长短。一般聚合物粘度对温度的敏感性比对切变速率强烈，但这并不意味着任何情况下都能通过升温来降低粘度或提高流动性。1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 三、聚合物的流变学性质4.4.影响聚合物流变学性质的因素影响聚合物流变学性质的因素压力对粘度的影响压力对粘度的影响聚合物熔体在成型压力增大时，熔体所受的静压力也会随之提高，而且伴随熔体的体积收缩，其粘度也有所提高；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 三、聚合物的流变学性质4.4.影响聚合

22、物流变学性质的因素影响聚合物流变学性质的因素如何综合考虑生产的的经济性、设备和模具的可靠性以及制品的质量等因素，以确保成型工艺能有最佳的注射压力和注射温度。21345切变速率切变速率粘度粘度各种因素对聚合物熔体粘度的影响1温度；2压力；3相对分子质量；4填充剂；5增塑剂或溶剂1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 三、聚合物的流变学性质5.5.热塑性聚合物流变曲线的应用热塑性聚合物流变曲线的应用1）根据流变曲线确定合理的工艺参数大多数熔体虽然具有一定的假塑性性质，但在较低和较高的切变速率范围内，粘度的变化梯度不同；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 三、聚合物的流变学性

23、质5.5.热塑性聚合物流变曲线的应用热塑性聚合物流变曲线的应用2）根据流变曲线采用低温充模工艺提高制品质量和缩短成型周期降低熔体温度、提高切变速率的措施调整注塑速度或改变浇口截面尺寸1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 三、聚合物的流变学性质5.5.热固性聚合物的流变学性质热固性聚合物的流变学性质特征：特征：不仅有物理变化而且有化学变化即粘度随交联反应而变化；通常，热固性聚合物成型时的粘度仍与切变速率有关，但关系已不大，对粘度的主要影响来自交联反应速度，即聚合物体系内产生的体型结构数量；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 三、聚合物的流变学性质5.5.热固性聚合物的流

24、变学性质热固性聚合物的流变学性质温度对粘度的影响具有阶段性：温度对粘度的影响具有阶段性： jcjc : :温度影响占主温度影响占主 jcjc：化学交联反应占主化学交联反应占主1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础应用：应用：注射成型时，模具温度和机筒温度不同； 三、聚合物的流变学性质5.5.热固性聚合物的流变学性质热固性聚合物的流变学性质剪切作用对粘度和流动性有影响：剪切作用对粘度和流动性有影响：提高切应力可使切变速率增大，将增加体系内活性分子间的碰撞机会并产生较大的摩擦热，同时导致交联反应活化能降低，于是交联反应速度加快，粘度增大，流动性随之降低。1.2 1.2 注射成型理论基础注

25、射成型理论基础 四、聚合物熔体在成型过程中的流动状态1.1.熔体在圆形导管内的流动熔体在圆形导管内的流动图1。10体积流量体积流量qv压力损失压力损失pnR3(w/K)1/n/(n+1)a a8Lq8Lqv v/( /(R R4 4) )1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 四、聚合物熔体在成型过程中的流动状态2.2.在扁形导槽内的流动在扁形导槽内的流动图1。11流动规律方程式：流动规律方程式：p pa a(12Lq(12Lqv v/wh/wh3 3) )1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础(hp)/2L=K(6qv/wh2) 四、聚合物熔体在成型过程中的流动状态3.3

26、.成型过程中的流动状态分析成型过程中的流动状态分析流动过程三个区段：流动过程三个区段：旋转螺杆与料筒之间：输送、压缩和熔融塑化、贮存；喷嘴、主流道、分流道、浇口；在模具型腔内流动、相变和固化；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 四、聚合物熔体在成型过程中的流动状态3.3.成型过程中的流动状态分析成型过程中的流动状态分析第二区段流动分析：第二区段流动分析：影响压力损失影响压力损失p p因素因素体积流量体积流量qv流动距离流动距离L流道截面尺寸流道截面尺寸表观粘度表观粘度大浇口上限；小浇口极限尺寸；升高熔体温度，提高剪切速率；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 四、聚合

27、物熔体在成型过程中的流动状态4.4.速度分布与端末效应速度分布与端末效应图1。13速度分布：速度分布：流体在圆管内的速度分布在管中心最大，向管壁逐渐减小，在管壁处为零；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 四、聚合物熔体在成型过程中的流动状态4.4.速度分布与端末效应速度分布与端末效应端末效应：端末效应：入口效应入口效应:Le=(0.030.05)DRe聚合物由大截面进入小截面流道时，将会在小截面流道的入口处产生收敛性流动。1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 这种收敛流动不仅会使熔体产生很大弹性变形、并消耗相当大的流动压力，而且还会使熔体在一定长度小截面流道内发生紊流

28、，称为聚合物入口效应；四、聚合物熔体在成型过程中的流动状态4.4.速度分布与端末效应速度分布与端末效应端末效应：端末效应：入口效应入口效应:目的：目的：1）必要时避免或减小入口效应，保证制品成型质量；2）确定注射压力时计入由入口效应而引起的压力损耗；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 离模膨胀：离模膨胀：四、聚合物熔体在成型过程中的流动状态4.4.速度分布与端末效应速度分布与端末效应端末效应：端末效应：Ds/D= 0.87(牛顿流体）， 0.87(假塑性流体）膨胀比Df/D;当聚合物熔体流出通道或浇口时，熔流发生体积膨胀的现象；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 四

29、、聚合物熔体在成型过程中的流动状态4.4.速度分布与端末效应速度分布与端末效应对制件影响：对制件影响：产品变形和扭曲，降低尺寸稳定性，产生内应力，降低物理和力学性能；措施：措施：增加管子和口模的平直部分长度；降低成型时压力和提高成型温度；对挤出物加以适当速度的牵引或拉伸等；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础5.5.失稳流动和熔体破裂失稳流动和熔体破裂 五、聚合物熔体在成型过程中的物理和化学变化1.1.成型过程中聚合物的结晶成型过程中聚合物的结晶结晶度结晶度: 结晶区在聚合物中所占的重量百分数；温度区间：温度区间：晶胚：晶胚：某一局部温度的分子链已成为有序排列，且大小已能使晶体自发

30、生长；mg过冷度：过冷度：-m总生长总生长速率速率受晶核生成和晶体生长速率共同制约，开始慢，然后很快达到极大值，随后逐渐减慢为零；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 五、聚合物熔体在成型过程中的物理和化学变化1.1.成型过程中聚合物的结晶成型过程中聚合物的结晶结晶倾向聚合物，会不会出现晶形结构结晶倾向聚合物，会不会出现晶形结构成型时冷却速度成型时冷却速度晶形结构的结晶度有多大，各部分结晶情况是否一致晶形结构的结晶度有多大，各部分结晶情况是否一致冷却条件控制冷却条件控制结晶度能影响塑件性能，工业上采取措施结晶度能影响塑件性能，工业上采取措施热处理热处理1.2 1.2 注射成型理论基

31、础注射成型理论基础 五、聚合物熔体在成型过程中的物理和化学变化2.2.成型过程中的取向作用成型过程中的取向作用分类分类流动取向流动取向聚合物熔体的大分子及其添加物在剪切流动过程中沿着运动方向排列；拉伸取向拉伸取向在拉伸力的作用下，大分子或微晶等结构沿受力方向排列；定义：定义：聚合物大分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒子在应力作用下形成的有序排列；动画动画1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 五、聚合物熔体在成型过程中的物理和化学变化2.2.成型过程中的取向作用成型过程中的取向作用注射、压注成型中聚合物分子的流动取向注射、压注成型中聚合物分子的流动取向图1。16聚合物在型腔中的流动是一

32、种剪切流动；取向的同时存在着解取；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础单轴取向单轴取向多轴取向多轴取向 五、聚合物熔体在成型过程中的物理和化学变化2.2.成型过程中的取向作用成型过程中的取向作用注射、压注成型中聚合物分子的流动取向注射、压注成型中聚合物分子的流动取向聚合物熔体在模腔中的取向程度图1。17浇口处取向程度最大（流动压力、薄壳层厚度）；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 五、聚合物熔体在成型过程中的物理和化学变化2.2.成型过程中的取向作用成型过程中的取向作用注射、压注成型的塑件中固体填料的流动取向注射、压注成型的塑件中固体填料的流动取向图1。15具有方向性

33、？具有方向性？1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 五、聚合物熔体在成型过程中的物理和化学变化2.2.成型过程中的取向作用成型过程中的取向作用取向对聚合物性能的影响：取向对聚合物性能的影响：非结晶聚合物：非结晶聚合物：各向异性；结晶聚合物结晶聚合物：其取向是连接晶片的微丝分子束链段伸直的结果，力学强度和密度都能在取向方位提高，弹性和塑性也会改善，但伸长率下降；聚合物取向后的各向异性程度，与取向时流动性质有关；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 五、聚合物熔体在成型过程中的物理和化学变化2.2.成型过程中的取向作用成型过程中的取向作用注射成型时影响取向的因素：注射成型时

34、影响取向的因素：1）温度：熔体温度和模具温度升高使取向程度下降；2）注射压力和保压力： ，3）浇口冻结时间：5）充模速度： 快速充模：表层强内部弱；慢速充模：1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础4）模具温度： 五、聚合物熔体在成型过程中的物理和化学变化3.3.成型过程中聚合物的降解成型过程中聚合物的降解降解或裂解：降解或裂解：聚合物相对分子量降低的现象；降解实质：大分子链发生了结构变化（断链、交联、侧基的变化等）；降解结果：塑件强度下降、变色、变脆、发粘、出现气泡和流纹等；塑件外观变坏，内在质量降低。1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 五、聚合物熔体在成型过程中的物理

35、和化学变化3.3.成型过程中聚合物的降解成型过程中聚合物的降解降解的种类：降解的种类：热降解；氧化降解；水降解；应力降解1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 五、聚合物熔体在成型过程中的物理和化学变化3.3.成型过程中聚合物的降解成型过程中聚合物的降解防止措施：防止措施：1)严格控制原材料的技术指标和使用合格的原材料；2)使用前对聚合物进行严格的干燥；如易吸附水分的聚酯、聚醚和聚酰胺等应使水分含量小于0.010.05% ；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 五、聚合物熔体在成型过程中的物理和化学变化3.3.成型过程中聚合物的降解成型过程中聚合物的降解防止措施：防止措施

36、：3)确定合理的加工工艺和加工条件图1。181.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 五、聚合物熔体在成型过程中的物理和化学变化3.3.成型过程中聚合物的降解成型过程中聚合物的降解防止措施：防止措施：4)使用附加剂如抗氧化剂、稳定剂等；例外：例外：如通过辊压或共挤作用使聚合物之间或两种聚合物单体之间进行接枝或嵌段聚合配制共聚物，以改良聚合物性能；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 五、聚合物熔体在成型过程中的物理和化学变化3.3.成型过程中聚合物的降解成型过程中聚合物的降解防止措施：防止措施：5)成型设备和模具应有良好的结构状态如与聚合物接触的部位不应有死角或缝隙，流道长

37、度要适中，加热和冷却系统应有灵敏度高的显示装置，保证良好的温度控制和冷却速度。1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 五、聚合物熔体在成型过程中的物理和化学变化3.3.成型过程中聚合物的降解成型过程中聚合物的降解常用聚合物的分解温度与成型温度常用聚合物的分解温度与成型温度聚合物热分解温度成型温度聚合物热分解温度成型温度聚苯乙烯PS310170250聚丙烯PP300200300聚氯乙稀PVC170150190聚甲基丙烯酸甲酯PMMA280180240聚碳酸酯PC380270320 聚酰胺PA-6360230290氯化聚醚CPS290180270 聚甲醛POM2202401952201.

38、2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 五、聚合物熔体在成型过程中的物理和化学变化4.4.成型过程中聚合物的交联成型过程中聚合物的交联交联：交联：聚合物在成型过程中形成三维网状结构的反应；交联反应主要发生在热固性聚合物的成型过程中，且通常采用压缩、压注和层压成型；体型聚合物在机械强度、耐热性、耐溶剂性、化学稳定性和塑件形状稳定性方面比线型好；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 五、聚合物熔体在成型过程中的物理和化学变化4.4.成型过程中聚合物的交联成型过程中聚合物的交联“硬化硬化”、“熟化熟化”、“过熟过熟”、“欠熟欠熟”。交联反应：交联反应：交联度：交联度：已经发生作用的

39、基团和反应活点对原有基团或反应活点的比值；交联反应很难完全进行；1.2 1.2 注射成型理论基础注射成型理论基础 1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能( (自学自学) )一、热塑性塑料的工艺性能1.收缩性 塑件从塑模中取出冷却到室温后，塑件的各部分尺寸都比原来在塑模中的尺寸有所缩小，这种性能称为。成型收缩的形式成型收缩的形式：塑件的线尺寸收缩 收缩方向性 后收缩 动画动画 ：塑料品种 塑件结构 模具结构 成型条件 一、热塑性塑料的工艺性能1.收缩性：可用以下公式来表示。1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 一、热塑性塑料的工艺性能1.收缩性bba实Scbc计S式

40、中： 实际收缩率（%） 计算收缩率（%）a 塑件在成型温度时的单向尺寸（mm）b 塑件在室温下的单向尺寸（mm）c 塑模在室温下的单向尺寸（mm）实S计S1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 一、热塑性塑料的工艺性能2.流动性 塑料在一定温度与压力下填充型腔的能力称为。流动性好、流动性中等、流动性差流动性好、流动性中等、流动性差分子量小，分子量分布宽，分子结构规整性差，熔融指数高、螺流动长度长、表现粘度小，流动比大的塑料流动性就好。常用塑料根据它的流动性可分为三类：1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 凡促使熔融料降低温度，增加流动性阻力的则流动性就降低。 一、

41、热塑性塑料的工艺性能2.流动性影响流动性的主要因素： 料温高则流动性增大，但不同塑料也各有差异。 注塑压力增大则熔融料受剪切作用大，流动性也增大。 1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 一、热塑性塑料的工艺性能3.结晶性 所谓即为塑料由熔融状态到冷凝时，分子由独立移动，完全处于无次序状态，变成分子停止自由运动，按略微固定的位置，并有一个使分子排列成为正规模型的倾向的一种现象。 1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 一、热塑性塑料的工艺性能3.结晶性无定形料为透明（如有机玻璃等）无定形料为透明（如有机玻璃等） 一般结晶性塑料为不透明或半透明一般结晶性塑料为不透明或

42、半透明 聚(4)甲基戍烯为结晶型塑料却有高透明性ABS为无定形塑料但却并不透明 1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 一、热塑性塑料的工艺性能3.结晶性在模具设计及选择注塑机时的要求及注意事项: 冷速快时,结晶度低。 料温上升到成形温度所需的热量多，要用塑化能力大的设备。 粘流态与固态密度差大,收缩大,易生产缩孔和气泡 冷凝时放出热量大，要充分冷却。 1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 有的塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分，在高温、高压下也会发生分解，这种性能称为水敏性水敏性。 对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截面过小，剪切作用大时，料温增高易出现

43、变色、降解、分解的倾向。这种性能称为热敏性热敏性。4.热敏性及水敏性 一、热塑性塑料的工艺性能1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 5.吸湿性 一、热塑性塑料的工艺性能据此，塑料大致可分为以下两种： 不吸水也不易粘附水分不吸水也不易粘附水分吸湿、粘附水分吸湿、粘附水分聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚砜聚乙烯、聚丙烯 塑料对水分的亲疏程度1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 是指有些塑料对应力比较敏感，成型后不仅容易产生内应力，质脆易裂，而且会在外力作用下或在溶剂作用下即发生开裂的现象；应力开裂应力开裂一、热塑性塑料的工艺性能6.应力开裂及熔体破裂应力开裂及熔

44、体破裂措施措施:添加助剂;塑件的工艺性和模具结构方面1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 熔体破裂熔体破裂 是指当一定融熔指数的聚合物熔体，在恒温下通过喷嘴孔时当流速超过某一数值时，熔体表面即发生横向裂纹；一、热塑性塑料的工艺性能6.应力开裂及熔体破裂应力开裂及熔体破裂措施措施:选用熔体指数较大的物料适当增大喷嘴流道和浇口的截面积;降低注射温度,提高熔体温度1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 一、热塑性塑料的工艺性能 指两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状态下不产生相分离现象的能力。 7.相容性相容性( (共混性共混性) )不同塑料的相容性与其分子结构有关不

45、同塑料的相容性与其分子结构有关:分子结构相似者较易相容高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯分子结构不同时较难相容聚乙烯和聚丙烯1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 8.塑料状态与加工性塑料状态与加工性 注射成型薄膜吹塑成型挤出成型压延成型中空成型真空和压力成型熔融纺丝成型一、热塑性塑料的工艺性能1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 熔融纺丝成型熔融纺丝成型1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 薄膜吹塑成型薄膜吹塑成型用于吹塑PP（聚丙烯）、HDPE（高密度聚乙烯）、LDPE（低密度聚乙烯）、LLDPE（线性低密度聚乙烯）等塑料薄膜，透明，有光泽、不透气

46、且无毒，广泛应用于服装、食品、纺织品、日用品、及其它商业或工业用的包装。1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 挤出成型挤出成型挤出成型是借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热熔化的聚合物材料在压力推动下，强行通过口模而成为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。 1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 压延成型压延成型将已经塑化的接近粘流温度的聚合物材料通过一系列相向旋转着的水平辊筒间隙，使物料承受挤压和延展作用，成为具有一定厚度、宽度与表面光洁的薄片状制品，主要用于生产片材、薄膜、人造革等。 1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 中空成型中空成型1.3 1.3 塑料成型的工艺性能塑料成型的工艺性能 真空和压力成型真空和压力成型将裁成一定尺寸和形状