塑料成型工艺学精品

1、132/132HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/01.htm 第一章 绪论内容简介塑料进展历史；2、塑料的应用；3、塑料成型加工的方法；4、本课程学习要求。本章重点1.1 塑料制品生产的组成一、 塑料工业包含塑料原料的生产和塑料制品生产。 二、 塑料制品的生产是一种复杂的过程，它要紧由原料预备、成型、机械加工 、修饰和装配等过程组成。成型是将各种形态的塑料(粉料、粒料、溶液或分散体)制成所需形样的制品或坯件的过程，在整个过程中最为重要，是一切塑料制品或型材生产的必通过程。成型的种类专门多，如各种模塑、层压以及压延等。其它过程，通常差不多上依照制品的要求来取舍的，也

2、确实是讲，不是每种制品都须完整地通过这些过程。机械加工是指在成型后的工件上钻眼、切螺纹、车削或铣削等，用来完成成型过程所不能完成或完成得不够准确的一些工作。修饰要紧是为美化塑料制品的表面或外观。装配是将各个差不多完成的部件连接或配套使其成为一个完整制品的过程。后三种过程有时统称为二次加工或后加工。对比来讲，二次加工过程常居于次要地位。在成型方法中，有 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/yasuo.htm 压缩模塑 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/jichu.htm 挤出模塑 、 HYPERLINK /suliaogongyi/w

3、lkc/01/zhushe.htm 注射模塑 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/chuandi.htm 传递模塑 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/chuisu.htm 吹塑 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/re.htm 热成型等三十多种 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/suliao.htm 塑料成型方法。1.2 塑料制品的应用一、塑料进展的历史 塑料成型工业自1872年开始到现在已度过仿制、扩展和变革的时期。塑料最初品种不多、对它们的本质理解不足，在塑料制品

4、生产技术上，只能从塑料与某些材料 如橡胶、木材、金属和陶瓷等制品的生产 有若干相似之处而进行仿制。此后在本世纪的20年代，塑料品种渐多，在生产技术和方法上都有显著的改进。50年代以来，由于各项尖端科学技术以及工业、农业等进展的需要，对制品数量、结构、尺寸和准确程度上也提出了更高的要求。通过对新型塑料和制品生产上进行创新变革。至今，塑料制品的数量和应用种类都有了显著的增长，塑料制品的生产已成为一个重要的生产部门。 二、塑料制品应用的要紧领域 1、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/nongye.htm 农业、渔业： 塑料在农业方面常用的材料有薄膜、管道、片板、绳索和

5、编织袋等。塑料温室，农作物、肥料和药物等的包装,农田水利工程多选用塑料管，农舍建筑、畜牧爱护、农业机械及器具、鱼网、养殖浮漂等。2、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/baozhuang.htm 包装： 塑料作为一种新型包装材料，在包装领域中已获得广泛应用例如各种中空容器、注塑容器(周转箱、集装箱、桶等)包装膜、编织袋、泡沫塑料、捆扎绳和打包带等。 3、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/jiaotong.htm 交通运输： 汽车、火车、轮船等交通工具及相应的附属设施所用的塑料，按每辆或每艘计，逐年增加。品种有：燃油箱、保险杠、遮阳板

6、、车座、门把手、方向盘、仪表板等。 4、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/dinaqi.htm 电气工业： 电线、电缆、绝缘体、家用电器、计算机及各种通讯设备等。 5、化学工业： 塑料耐腐蚀性使塑料化工设备方面得以广泛应用，如制作塔器、贮槽、贮罐、反应器、电镀电解槽、热交换器、烟囱、管道、阀门、泵、衬里等 6、仪器仪表： 制造各种部件7、建筑工业： 给水管系统，排水管系统，雨水管、槽系统，电气护套管系统，热收缩管系统，塑料门窗系统，板材，壁纸，地板卷材，地板毡，披叠板系统，平托盘，发泡与实芯硬PVC多种异型材，防水材料，堵水材料，装饰装修材料，建筑涂料，外加剂，

7、粘接剂，卫生洁具，家具等等。 8、航空工业： 飞机用各种增强塑料作结构和覆面材料，常规武器中各种零部件。9、国防和尖端工业： 各种烧蚀材料、耐腐材料、增强材料等。10、家具： 家用、机关、工厂、学校和公共场所用家具。11、体育用具： 各种健身用品。12、日用品： 在人们的日常生活中，塑料的应用更广泛，如市场上销售的塑料凉鞋、拖鞋、雨衣、手提包、儿童玩具、牙刷、肥皂盒、热水瓶壳等等。目前在各种家用电器，如电视机、收录机、电风扇、洗衣机、电冰箱等方面也获得了广泛的应用。塑料作为一种新型包装材料，在包装领域中已获得广泛应用，例如各种中空容器、注塑容器(周转箱、集装箱、桶等)，包装薄膜，编织袋、瓦楞箱

8、、泡沫塑料、捆扎绳和打包带等。13、 医疗：医用高分子分人工脏器、修复人体缺陷和制作医疗器械三大类。如人工血管、心脏瓣膜、食道、气管等；人工耳朵、人工皮肤、人工关节等；输液器、输血袋、注射器、插管、检验用品、病人用具、手术室用品等1.3 本课程学习的要紧内容和要求一、学习重点本课程学习的重点章节是第二章、第五章和第六章。第二章塑料成型的理论基础，是指导制品生产的理论依据；第五章挤出成型和第六章注射成型是最重要的塑料成型方法，绝大多数塑料制品差不多上用这两种方法成型的。其次是第三章、第四章、第七章、第九章、第十一章、第十三章，第三章成型用的物料及其配制，涉及的是原料的配制；压缩模塑、中空吹塑、泡

9、沫塑料成型、压延成型和热成型也是常见的成型加工方法。其它成型方法比较少见，对其成型加工要紧是了解工艺流程。二、学习要求在紧密结合工艺过程的前提下尽可能地结每种工艺所依据的原理、生产操纵因素以及在工艺过程中塑料所发生的物理与化学变化和它们对制品性能的阻碍具有清晰的概念，并进一步理解各种成型工艺所能适应的塑料品种及其优缺点。三、实践教学塑料成型工艺是一门实践性专门强的课程，除了课堂教学外，还需在实验、实训中联系生产实际去理解和掌握，有些实际操作还需在实践中逐步熟悉和掌握，如此学到的知识才能灵活运用，实际动手能力才能提高。 第二章 塑料成型的理论基础内容简介本章介绍了塑料进展历史、塑料的应用、塑料成

10、型加工的方法，对本课程的学习提出了具体要求。本章重点2.1 聚合物的流变行为;2.3 聚合物的结晶;2.4 成型过程中的定向作用; 学习目标1、掌握聚合物流体流变行为的类型和特点。2、掌握阻碍流淌的因素。3、了解聚合物的弹性行为和不稳定流淌。 2.1 聚合物的流变行为本节内容包括以下三部分： HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/02/001/1.htm 2.1.1 流淌规律 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/02/001/2.htm 2.1.2 流淌的阻碍因素 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/02/001/3.htm 2.

11、1.3 流淌中的 弹性行为2.1.1 流淌规律大多数成型过程中都要求聚合物处于粘流状态(塑化状态)，因为在这种状态下聚合物不仅易于流淌，而且易于变形，这给它的输送和成型都带来极大的方便。为使塑料在成型过程中易于流淌和变形，并不限定用粘流态的聚合物(聚合物熔体)，采纳聚合物的溶液或分散体(悬浮液)等也是能够的，熔体和分散体都属于液体的范畴。 液体的流淌和变形差不多上在受有应力的情况下得以实现的。重要的应力有剪切、拉伸和压缩应力三种。三种应力中，剪切应力对塑料的成型最为重要，因为成型时聚合物熔体或分散体在设备和模具中流淌的压力降、所需功率以及制品的质量等都受到它的制约。拉伸应力在塑料成型中也较重要

12、，经常是与剪切应力共同出现的，例如吹塑中型坯的引伸，吹塑薄膜时泡管的膨胀，塑料熔体在锥形流道内的流淌以及单丝的生产等等。压缩应力一般不是专门重要，能够忽略不计。但这种应力对聚合物的其它性能却有一定的阻碍，例如熔体的粘度等，因此在某些情况下应给予考虑。 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/pic/jianqie.avi 流体在平直管内受剪切应力而引发的流淌形式有层流和湍流两种，聚合物流体由于粘度较大属于层流。聚合物流体依照其流淌特点能够分为以下几类： 1、牛顿流体：剪切应力与剪切速率呈直线关系，粘度依靠于流体的分子结构和其它外界条件，与剪切应力和剪切速率的变化无关。事

13、实上，真正属于流体的只是低分子化合物的液体或溶液，聚合物熔体除聚碳酸酯和偏二氯乙烯氯乙烯共聚物少数几种与牛顿液体相近以外，绝大数都只能在剪切应力专门小或专门大时表现为牛顿流体。 2、宾汉流体：这种流体与牛顿流体相同的是，其剪切应力和剪切速率的关系表现为直线，不同的是它的流淌只有当剪切应力高至于一定值y后才发生塑性流淌。宾汉流体因此有这种形为，是因为流体在静止时形成了凝胶结构，外力超过 y时这种三维结构即受以破坏。牙膏、油漆、润滑脂、钻井用的泥浆、下水污泥、聚合物在良溶剂中的浓溶液和凝胶性糊塑料等属于或接近于宾哈流体。 3、假塑性流体：这种流体是非牛顿流体中最为一般的一种，它所表现的流淌曲线是非

14、直线的。流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。多数聚合物的熔体，也是塑料成型中处理最多的一类物料，以及所有聚合物在良溶剂中的溶液，其流淌行为都具有假塑性流体的特征。 典型的聚合物熔体流淌曲线 假塑性流体的粘度随剪切应力或剪切速率的增加而下降的缘故与流体分子的结构有关。对聚合物溶液来讲，当它承受应力时，原来由溶剂化作用而被封闭在粒子或大分子盘绕空穴内的小分子就会被挤出，如此，粒子或盘绕大分子的有效直径即随应力的增加而相应地缩小，从而使流体粘度下降。因为粘度大小与粒子或大分子的平均大小成正比，但不一定是线性关系。对聚合物熔体来讲，造成粘度下降的缘故在于其中大分子彼此之间的缠结。当缠结的大分子承受应

15、力时，其缠结点就会被解开，同时还沿着流淌的方向规则排列，因此就降低了粘度。缠结点被解开和大分子规则排列的程度是随应力的增加而加大的。显然，这种 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/pic/jiechan.avi t _blank 大分子缠结的学讲，也可用以讲明聚合物熔体粘度随剪切应力增加而降低的缘故。 几种热塑性塑料的表观粘度与剪切应力关系 A 低密度聚乙烯 (170)；B 一乙丙共聚物 (230)；C 一聚甲基丙烯酸甲酯 (230；D 一甲醛共聚物 (200 )；E 一尼龙一 66(285 ) 4、膨胀性流体：这种流体的流淌曲线也不是直线，与假塑性流体不同的是它的

16、表观粘度会随剪切应力的增加而上升。属于这一类型的流体大多数是固体含量高的悬浮液，处于较高剪切速率下的聚氯乙烯糊塑料的流淌行为就专门接近这种流体。 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/pic/pengzhang.avi 膨胀性流体因此有如此的流淌行为，多数的解释是：当悬浮液处于静态时，体系中由固体粒子构成的空隙最小，其中流体只能牵强充满这些空间。当施加于这一体系的剪切应力不大时，也确实是剪切速率较小时，流体就能够在移动的固体粒子间充当润滑剂，因此，表观粘度不高。但当剪切速率逐渐增高时，固体粒子的紧密堆砌就次第被破坏，整个体系就显得有些膨胀。现在流体不再能充满所有的空隙

17、，润滑作用因而受到限制，表观粘度就随着剪切速率的增长而增大。 流淌类型 流淌规律 符合的流体 备注 牛顿流体 ( 为常数)PC和PVDC接近 低分子多为此类 宾汉流体 ( y 和 为常数) 凝胶糊、良溶剂的浓溶液 在剪切力增大到一定值后才能流淌。 假塑性流体 n1 高固体含量的糊 剪切增加，粘度升高。 聚合物不同类型的流淌曲线 2.1.2 流淌的阻碍因素聚合物熔体粘度的大小直接阻碍塑料成型过程的难易。例如在注射成型过程中，假如粘度过大，就要求有较高的注射压力，制品的大小受到限制，而且制品还容易出现缺陷；假如粘度过小，溢模现象严峻，产品质量也不容易保证。在挤出、压延和其它成型工艺中，也同样要求聚

18、合物有适宜的熔体粘度，粘度太大或太小都会给成型带来困难。依照上述阻碍熔体粘度的各种因素的分析，可按不同的聚合物选择适当的工艺条件，使熔体粘度达到成型操作的要求。 （一）外界因素： 1、温度 升高温度可使聚合物大分子的热运动和分子间的距离增大, 从而降低熔体粘度。 式中为流体在 T 时的剪切粘度， 0 为某一基准温度 T 0 时的剪切粘度， e 为自然对数的底， a 为常数。从实验知，在温度范围不大于 50 时，对大多数流体来讲差不多上常数，超出此范围则误差较大。 几种热塑性塑料的表观粘度与剪切应力的关系 意义：能够通过调节温度来改变高分子的加工性。从表中可知：聚合物分子链刚性越大和分子间的引力

19、越大时，表观粘度对温度的敏感性也越大。表观粘度对温度的敏感性一般比它对剪切应力或剪切速率要强些。在成型操作中，对一种表观粘度随温度变化不大的聚合物来讲，仅凭增加温度来增加其流淌性是不适合的，因为温度即使升幅专门大，其表观粘度却降低有限 ( 如聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛等 ) 。另一方面，大幅度地增加温度专门可能使它发生热降解，从而降低制品质量，此外成型设备等的损耗也较大，同时会恶化工作条件。相对而言。在成型中利用升温来降低聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚酰胺一 66 等聚合物熔体的粘度是可行的，因为升温不多即可使其表观粘度下降较多。 温敏性塑料：温度升高粘度下降明显的塑料，要紧品种有PC、PMMA等

20、分子链刚性较大的聚合物。 2、剪切 意义：能够通过调节剪切应力或剪切速率来改变流淌性。但注意假如聚合物的熔体粘度对剪切作用专门敏感，在操作中就必须严格操纵螺杆的转速或压力不变，否则剪切速率的微小变化都会引起粘度的显著改变，致使制品出现表面不良，充模不均，密度不匀或其它弊病。 剪敏性塑料：剪切速率或剪切应力升高粘度明显下降的塑料，要紧品种有PE PP PS等分子链柔性较大的聚合物。 3、压力 一般低分子的压缩性不专门大，压力增加对其粘度的阻碍不大。然而，聚合物由于具有长链结构和分子链内旋转，产生空洞较多，因此在加工温度下的压缩性比一般流体大得多。聚合物在高压下 ( 注射成型时受压达 35 300

21、MPa) 体积收缩较大，分子间作用力增大，粘度增大，有些甚至会增加十倍以上，从而阻碍了流淌性。 聚合物结构不同对压力的敏感性不同。一般情况下带有体积庞大的苯基的聚合物，分子量较在、密度较低者其粘度受压力的阻碍较大。但压力的阻碍比较复杂，规律并不明显，因此在较低压力下可忽略不计，压力较在时要具体情况具体对待。 （二）原料的阻碍 1、分子链的极性：极性越大，粘度越高，流淌性越差。 2、分子量：分子量越大，粘度越高，流淌性越差。 3、分子量分布：分子量分布宽比分布窄的，剪切速率提高，粘度下降变化明显。 4、添加剂（刚性添加剂，柔性添加剂）：刚性添加剂提高粘度，柔性添加剂降低粘度。2.1.3 流淌中的

22、弹性行为聚合物流体在流淌过程中，不仅有剪切流淌，而且存在拉伸流淌。由于流淌中的拉伸力，使聚合物分子产生弹性变形，这种弹性变形不能专门快恢复，有一定的滞后时刻。弹性形变恢复时会产生以下几种 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/pic/tanxingxingwei.avi 弹性行为。 1、挤出胀大 聚合物分子在流淌中受到拉伸力的作用，弹性变形受到粘性阻滞，出口模后才能恢复，对制品的外观、尺寸，对产量和质量都有阻碍。增加管子或口模平直部分的长度（即增加口模的长径比），适当降低成型时的压力和提高成型温度，采纳强制定型装置，并对挤出物加以适当速度的牵引或拉伸等，均有利于减小或

23、消除弹性变形带来的阻碍。 2、“鲨鱼皮症” “ 鲨鱼皮症 ” 是发生在挤出物表而上的一种缺陷。这种缺陷可自挤出物表面发生闷光起，变至表面呈现与流淌方向垂直的许多具有规则和相当间距的细微棱脊为止。其起因有认为是挤出口模对挤出物表面所产生的周期性张力，也有认为是口模对熔体发生时粘时滑的作用所带来的结果。依照研究得知：这种症状不依靠于口模的进口角或直径，而且只能在挤出物的线速度达到临界值时才出现；这种症状在聚合物相对分子质量低、相对分子质量分布宽，挤出温度高和挤出速率低时不容易出现；提高 El 模末端的温度有利于减少这种症状，但与口模的光滑程度和模具的材料关系不大。 3、熔体破裂 塑料的挤出或注射成

24、列中常看到如此一种现象，在较低的剪切速率范围内，挤出物的表而光滑，形状均匀但当剪切速率过大超过一定极限值时，从模口出来的挤以物，其表面变得粗糙、失去光泽、粗细不匀和弯曲，这种现象被称为“鲨鱼皮症”。现在如再增大剪切速率，挤出物会成为波浪形、竹节形或周期件螺旋形，在极端严峻的情况下，会断裂。这种现象称为“熔体破裂”。我们把以上出现的情况都称为 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/pic/buwendingliudong.avi 不稳定流淌。目前对“熔体破裂”的解释是，在流淌中，中心部位的聚合物受到拉伸，由于它的粘弹性，在流场中产生了可回复的弹性形变。形变程度随剪切速率

25、的增大而增大。当剪切速率增大到一定程度，弹性形变到达极限，熔体再不能够承受更大的形变了，因此流线发生周期性断开，造成“破裂”。另一种解释是“粘一滑机理”，由于熔体与流道壁之问缺乏粘着力，在某一临界切应力以上时，熔体产生滑动，流线出现不连续性，使得有不同形变历史的熔体段错落交替地组成挤出物。 熔体破裂只能在管壁处剪切应力或剪切速率达到临界值后才会发生；临界值随着口模的长径比和挤出温度的提高而上升；对大多数塑料来讲，临界剪切应力约为 10s 10ePa 。塑料品种和牌号不同，此临界值有所不同；临界剪切应力随着聚合物相对分子质量的降低和相对分子质量分布幅度的增大而上升；熔体破裂与口模光滑程度的关系不

26、大，但与模具材料的关系较大；假如使口模的进口区流线型化，常能够使临界剪切速度增大十倍或更多 某些聚合物，尤其是高密度聚乙烯，显示有超流淌区，即在剪切速率高出平常临界值时挤出物并不出现熔体破裂的现象。因此，这些聚合物采纳高速加工是可行的。 I 2.2 聚合物的加热与冷却学习目标1、掌握聚合物热扩散系数对其加热和冷却的阻碍2、注意结晶性聚合物熔融的特征2.2 聚合物的加热与冷却 1、塑料的热扩散系数远远小于金属、钢材、玻璃等材料，这讲明聚合物热传导的速率专门小，冷却和加热都不专门容易。 某些材料的热性能 意义：聚合物加热时有一项限制，确实是不能将推动传热速率的温差提得过高，因为聚合物的传热既然不行

27、，则局部温度就可能过高，会引起降解。聚合物熔体在冷却时也不能使冷却介质与熔体之间温差太大，否则就会因为冷却过快而使其内部产生内应力。因为聚合物熔体在快速冷却时，皮层的降温速率远比内层为快，如此就可能使皮层温度差不多低于玻璃化转变温度而内层依旧在这一温度之上。现在皮层就成为坚硬的外壳，弹性模量远远超过内层 ( 大至 l03 倍以上 ) 。当内层获得进一步冷却时，必会因为收缩而使其处于拉伸的状态，同时也使皮层受到应力的作用。这种冷却情况下的聚合物制品，其物理机械性能，如弯曲强度、拉伸强度等都比应有的数值低。严峻时，制品会出现翘曲变形以致开裂，成为废品。 2、注意聚合物加热中的外热和内部剪切热的配合

28、，防止局部过热分解。 由于许多聚合物熔体的粘度都专门大，因此在成型过程中发生流淌时，会因内摩擦而产生显著的热量。此摩擦热在单位体积的熔体中产生的速率 Q 为： 3、结晶性聚合物在熔融时需要大量的热，成型中要注意这一点。 2.3 聚合物的结晶学习目标1、了解聚合物的结晶过程2、明确结晶度的概念3、明确结晶对性能阻碍4、注意成型中如何操纵结晶2.3 聚合物的结晶 一、聚合物的结晶能力：聚合物分子结构的规整性、分子链节的柔顺性、分子间的作用力对结晶能力都有阻碍。常见的结晶性聚合物有：PE、PP、PA、PVDC、POM、PET等。 二、结晶过程的推测 链束链带晶片单晶球晶 三、结晶度：由于聚合物结晶的

29、复杂性，因此聚合物不能完全结晶，存在一定的结晶度。 聚合物 结晶度 LDPE HDPE PP PET 45 74 65 95 55 60 20 60 测定聚合物结晶度的常用方法有量热法、X射线衍射法，密度法，红外光谱法以及核磁共振法等。 四、 结晶对性能的阻碍： 由于结晶作用使大分子链段排列规整，分子间作用力增强，因而使制品的密度、刚度、拉伸强度、硬度、耐热性、抗溶性、气密性和耐化学腐蚀性等性能提高，而依靠于链段运动的有关性能，如弹性、断裂伸长率、冲击强度则有所下降。制品中含一定量的无定形部分，可增加结晶制品的韧性和力学强度，但能使制品各部分的性能不均匀，甚至会导致制品翘曲和开裂。 结晶度升高

30、耐化学性、熔点也均有所提高，透明性下降。 晶粒对透明性阻碍专门大，小的球晶，透明性好。 五、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/pic/jiejing.avi t _blank 成型中阻碍结晶的因素： 1、 冷却速度慢，聚合物的结晶过程接近于等温静态过程，结晶从均相成核作用开始，在制品中容易形成大的球晶。而大的球晶结构使制品发脆，力学性能下降，同时冷却速度慢，加大了成型周期，并因冷却程度不够而易使制品扭曲变形。故大多数成型过程专门少采纳缓慢的冷却速度。 冷却速度快，熔体的过冷程度大，骤冷甚至使聚合物来不及结晶而成为过冷液体的非晶结构，使制品体积松散。而在厚制品内部

31、仍可形成微晶结构，如此由于内外结晶程度不均匀，会使制品产生内应力。同时由于制品中的微晶和过冷液体结构不稳定，成型后的接着结晶会改变制品的形状尺寸和力学性能。 2、 塑料在挤出、注射、压延、模压和薄膜拉伸等成型过程中，由于受到高应力的作用而使聚合物的结晶作用加快。这是因为在应力作用下聚合物熔体的取向，起到了诱发成核的作用 ( 在拉伸和剪切应力作用下，大分子沿力方向伸直并排成有序排列，有利于晶核形成和晶体的生长 )，使结晶速度增加。熔体的结晶度还随压力的增加而提高，同时压力能使熔体结晶温度升高。 此外，应力对晶体的结构和形态也有阻碍。例如在剪切应力或拉伸应力作用下，塑料熔体中往往生成一长串的纤维状

32、晶体。压力也能阻碍球晶的大小和形状，低压下形成的是大而完整的球晶，高压下则生成小而形状不规则的球晶。 3、在聚合物中加入成核剂可提高结晶度，提高定型速度，减小晶粒的直径，提高透明度。 4、 HYPERLINK /suliaogongyi/xxzl/xxsc/cxjg/04.htm 退火 ( 热处理 ) 的方法能够使结晶聚合物的结晶趋于完善 ( 结晶度增加 ) ，比较不稳定结晶结构转变为稳定的结晶结构，微小的晶粒转变为较大的晶粒等。退火可明显使晶片厚度增加，熔点提高，但在某些性能提高的同时又可能导致制品“凹陷”或形成空洞及变脆。此外退火也有利于大分子的解取向和消除注射成型等过程中制品的冻结应力。

33、2.4 成型过程中的定向作用学习目标1、能够分析制品的流淌取向程度及对制品性能阻碍2、掌握拉伸取向的阻碍因素3、注意拉伸制品的生产原理2.4 成型过程中的定向作用1、 热固性塑料模压制品中纤维状填料的定向 为探讨填料的定向，可用成型扇形 (1 4 圆形，见图 225) 片状物为例来讲明。实验证明，扇形片状试样切线方向的机械强度总是大于径线方向，而在切线方向的收缩率又往往小于径向。基于这种测定和显微分析的结果并结合以上讨论的情况，可推断出填料在模压过程中的位置变更差不多上是按照图示顺次进行的。能够看出，填料排列的方向要紧是顺着流淌方向的，碰上阻断力 ( 如模壁等 ) 后，它的流淌就改成与阻断力成

34、垂直的方向。 2、 热塑性塑料成型过程中聚合物分子的定向 用热塑性塑料生产制品时，只要在生产过程中存在着熔体流淌，几乎都有聚合物分子定向的问题，不管生产方法如何变化，阻碍定向的外界因素以及因定向在制品中造成的后果差不多上也是一致的。 图示是长条形注射模塑制品的定向情况。从图能够看出，分子定向程度从浇口处起顺着料流的方向逐渐增加，达至最大点 ( 偏近浇口一边 ) 后又逐渐减弱。中心区与邻近表面的一层，其定向程度都不专门高，定向程度较高的区域是在中心两侧次表层一带。以上各区的定向程度差不多上依照实际试样用双折射法测量的结果 3、以长条形试样为例分析流淌取向度。 聚向程度取决于剪切力大小、作用时刻和

35、解取向的程度。 (1) 分子定向是流淌速度梯度诱导而成的，而这种梯度又是剪应力造成的： (2) 当所加应力差不多停止或减弱时，分子定向又会被分子热运动所摧毁(解取向）。分子定向在各点上的差异应该是这两种对立效应的净结果。 分析过程： 现在就以图 226 所示试样来分析这种情况。当熔融塑料由料筒通向浇口而向塑模流入时，凡与模壁 ( 模壁温度较低 ) 接触的一层都会冻结。导致塑料流淌的压力在入模处应是最高，而在料的前锋应是最低，即为常压。由于诱导分子定向的剪应力是与料流中压力梯度成正比的，因此分子定向程度也是在入模处最高，而在料的前锋最低。如此前锋料在承受高压 ( 承受高压应在塑料充满模腔之后 )

36、 之前，与模壁相遇并行冻结时，冻结层中的分子定向就可不能专门大，甚至没有。紧接表层的内层，由于冷却较慢，因此当它在中心层和表层问淤积而又没有冻结的时刻内是有机会受到剪应力的 ( 在型腔为塑料充满之后 ) ，因此临近表层处，分子就会发生定向。其次，再考虑型腔横截面上各点剪应力的变化情况。假如模壁与塑料的温度相等，则模壁处的剪应力应该最大，而中心层应是最小。但从贴近模壁一层差不多冻结的实际情况来看，在型腔横截面上能受剪应力作用而造成分子定向的料层仅限于塑料仍处于熔态的中间一部分。这部分承受剪应力最大的位置，是在熔态塑料柱的边缘，即表层与中心层的界面上。由此当不难想到分子定向程度最大的区域应该像图示

37、的区域，而越向中心定向程度应该越低。再次，塑料注入型腔后，首先在横截面上堵满的地位既可不能在型腔的尽头，也可不能在浇口的四周，而是在这两者之问，这是专门明显的。最先充满的区域，它的冻结层应是最厚 ( 以塑料充满型腔的瞬时计 ) ，而且承受剪应力的机会也最多，因为在充满区的中间还要让塑料通过，这确实是图示定向程度最大的地点。 2、流淌取向会造成制品各向异性，存在内应力，一般不希望在制品中存在取向。 塑料试样在分子定向的力学强度 阻碍取向的因素要紧有： 随着塑模温度、制品厚度 ( 即型腔的深度 ) 、塑料进模时的温度等的增加，分子定向程度即有减弱的趋势；增加浇口长度、压力和充满塑模的时问，分子定向

38、程度也随之增加；分子定向程度与浇口安设的位置和形状有专门大关系，为减少分子定向程度，浇口最好设在型腔深度较大的部位。 下图为利用流淌取向的“铰链”形制品 二、聚合物的 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/02/pic/quxiang.jpg 拉伸取向 成型过程中假如将聚合物分子在玻璃化温度与熔点之间的温度区域内，沿着一个方向拉伸，则其中的分子链将在专门大程度上沿着拉伸方向作整齐排列，也确实是分子在拉伸过程中出现了定向。由于定向以及因定向而使分子链间吸引力增加的结果，拉伸并经迅速冷至室温后的制品在拉伸方向上的拉伸强度、抗蠕变等性能就会有专门大的提高。 对薄膜来讲，拉伸假如是

39、在一个方向上进行的，则这种方法称为单向拉伸 ( 或称单轴拉伸 ) ；假如是在横直两向上拉伸的，则称为双向拉伸 ( 或称双轴拉伸 ) 。 1、拉伸温度范围应在玻璃化温度到粘流温度或熔点之间。 拉伸定向要在聚合物玻璃化温度和熔点之问进行，分子在高于玻璃化温度时才具有足够的活动，如此，在拉应力的作用下，分子从无规线团中被拉伸应力拉开、拉直和在分子彼此之问发生移动。实质上，聚合物在拉伸定向过程中的变形可分为三个部分：瞬时弹性变形：这是一种瞬息可逆的变形，是由分子键角的扭变和分子链的伸长造成的。这一部分变形，在拉伸应力解除时，能全部恢复。分子排直的变形：排直是分子无规线团解开的结果，排直的方向与拉伸应力

40、的方向相同。这一部分的变形即所谓分子定向部分，是拉伸定向工艺要求的部分。它在制品的温度降到玻璃化温度以下后即行冻结而不能恢复。粘性变形：这部分的变形，与液体的变形一样，是分子间的彼此滑动，也是不能恢复的。 2、无定型聚合物取向分子的冻结 取向分子和保持是通过把温度降到玻璃化温度之下来实现。 拉伸后的薄膜或其它制品，在重新加热时，将会沿着分子定向的方向 ( 即原来的拉伸方向 ) 发生较大的收缩。 3、拉伸阻碍因素：拉伸温度、拉伸速度、拉伸比、冷却速度。 (1) 在给定拉伸比 ( 拉伸后的长度与原来长度的比 ) 和拉伸速度的情况下，拉伸温度越低 ( 不得低于玻璃化温度 ) 越好。其目的是增加排直变

41、形而减少粘性变形 ( 参见图 227) 。 (2) 在给定拉伸比和给定温度下，拉伸速度越大则所得分子定向的程度越高。 (3) 在给定拉伸速度和定温下，拉伸比越薄膜的拉伸强度大，定向程度越高 (4) 不管拉伸情况如何，骤冷的速率越大，能保持定向的程度越高。 4、结晶性聚合物在拉伸 结晶对拉伸过程的阻碍是比较复杂的。首先，要求拉伸前的聚合物中不含有晶相， 含有晶相的聚合物，在拉伸时，不容易使其定向程度提高。 其次，具有结晶倾向的聚合物，在拉伸过程中，伴有晶体的产生、结晶结构的转变 ( 指拉伸前已存有晶相的聚合物 ) 和晶相的定向。拉伸过程中的分子定向能够加速结晶的过程这是晶体在较短时刻 ( 拉伸所

42、需时刻不长 ) 就能够产生的缘故。 结晶常能限制分子的运动。因此，通过热处理，聚合物形成高的结晶度以防止收缩。 5、 热处理 假如将拉伸后的薄膜或其它制品在张紧的情况下进行热处理，即在高于拉伸温度而低于熔点的温度区域内某一适宜的温度下加热若干时刻 ( 通常为几秒钟 ) ，而后急冷至室温，则所得的薄膜或其它制品的收缩率就降低专门多。 2.5 聚合物的降解学习目标1、明确降解的类型2、注意不同聚合物对不同降解的敏感性3、如何有效的防止降解 2.5 聚合物的降解聚合物在热、力、氧、水、光、超声波和核辐射等作用下往往会发生降解的化学过程，从而使其性能劣化。降解的实质是：断链；交联；分子链结构的改变；侧

43、基的改变；以上四种作用的综合。在以上的许多作用中，自由基常是一个爽朗的中间产物。作用的结果差不多上聚合物分子结构发生变化。 对成型来讲，在正常操作的情况下，热降解是要紧的，由力、氧和水引起的降解居于次要地位，而光、超声波和核辐射的降解则是专门少的。一、热降解 热降解与分子结构和有无促进降解的杂质有关，聚合物的热降解首先是从分子中最弱的化学键开始的。关于化学键的强弱次序一致认为： C FCH( 烯和烷 )C C0 脂链 )CCl 在碳原子中：稳定性CCC 叔碳原子 季碳原子 容易发生热降解的聚合物有PVC、PVDC、POM等。 有效防止的方法：加入热稳定剂，尽量减少高温停留的时刻。 二、力降解

44、聚合物在成型过程中常因粉碎、研磨、高速搅拌、混炼、挤压等受到剪切和拉伸应力而降解。力降解的阻碍因素有以下几个方面： (1) 聚合物相对分子质量越大的，越容易发生力降解。 (2) 施加的应力愈大时，降解速率也愈大，而最终生成的断裂分子链段却愈短。 (3) 一定大小的应力，只能使分子断裂到一定的长度。当全部分子链都已断裂到施加的应力所能降解的长度后，力降解将不再接着。 (4) 聚合物在增温与添有增塑剂的情况下，力降解的倾向趋弱。 三、氧化降解 在常温下，绝大多数聚合物都能和氧气发生极为缓慢的作用，只有在热、紫外辐射等的联合作用下，氧化作用才比较显著。降解历程专门复杂，而且随聚合物的种类不同，反应的

45、性质也不同。只是在大多数情况下，氧化是以链式反应进行的。聚合物首先通过热或其它能源的引发形成自由基。随之自由基与氧结合形成过氧化自由基，过氧化自由基又与聚合物作用形成过氧氢化物和另一个自由基。这两步即为链传递作用。 有效防止的方法：加入光稳定剂、抗氧剂，防止高温与氧接触。 四、水解 含有酰胺基、酯基等基团的聚合物可能发生水解。防止的方法是干燥。 一次性降解制品 2.6 热固性塑料的交联作用学习目标、明确交联过程的三个时期、注意硬化、熟化、交联度之间的关系2.6 热固性塑料的交联作用热固性塑料，在尚未成型时，其要紧组成物 ( 树脂 ) 差不多上线型或带有支链的聚合物。这些线型聚合物分子与热塑性塑

46、料中线型聚合物分子的不同点在于：前者在分子链中都带有反应基团 ( 如羟甲基等 ) 或反应活点 ( 如不饱和键等 ) 。成型时，这些分子通过自带的反应基团的作用或自带反应活点与交联剂 ( 也称硬化剂，是后加的 ) 的作用而交联在一起。这些化学反应都称为交联反应。差不多发生作用的基团或活点对原有反应基团或活点的比值称为交联度。1、明确交联过程的三个时期 工业上还适应将树脂交联过程分为三个时期： 甲阶，这一时期的树脂是既能够溶解又能够熔化的物质。乙阶，现在树脂在溶解与熔化的量上受到了限制。也确实是讲有一部分是不溶解不熔化的，但依旧是可塑的。丙阶，这一时期的树脂是不熔不溶的物质，只是严格地讲，丙阶树脂

47、中仍有少量能够溶解的物质。 2、注意硬化、熟化、交联度之间的关系 在成型工业中，交联一词常常用硬化、熟化等词代替。所谓“硬化得好”或“硬化得完全”并不意味着交联作用的完全，而是指交联作用进展到一种最为适宜的程度，以制品的物理力学性能等达到最佳的境地。一般称硬化程度大于 100 的为 “ 过熟”，反之则为“欠熟”。第三章成型用的物料内容简介 本章介绍了塑料用树脂、助剂的差不多性能，不同状态原料的配制方法。 本章重点 3.1 粉料的配制3.2 粒料的配制 3.1 混合原理和效果评定1、混合理论分析 (1).扩散：靠各组分间浓度差推动微粒从浓度高向浓度低的区域迁移。（对固、液态物料，这种作用不明显）

48、 (2).对流：靠各组分在外界因素下向其它组分所占空间流淌，达到各组分在空间上的均匀分布（要紧手段为机械搅拌） (3).剪切：机械作用产生剪切力使物料各组分的物料块形变甚至分离崩溃，达到均一混合的目的（物料初混以对流为主，塑炼要紧靠剪切作用） 2、混合效果的评定 （1）均匀程度； （2）分散程度。 一方面是组成的均匀程度：从混合物中随机取样分析测定，所得某一组分的百分含量与理论或总体百分含量的差值；另一方面是看相邻同一组分间的距离，越小分散得越好。3.2 粉料的配制学习目标1、熟悉原料的性能2、掌握物料配制方法，熟悉配制中常用的操作。3.2 粉料的配制 在塑料成型加工中，压延和挤出都可采纳粉料

49、。一般配制粉料是把各组分混合分散均匀，因此这种粉料也称作干混料。一、粉料和粒料的组成不管是粉料依旧粒料，差不多上聚合物和助剂两类物质组成的。其中聚合物是要紧成分，助剂则是为使复合物或其制品具有某种特性而加入的一些物质。常用的塑料助剂种类专门多，要紧有增塑剂、稳定剂、加工助剂、冲击改性剂、填充剂、增强剂、着色剂、润滑剂、防静电剂、阻燃剂、防霉剂等20多类。加至塑料中的助剂是随制品的不同要求而定的，并不是各类都需要，加入的各类助剂必须以相互发挥为要则，切忌彼此抑制。 1、聚合物(树脂) 聚合物既是塑料的要紧成分，因此它决定了制品的差不多性能。在塑料制品中，聚合物应成为均一的连续相，其作用在于将各种

50、助剂粘结成一个整体，从而具有一定的物理力学性能。由聚合物与助剂配制成复合物需要有良好的成型工艺性能，例如，在成型过程中，一般应在一定的温度、压力下具有可塑性(连续流淌的行为)。 从配料的角度来考虑，对聚合物的选择要求要紧是相对分子质量大小及其分布、颗粒大小、结构和它们与增塑剂、溶剂等相互作用的难易等。凡相对分子质量偏高，颗粒结构紧密，以及与增塑剂和溶剂作用较难的，则配制时即需较高的温度、较强的外作用力和较长的作用时刻。 常用的聚合物树脂有： HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/01.htm t _blank PE聚乙烯 、 HYPERLINK /suliao

51、gongyi/wlkc/03/002/02.htm t _blank PVC聚氯乙烯 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/03.htm t _blank PP聚丙烯 HYPERLINK /suliaogongyi/学习资源/PP塑料.htm 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/04.htm t _blank PS聚苯乙烯 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/05.htm t _blank ABS丙烯脯丁二烯苯乙烯共聚物 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wl

52、kc/03/002/06.htm t _blank PA聚酰胺 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/07.htm t _blank PC聚碳酸脂 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/08.htm t _blank PMMA聚甲基丙烯酯甲酯 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/09.htm POM聚甲醛 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/10.htm PPO聚苯醚、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002

53、/11.htm PPS聚苯硫醚 、PUR聚氨酯、PSU聚砜、PF酚醛树脂、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/12.htm PTFE聚四氟乙烯等。2、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/13.htm 增塑剂 为降低塑料的软化温度范围和提高其加工性，柔韧性或延展性，加入的低挥发性或挥发性可忽略的物质称为增塑剂，而这种作用则称为增塑作用。增塑剂通常是一类对热和化学试剂都专门稳定的有机物，大多是挥发性低的液体，少数则是熔点较低的固体，而且至少在一定范围内能与聚合物相容(混合后可不能离析)。通过增塑的聚合物，其软化点(或流淌温

54、度)、玻璃化温度、脆性、硬度、拉伸强度、弹性模量等均将下降，而耐寒性、柔顺性、断裂伸长率等则会提高。目前工业上大量应用增塑剂的聚合物只有聚氯乙烯、醋酸纤维、硝酸纤维等少数几种。其中要紧是聚氯乙烯，所耗增塑剂占其总产量的80以上。因此，以下将着重讨论聚氯乙烯的增塑剂。但所述的原理部分对其它塑料也同样适用。 实际采纳的增塑剂，除要求它们对聚合物的相容性好、增塑效率高、挥发度低、化学稳定性高、对光、热稳定性好等外，还要求无色、无臭、无毒、不燃、吸水量低，在水、油、溶剂等中的溶解度和迁移性小、介电性能好，在室和气低温下制品外观和手感好耐霉菌及污染以及价廉等。要求一种增塑剂同时兼具这些性能是困难的，但其

55、中相容性好和挥发度低是最差不多的要求，在使用时，应在满足这两项要求后再按具体情况作适当选择，在多数情况下，常将几种增塑剂混用来达到要求。 聚合物与增塑剂的相容性：由于增塑剂对聚合物的作用是发生在它们分子之间的。因此，最重要的要求是它们之间应该有相容性，即彼此之间有互溶性。 相容性好的可作为主增塑剂，能单独使用；增塑剂不易析出。相容性差的对聚合物的亲合力差，只能与主增塑剂共用。 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/14.htm 增塑剂的效率 ：它是从改变聚合物的一定量的物理性能所需加入增塑剂的量作为标记的。选择的物理性能指标能够不同，如用弹性模量、柔顺性、玻璃

56、化温度、脆折温度、回弹量以及一切变形 ( 伸长、弯曲、扭曲、压缩等 ) 等均可。 3、在塑料中加入稳定剂是制止或抑制聚合物因受外界因素(光、热、氧、细菌、霉菌以至简单的长期存放等)所引起的破坏作用。稳定剂可分为热稳定剂、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/15.htm 光稳定剂 (紫外线汲取剂，紫外线猝灭剂、光屏蔽剂等)及 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/16.htm 抗氧剂 等。 4、填充剂（填料） 填充剂一般差不多上粉末状的物质，配制塑料时加入填充剂的目的是改善塑料的成型加工性能，提高制品的某些性能，给予塑料新的

57、性能和 ( 或 ) 降低成本。通常用偶联剂或表面活性剂处理，以改善填料在塑料中的分散程度。填充剂的加入量一般为塑料组成的 40 以下。近年来生产的一些高填充塑料制品等，填充剂的加入量则可能远超过此范围。 填充剂的大小和表面状况对塑料性能有一定阻碍，球状、立方体状的通常可提高成型加工性能，但机械强度差，而鳞片状的则相反。粒子愈细时对塑料制品的刚性、冲击性、拉伸强度、因次稳定性和外观等改进作用愈大。 5、增强剂 加入聚合物中使其机械性能得到提高的纤维类材料，称作增强剂。它实际上也是聚合物的填料，只是由于性能上的差不和目前有专门大的进展，因此特将其单独列作一类。增强剂用量越高，增强效果也越大，但却使

58、塑料流淌性下降，恶化成型加工性能，对设备的磨蚀也较严峻。 6着色剂(色料) 给予塑料以色彩或专门光学性能或使之具有易于识不等功能的材料称为着色剂。塑料着色剂要紧有无机颜料、有机颜料和染料三类。 色料一般有粒状、膏状、粉状之分。用前两种在运输上虽较方便，但在混合时比较费工：用后一种，操作时会引起粉尘飞扬，需要添加防尘措施，因此选择色料时应该结合混合成本以及工厂所能提供的设备和环境爱护的要求作出合理的选择。此外目前也有工厂专业生产一些高浓度 (50 200 倍或更高 ) 的色母料，供成型加工厂使用，因它清洁、方便又易于操纵，因而进展专门快。 7、润滑剂 为改进塑料熔体的流淌性能，减少或幸免对设备的

59、摩擦和粘附(粘附也可能由其它助剂引起)以及改进制品表面光亮度等，而加入的一类助剂称为润滑剂。常用热塑性塑料中需要加润滑剂的有聚烯烃、聚苯乙烯、醋酸纤维素、聚酰胺、ABS、聚氯乙烯等，其中又以硬聚氯乙烯更为突出。常用的润滑剂有脂肪酸及其皂类、脂肪酸酯类、脂肪醇类和酰胺类、石蜡、低相对分子质量聚乙烯、合成蜡、丙烯酸酯类及某些有机硅化合物。润滑剂的用量常低于1。选用时应注意的是：润滑剂的用量和品种对物料的配制及成型加工都有较大的阻碍。 8、防静电剂 聚烯烃、聚苯乙烯、聚酰胺、聚氯乙烯等塑料制品的表面，常因在成型过程中与模具或设备表面分开而积有静电，这种积电还会在制品后加工或运转中增加。带有静电的制品

60、表面容易积灰，对生产与使用不利。静电过大时常会震击人身，假如静电压大至3000V时还会产生静电火花，甚至引起火灾。为使制品具有适量的导电能力以消除带静电的现象，可在塑料中加入少量防静电剂。防静电剂要紧有胺的衍生物、季胺盐类、磷酸酯类和聚乙二醇酯类。 9、阻燃剂 许多塑料是可燃的，这给应用带来许多限制。如在塑料中加入一些含磷、卤素的有机物或三氧化二锑等物质常能阻止或减缓其燃烧，这类物质即称为阻燃剂。此外在某些聚合物(如环氧、聚酯、聚氨酯、ABS等)合成时，引人一些难燃结构(基团)，也可起到降低其燃烧性能的作用，这些称为反应型阻燃剂。 常用阻燃剂如磷酸酯类、含卤磷酸酯类、有机卤化物、无机阻燃剂。添