塑料成型工艺与模具设计第章2

第一章塑料概论

第一节高聚物的分子结构与特性第二节高聚物的热力学性能及在成型过程中的变化第三节塑料的组成及分类第四节塑料的工艺性能第五节常用塑料第六节塑料的改性第一节高聚物的分子结构与特性一、树脂与塑料的概念树脂包括天然树脂和合成树脂。天然树脂是指从树木、动物、石油中分泌出的脂物，如松香是从松树分泌出鲍乳液状松脂中分离出来的；虫胶是从热带昆虫的分泌物中提取的；而沥青是从石油中得到的。这些天然树脂无明显的熔点，受热后逐渐软化，可溶解于有机溶剂，不溶解于水等。随着生产的发展，天然树脂不仅在数量上而且在质量上都远远不能满足需要，于是人们根据天然树脂的分子结构和特性，应用人工方法制造出了合成树脂。例如酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、聚乙烯、聚氯乙烯等都属于合成树脂。塑料是以树脂为主要成分，添加一定数量和一定类型的添加剂，在加工过程中能够形成流动的成型材料。由于添加剂所占比例比较小，塑料的性能主要取决于合成树脂的性能。下一页返回第一节高聚物的分子结构与特性二、高聚物的分子结构与特性无论是天然树脂还是合成树脂，它们都属于高分子聚合物，简称高聚物。塑料的许多优异性能都与高聚物的分子结构密切相关。我们知道，低分子化合物中所含的原子数一般都不多。例如一个水分子H2O由3个原子构成，一个石灰石分子CaCO3由5个原子构成。再复杂一点的化合物，其分子中所含的原子数最多也不过是几百个。但是，高聚物则不同，一个高聚物分子中含有成千上万、甚至几十万个原子。例如，尼龙分子中大约含有4千个原子，天然橡胶分子中大约含有5万到6万个原子，纤维素（木材中含有此成分）分子中大约含有10万到20万个原子。从相对分子质量来看，低分子化合物的相对分子质量只有几十或几百，如水的相对分子质量为18，石灰石为100；而高聚物的相对分子质量比低分子化合物的高得多，一般从几万至上千万。例如，尼龙分子的相对分子质量为2.3万左右，天然橡胶为40万。再从分子长度来看，低分子乙烯的长度约为0.0005μm,而高分子聚乙烯的长度为6.8μm，后者是前者的13600倍。上一页下一页返回第一节高聚物的分子结构与特性由此可见，高分子是含有原子数很多、相对分子质量很高、分子很长的巨型化合物。正是由于高分子化合物与低分子化合物的分子结构存在着如此悬殊的差异，才使高聚物具有许多与低分子化合物很不相同的特性。单就分子中所含原子个数、相对分子质量的大小和分子的长短还不足以表达高分子的结构特性。每个高分子里含有按照一定的方式排列的一种或数种原子或原子团，再通过化学链连成一个高分子。例如聚乙烯分子里的小单元为C2H4，每个聚乙烯分子里含有n个象下面这样连接起来的小单元：…—C2H4—C2H4—C2H4—C2H4—…上一页下一页返回第一节高聚物的分子结构与特性这些小单元称为“链节”，好像链条里的每个链节；n称为“链节数”（聚合度），表示有多少链节聚合在一起。由许多链节构成一个很长的高聚物分子，称为“分子链”。例如聚乙烯的相对分子质量若是56000，那么一个聚乙烯分子里就含有两千多个乙烯单体分子（单体分子是指用以合成高聚物的小分子）。如果高聚物的分子链呈不规则的线状（或者团状），高聚物是一根根的分子链组成的，则称为线型高聚物；如图1-1（a）所示。如果在大分子的链之间还有一些短链把它们相互交联起来，成为立体结构，则称为体型高聚物，如图1-1（c）所示。此外，还有一些高聚物的大分子主链上带有一些或长或短的小支链，整个分子链呈枝状，如图1-1（b）所示，称为带有支链的线型高聚物。上一页下一页返回第一节高聚物的分子结构与特性高聚物的分子结构不同，其性质也不同。线型高聚物具有弹性和塑性，在适当的溶剂中可溶胀或溶解，升高温度时则软化至熔化状态而可流动，而且这种特性在高聚物成型前后都存在，因而可以反复成型，所以称为热塑性材料。体型高聚物脆性大，弹性较高，塑性很低，在成型前是可熔的，一经成型硬化后，就成为既不溶解又不熔融的固体，不能再次成型，所以称为热固性材料。三、结晶型和非结晶型高聚物的结构与特性 对于某些固体材料，如果它们中的质点既是近程有序，又是远程有序，则可将它们称为晶体材料，反之则称为非晶材料。高聚物的结构按照分子排列的几何特点，也可以分为结晶型和非结晶型两大类型，其中非结晶型高聚物又叫做无定形高聚物。上一页下一页返回第一节高聚物的分子结构与特性结晶型高聚物由“晶区”（分子作有规则紧密排列的区域）和“非晶区”（分子处于无序状态的区域）所组成。晶区所占的重量百分数称为结晶度。例如低压聚乙烯在室温时的结晶度为85％～90％。通常当高聚物的分子结构简单，主链上带有的侧基体积小，对称性高，分子间作用力大时，有利于结晶；反之，则对结晶不利或不能形成结晶区。结晶只发生在线型高聚物和含交联链不多的体型高聚物中。结晶对高聚物的性能影响重大，由于结晶造成了分子的紧密聚集状态，增强了分子间的作用力，所以使高聚物的强度、硬度、刚度及熔点、耐热性和耐化学性等性能都有所提高。而与链运动有关的性能，如弹性、伸长率和冲击强度等则降低。上一页下一页返回第一节高聚物的分子结构与特性对无定形高聚物的结构，过去一直认为其分子排列是杂乱无章、相互穿插交缠的。但用电子显微镜观察，发现无定型高聚物的质点排列不是完全无序的，而是大距离范围内无序，小距离范围内有序，即：“远程无序，近程有序”。体型高聚物由于分子链间存在大量交联，分子链难以作有序排列，所以都具有无定形结构。上一页返回第二节高聚物的热力学性能及在成型过程中的变化一、高聚物的热力学性能高聚物的物理、力学性能与温度密切相关，温度变化时，高聚物的受力行为发生变化，呈现出不同的力学状态，表现出分阶段的力学性能特点。高聚物在不同温度下的力学状态，就是高聚物的热力学性能。这些性能在很大程度上决定了塑料对加工的适应性。下面以热塑性材料为例说明受恒应力作用时变形程度与温度的关系。热塑性材料可以有三种物理聚集状态：即玻璃态、高弹态和粘流态。三种物理状态之间可以相互转变，它体现了分子链在不同温度、力场作用下，分子运动状态和分子间的相互作用。图1-2为高聚物的三种物理状态与温度的关系（高聚物的温度-形变曲线）。下一页返回第二节高聚物的热力学性能及在成型过程中的变化1．玻璃态温度低于Tg（玻璃化温度），曲线基本是水平的，高聚物不仅整个分子链不能运动，连单个链节也失去了曲挠性，变得象玻璃那样坚硬，即表现为玻璃态。此时，塑料的弹性模量较高，变形程度小。由于塑料的Tg温度高于室温，所以一般使用的塑料都处于玻璃态。2．高弹态当温度上升，高于Tg低于Tf（粘流化温度）时，曲线开始急剧变化，但很快稳定趋于水平。高聚物变得象橡胶一样柔软而富有弹性，这种状态叫做高弹态。此时塑料的弹性模量显著减小，形变能力大大增强，外力去除变形量可以回复，变形是可逆的。上一页下一页返回第二节高高聚聚物的热热力学性性能及在在成型过过程中的的变化3．粘流流态当温度继继续上升升高于Tf，变形迅迅速发展展，弹性性模量再再次很快快下降，，高聚物物即产生生粘性流流动，成成为粘流流态，常常称之为为熔体。。此时的的变形是是不可逆逆的粘性性变形。。塑料在在冷却后后能将形形变永久久保持下下去。当温度过过高超过过Td（热分分解温度度）时，，大分子子链裂解解，高聚聚物降解解成为低低聚物或或单体，，不再具具有高聚聚物的性性能，材材料被破破坏（热热分解））。所以以Tf~Td是塑料成成型加工工的范围围，这个个范围越越宽，塑塑料成型型加工就就越容易易进行。。上一页下一页返回第二节高高聚聚物的热热力学性性能及在在成型过过程中的的变化综上所述述，高聚聚物的成成型加工工是在粘粘流状态态中实现现的。粘粘流化温温度Tf是高聚物物成型加加工的最最低温度度。欲使使高聚物物达到粘粘流态，，加热只只是方法法之一。。还可以以通过加加入增塑塑剂降低低高聚物物的粘流流温度。。粘流温温度不仅仅与高聚聚物的化化学结构构有关，，而且与与其相对对分子质质量的大大小有关关。粘流流温度随随相对分分子质量量的增加加而升高高。以上所述述是热塑塑性材料料的热力力学性能能，而热热固性材材料由于于分子运运动阻力力很大，，一般随随温度发发生的力力学状态态变化较较小，所所以通常常不存在在粘流态态甚至高高弹态，，即遇热热不熔，，高温时时则分解解。上一页下一页返回第二节高高聚聚物的热热力学性性能及在在成型过过程中的的变化二、高聚聚物的加加工工艺艺性能塑料的热热力学性性能决定定了塑料料对加工工的适应应性，不不同的物物理状态态，成型型加工方方法也不不同。当当温度低低于Tg，塑料的的弹性模模量较高高，变形形程度小小，不宜宜进行大大变形的的加工，，但可以以作为结结构材料料进行锉锉、锯、、钻、车车、铣等等机械加加工。温温度上升升高于Tg低于Tf时，塑料料形变能能力大大大增强，，可进行行真空成成型、压压力成型型、压延延和弯曲曲成型等等。从Tf开始分子子热运动动大大激激化，塑塑料的弹弹性模量量降低到到最低值值，较小小的外力力就能引引起熔体体宏观流流动。此此时在形形变中主主要是不不可逆的的粘性形形变，冷冷却后塑塑料就能能将形变变永久保保持下去去。因此此，在这这个温度度范围内内常进行行注塑、、挤出、、吹塑成成型等加加工。过过高的温温度将使使高聚物物的粘度度大大降降低，不不适当地地增大流流动性容容易引起起诸如注注射成型型中的溢溢料、挤挤出塑件件的形状状扭曲、、收缩和和纺丝过过程中纤纤维的毛毛细断裂裂等现象象。温度度高到分分解温度度附近还还会引起起高聚物物分解，，以致降降低产品品物理力力学性能能或引起起外观不不良等。。因此，，Tg与Tf都是塑料料进行加加工的重重要参考考温度。。上一页下一页返回第二节高高聚聚物的热热力学性性能及在在成型过过程中的的变化三、高聚聚物的结结晶高聚物由由非晶态态转为晶晶态的过过程就是是结晶过过程，结结晶发生生在高温温熔体向向低温固固态转变变过程中中，在此此过程中中高聚物物分子作作稳定规规整排列列的就是是结晶区区。同金金属的结结晶相类类似，高高聚物的的结晶过过程也由由晶核生生成和晶晶体生长长两步完完成。在高聚物物主体中中，如果果它的某某一局部部的分子子链段已已成为有有序排高高聚物列列，且其其大小已已能使晶晶体自发发地生长长，则该该种大小小的有序序排列的的微粒即即称为晶晶坯。晶晶坯在高高于熔点点时时结结时散，，处于一一种动态态平衡状状态。温温度接近近熔点乃乃至刚刚刚冷至熔熔点以下下时，晶晶坯依然然有时结结时散的的情况，，但某些些晶坯也也会长大大，以致致达到临临界的稳稳定尺寸寸，即变变成晶核核。晶核核生成的的速率与与温度密密切相关关，若以以△Q表表示晶核核生成的的温度与与熔点之之间的温温差，则则当△Q等于零零时，即即温度为为熔点，，晶核生生成的速速率为零零。上一页下一页返回第二节高高聚聚物的热热力学性性能及在在成型过过程中的的变化△Q逐渐渐增大，，晶核生生成速率率很快上上升，以以致达到到一个最最大值。。这时，，没有达达到临界界尺寸的的晶坯结结多散少少，最有有利于形形成晶核核。△Q继续增增大，分分子链段段的运动动阻力会会增大，，因而晶晶核生成成率又会会降低，，直至接接近于玻玻璃化温温度时又又降为零零。此时时，分子子主链的的运动停停止，因因此，晶晶坯的生生长、晶晶核的生生成及晶晶体的生生长都停停止。这这样，凡凡是尚未未开始结结晶的分分子均以以无序状状态或非非晶态保保持在高高聚物中中，从而而构成了了高聚物物中的非非晶区。。值得注注意的是是，在晶晶核生成成的过程程中，如如果熔体体中存有有外来的的物质（（异相成成核），，则会大大大提高高晶核的的生成速速率。上一页下一页返回第二节高高聚物的的热力学性性能及在成成型过程中中的变化综上所述，，具有结晶晶倾向的高高聚物，在在成型的塑塑料制件中中会不会出出现晶形结结构，需由由成型时塑塑料制件的的冷却速率率来决定。。由于结晶晶度能够影影响塑料制制品的性能能，所以工工业上为了了改善由具具有结晶倾倾向的高聚聚物所制的的塑件性能能，常采用用热处理方方法（即烘烘若干时间间）以使其其非晶相转转变为晶相相。将不太太稳定的晶晶形结构转转为稳定的的晶形结构构，微小的的晶粒转为为较大的晶晶粒等。但但也必须注注意，适当当的热处理理可以提高高高聚物的的性能，也也会由于晶晶粒的过分分粗大，使使高聚物变变脆，性能能反而变坏坏。四、高聚物物的取向高聚物熔体体在导管（（如圆管））内流动的的速率在管管中心最大大，管壁处处为零；在在导管截面面上各点的的速度分布布呈扁平的的抛物线形形状。上一页下一页返回第二节高高聚物的的热力学性性能及在成成型过程中中的变化在这种流动动情况下，，热固性和和热塑性塑塑料中各自自存在的细细而长的纤纤维状填料料（如木粉粉、短玻璃璃纤维等））和高聚物物分子，在在很大程度度上，都会会顺着流动动的方向作作平行的排排列，这种种排列常称称为取向作作用。其次次，由于同同样原因，，热塑性塑塑料在其玻玻璃化温度度与粘流温温度（或软软化点）之之间进行拉拉伸时，也也会发生取取向作用。。显然这些些取向单元元如果继续续存在于塑塑件中，则则塑件就将将出现各向向异性。各各向异性有有时是塑件件所需要的的，如制造造取向薄膜膜与单丝等等，这样就就能使塑件件沿拉伸方方向的抗拉拉强度与光光泽程度等等有所增加加。但在制制造许多厚厚度较大的的塑件（如如压缩产品品）时，又又要尽量消消除这种各各向异性现现象，因为为塑件中存存在的这一一现象不仅仅使取向不不一致，而而且各部分分的取向程程度也有差差别，这样样会使塑件件在某些方方向上的机机械强度得得到提高，，但在另外外一些方向向上强度降降低，甚至至发生翘曲曲或裂纹。。上一页下一页返回第二节高高聚物的的热力学性性能及在成成型过程中中的变化五、高聚物物的降解高聚物成型型塑件常常常是在高温温和应力作作用下进行行的。因此此，高聚物物分子可能能由于受到到热和应力力的作用或或由于高温温下高聚物物中微量水水分、酸、、碱等杂质质及空气中中氧的作用用而导致其其相对分子子质量降低低，使高聚聚物的大分分子结构发发生化学变变化。通常常我们把高高聚物相对对分子质量量降低的现现象称为高高聚物的降降解，也称称裂解。降解的实质质表现为断断链、分子子链结构的的改变、侧侧基的改变变以及它们们的综合作作用。在成成型加工中中，高聚物物的降解一一般都难以以完全避免免，而降解解大多是有有害的。轻轻度降解会会使高聚物物变色，进进一步降解解会使高聚聚物分解出出低分子物物质，导致致相对分子子质量降低低，塑件出出现气泡和和流纹等弊弊病，并因因此削弱塑塑件的各种种物理、力力学性能。。严重的降降解会使高高聚物焦化化变黑，产产生大量的的分解物质质。上一页下一页返回第二节高高聚物的的热力学性性能及在成成型过程中中的变化对塑料的成成型加工来来说，在正正常操作情情况下，热热降解是主主要的，由由力、氧气气和水等引引起的降解解是次要的的，但它们们也都能通通过温度对对高聚物的的降解起重重要作用。。所谓热降降解是指高高聚物在高高温下受热热时间过长长，发生变变色和分解解等现象。。高聚物在成成型过程中中出现降解解后，塑件件外观变坏坏，内在质质量降低，，使用寿命命缩短。因因此，加工工过程都应应设法减少少和避免高高聚物降解解。为此，，通常可采采取如下措措施：1）严格格控制原材材料的技术术指标，使使用合格的的原材料。。若原材料料不合格，，高聚物的的稳定性和和加工性变变坏，所含含杂质可对对降解起催催化作用。。2）使用用前对高聚聚物进行严严格干燥，，特别是聚聚酯、聚醚醚和聚酰胺胺等吸湿性性强的塑料料，使用前前通常应使使水分含量量降低到0.01％％～0.05％以下下。上一页下一页返回第二节高高聚物的的热力学性性能及在成成型过程中中的变化3）确定定合理的加加工工艺和和加工条件件，使高聚聚物在不易易产生降解解的条件下下加工成型型，这对于于那些热稳稳定性差、、加工温度度和分解温温度非常接接近的高聚聚物尤为重重要。4）采用用结构良好好的成型加加工设备和和模具。5）当加加工温度较较高时，在在配方中考考虑使用抗抗氧化剂、、稳定剂等等，以加强强高聚物对对降解的抵抵抗能力。。六、高聚物物的交联高聚物在加加工过程中中，形成立立体网状分分子结构的的反应称为为交联，通通过交联反反应可生成成体型高聚聚物。和线线型高聚物物相比，体体型高聚物物的机械强强度、耐热热性、耐溶溶剂性、化化学稳定性性和塑件的的形状稳定定性均有所所提高。上一页下一页返回第二节高高聚物的的热力学性性能及在成成型过程中中的变化所以以在在一一些些对对强强度度、、工工作作温温度度、、蠕蠕变变等等要要求求较较高高的的场场合合，，体体型型高高聚聚物物有有着着广广泛泛的的应应用用。。交交联联反反应应主主要要发发生生在在热热固固性性聚聚合合物物的的成成型型过过程程中中，，例例如如，，采采用用压压缩缩和和压压注注和和层层压压等等成成型型方方法法来来生生产产热热固固性性塑塑料料制制品品，，就就是是典典型型的的交交联联反反应应。。在在加加工工热热塑塑性性材材料料时时，，由由于于加加工工条条件件不不当当或或原原料料不不纯纯等等，，也也可可能能在在高高聚聚物物中中引引起起交交联联反反应应，，但但这这种种交交联联是是非非正正常常的的，，会会使使聚聚合合物物性性能能变变坏坏，，在在加加工工中中应应尽尽量量避避免免。。高聚聚物物的的交交联联反反应应很很难难进进行行完完全全。。高高聚聚物物的的交交联联度度高高，，说说明明交交联联反反应应进进行行的的程程度度深深。。在在交交联联反反应应进进行行的的同同时时，，高高聚聚物物逐逐渐渐失失去去了了可可溶溶性性和和可可熔熔性性。。交交联联度度不不宜宜过过高高或或过过低低。。过过高高的的交交联联度度会会引引起起高高聚聚物物发发脆脆、、变变色色和和起起泡泡；；交交联联度度过过低低，，高高聚聚物物的的机机械械强强度度、、耐耐热热性性等等较较差差，，塑塑件件表表面面灰灰暗暗，，易易产产生生细细微微裂裂纹纹，，吸吸水水量量也也大大。。在在塑塑料料成成型型工工业业中中，，交交联联一一词词常常常常用用硬硬化化代代替替。。交交联联度度过过低低称称为为““硬硬化化不不足足””，，反反之之称称为为““硬硬化化过过度度””。。一一般般说说来来，，加加工工温温度度高高则则交交联联速速度度快快，，硬硬化化时时间间长长则则交交联联度度高高。。加加工工过过程程中中的的流流动动、、搅搅拌拌等等都都有有利利于于交交联联反反应应速速度度的的加加快快。。上一一页页下一一页页返回回第二二节节高高聚聚物物的的热热力力学学性性能能及及在在成成型型过过程程中中的的变变化化但所所渭渭““硬硬化化得得好好””或或““硬硬化化得得完完全全””并并不不意意味味着着交交联联反反应应进进行行的的完完全全，，而而是是指指交交联联作作用用发发展展到到一一种种最最为为适适宜宜的的程程度度，，以以致致塑塑料料制制件件的的物物理理性性能能、、力力学学性性能能等等达达到到最最佳佳状状况况。。显显然然，，交交联联程程度度是是不不会会达达到到100％％的的，，但但是是硬硬化化程程度度却却可可以以。。一一般般硬硬化化程程度度大大于于100％％的的为为““过过熟熟””，，反反之之则则为为““欠欠熟熟””。。上一页页返回第三节节塑塑料料的组组成及及分类类一、塑塑料的的组成成塑料的的成分分相当当复杂杂，几几乎所所有的的塑料料都是是以各各种各各样的的树脂脂为基基础，，再加加入各各种添添加剂剂制成成的。。（一））树脂脂树脂多多是从从石油油、煤煤、空空气、、水和和农副副产品品等物物质中中提炼炼出来来的化化学物物质。。它是是塑料料的主主要成成分（（约占占材料料总重重量的的40%-60%）），有有些树树脂不不能单单独做做塑料料，必必须加加入一一些添添加剂剂。加加入添添加剂剂的目目的，，是为为了减减少树树脂含含量，，改善善塑料料的使使用和和加工工性能能。塑塑料料之所所以具具有可可塑性性或流流动性性，就就是树树脂所所赋予予的。。下一页页返回第三节节塑塑料料的组组成及及分类类（二））填充充剂添加填填充剂剂（填填料）），不不仅能能使塑塑料的的成本本大大大降低低，而而且还还能使使塑料料的性性能得得到显显著改改善，，对塑塑料的的推广广和应应用起起了促促进作作用。。常用用的填填料有有木粉粉、纸纸浆、、硅藻藻土、、云母母、石石棉、、炭黑黑、玻玻璃纤纤维等等。填填料在在很大大程度度上能能改变变塑料料的机机械性性能、、物理理性能能及工工艺性性能，，如硬硬度、、刚度度、电电绝缘缘性等等。例例如，，聚甲甲醛等等树脂脂中加加人石石墨、、聚四四氟乙乙烯后后，使使塑料料的耐耐磨性性、抗抗水性性、耐耐热性性、硬硬度及及机械械强度度等得得到全全面的的改进进。用用玻璃璃纤维维作为为塑料料的填填充剂剂，能能使塑塑料的的机械械强度度大幅幅度地地提高高。有有的填填充剂剂还可可以使使塑料料具有有树脂脂所没没有的的性能能，如如导电电性、、导磁磁性、、导热热性等等。大大多数数填料料还可可以减减少塑塑料在在成型型时的的收缩缩率，，以提提高产产品的的尺寸寸精度度。填填料的的用量量一般般不超超过塑塑料的的40%。。上一页页下一页页返回第三节节塑塑料料的组组成及及分类类（三））增塑塑剂树脂中中加入入增塑塑剂后后，加加大了了其分分子间间的距距离，，因而而削弱弱了大大分子子间的的作用用力。。这样样便使使树脂脂分子子容易易滑移移，从从而使使塑料料能在在较低低的温温度下下具有有良好好的可可塑性性和柔柔软性性。如如聚氯氯乙烯烯树脂脂中加加入邻邻苯二二甲酸酸二丁丁酯，，可变变为象象橡胶胶一样样的软软塑料料。常常用的的增塑塑剂是是液态态或低低熔点点固态态的有有机化化合物物，主主要有有甲酸酸酯类类、磷磷酸酯酯类和和氯化化石蜡蜡等。。对增增塑剂剂的要要求是是：与与树脂脂有良良好的的相溶溶性；；挥发发性小小，不不易从从塑件件中折折出；；无毒毒、无无臭味味、无无色；；对光光和热热比较较稳定定；不不吸湿湿。另另外还还需注注意，，加人人增塑塑剂固固然可可以使使塑料料的工工艺性性能和和使用用性能能均得得到改改善，，但也也降低低了树树脂的的某些些性能能，如如稳定定性、、介电电性、、机械械强度度等。。因此此，在在塑料料中要要尽可可能少少添加加增塑塑剂，，有些些塑料料可不不添加加增塑塑剂。。上一页页下一页页返回第三节节塑塑料料的组组成及及分类类（四））稳定定剂稳定剂剂可以以提高高树脂脂在受受外界界因素素（如如热、、光、、氧和和射线线等））作用用时的的稳定定性，，阻止止和减减缓塑塑料在在加工工使用用过程程中的的分解解变质质。许许多树树脂在在成型型加工工和使使用过过程中中由于于受上上述因因素的的作用用，性性能会会变坏坏，即即所谓谓“老老化””。加加人少少量（（千分分之几几）稳稳定剂剂可以以减缓缓这种种情况况的发发生。。对稳稳定剂剂的要要求是是除对对聚合合物的的稳定定效果果好外外，还还应能能耐水水、耐耐油、、耐化化学药药品，，并与与树脂脂相溶溶，在在成型型过程程中不不分解解、挥挥发小小、无无色。。根据据不同同的作作用，，稳定定剂可可分热热稳定定剂、、光稳稳定剂剂，抗抗氧化化剂等等。常常用的的稳定定剂有有硬脂脂酸盐盐、铅铅的化化合物物及环环氧化化合物物等。。上一页页下一页页返回第三节节塑塑料料的组组成及及分类类（五））润滑滑剂添加润润滑剂剂的目目的是是对塑塑料表表面起起润滑滑作用用，改改进塑塑料熔熔体的的流动动性，，减少少或避避免对对模具具型腔腔的摩摩擦和和粘附附，从从而使使塑件件的表表面更更加光光洁，，也有有助于于延长长模具具的使使用寿寿命。。常用用的润润滑剂剂有硬硬脂酸酸及其其盐类类，其其加入入量通通常小小于1％。。（六））着色色剂在塑料料中有有时要要用有有机颜颜料、、无机机颜料料和染染料使使塑料料制件件具有有各种种色彩彩，以以适合合使用用上的的美观观要求求，这这些有有机颜颜料、、无机机颜料料和染染料就就称为为着色色剂。。有些些着色色剂兼兼有其其他作作用，，如本本色聚聚甲醛醛塑料料用碳碳黑着着色后后能在在一定定程度度上防防止光光老化化；聚聚氯乙乙烯用用二盐盐基性性亚磷磷酸铅铅等颜颜料着着色后后，可可避免免紫外外线的的射人人，对对树脂脂起着着屏蔽蔽作用用，因因此，，它们们还可可以提提高塑塑料的的稳定定性。。对着着色剂剂的一一般要要求是是：性性质稳稳定，，不易易变色色，不不与其其他成成分（（增塑塑剂、、稳定定剂等等）起起化学学反应应，着着色力力强，，与树树脂有有很好好的相相溶性性。上一页页下一页页返回第三节节塑塑料料的组组成及及分类类（七））固化化剂固化剂剂又称称硬化化剂、、交联联剂。。它的的作用用在于于促使使合成成树脂脂进行行交联联反应应而形形成体体型网网状结结构或或加快快交联联反应应速度度，成成为较较坚硬硬和稳稳定的的塑料料制件件。例例如，，在环环氧树树脂中中加人人乙二二胺、、三乙乙醇胺胺等。。塑料的的添加加剂除除上述述几种种外，，还有有发泡泡剂（（制造造泡沫沫塑料料）、、阻燃燃剂（（降低低塑料料的燃燃烧性性）、、防静静电剂剂、导导电剂剂和导导磁剂剂等。。塑料还还可以以制成成“合合金””，即即把不不同品品种不不同性性能的的塑料料用机机械的的方法法均匀匀溶合合起来来，或或者将将不同同单体体的塑塑料通通过化化学处处理得得到新新性能能的塑塑料。。例如如，ABS塑料料就是是由苯苯乙烯烯、丁丁二烯烯、丙丙烯睛睛组成成，经经共聚聚和混混合而而制成成的三三元““合金金”。。上一页页下一页页返回第三节节塑塑料料的组组成及及分类类二、塑塑料的的分类类目前，，塑料料的品品种很很多，，目前前已投投入生生产的的有300余种种，常常用的的有40多多种。。从不不同角角度按按照不不同原原则进进行分分类的的方式式也各各不相相同。。但常常用的的塑料料分类类方法法有以以下两两种：：（一））按分分子结结构及及其热热性能能分类类1.热热塑塑性塑塑料这种塑塑料具具有线线型分分子链链或带带支链链线型型分子子结构构，如如图1-1（（a））、1-1（b）所示。。这类类塑料料在加加热时时，分分子活活动能能力强强，链链分子子间容容易产产生相相对运运动，，物料料形态态由固固态逐逐渐软软化或或熔融融成胶胶糊状状态或或粘稠稠流体体状态态，但但冷却却后又又可变变硬复复原为为固态态。如如此可可以反反复进进行多多次。。在这这一过过程中中一般般只有有物理理变化化，塑塑料分分子结结构并并无变变化,因而而其变变化过过程是是可逆逆的。。但是是，如如果温温度过过高而而且保保温时时间过过长，，材料料也将将被破破坏。。上一页下一页返回第三节塑塑料的组组成及分类类简而言之，，热塑性塑塑料是可以以多次反复复加热而仍仍具有可塑塑性的塑料料。聚乙烯烯、聚丙烯烯、聚苯乙乙烯、聚氯氯乙烯、有有机玻璃、、聚甲醛、、聚碳酸酯酯、ABS等塑料均均属此类。。2.热固固性塑料这类塑料最最终具有体体型网状结结构，如图1-1（（c）所示。这种种分子结构构是在塑料料加热成型型后期逐渐渐形成的。。在加热之之初，因分分子呈线型型结构，具具有可溶性性和可塑性性，可塑制制成一定形形状的塑件件；当继续续加热时，，温度达到到一定程度度后，分子子呈现立体体网状结构构，树脂变变成不溶或或不熔的体体型结构，，使形状固固定下来不不再变化。。如再加热热，也不再再软化，不不再具有可可塑性。在在这一变化化过程中既既有物理变变化，又有有化学变化化，因而其其变化过程程是不可逆逆的。上一页下一页返回第三节塑塑料的组组成及分类类简而言之，，热固性塑塑料是通过过加热硬化化制得的塑塑料。热固固性塑料常常采用压缩缩、压注或或层压等方方法成型。。酚醛塑料料、氨基塑塑料、环氧氧塑料、有有机硅塑料料、不饱合合聚酯塑料料等均属此此类。（二）按用用途分类1.通用用塑料这类塑料主主要是指产产量大，用用途广、价价格低的一一类塑料，，主要包括括六大品种种：聚乙烯烯、聚氯乙乙烯、聚苯苯乙烯、聚聚丙烯、酚酚醛塑料和和氨基塑料料。它们的的产量约占占塑料总产产量的80%，构成成了塑料工工业的主体体。上一页下一页返回第三节塑塑料的组组成及分类类2.工程程塑料工程塑料常常指在工程程技术中用用作结构材材料的塑料料。它除具具有较高的的机械强度度外，还具具有很好的的耐磨性、、耐腐蚀性性、自润滑滑性及尺寸寸稳定性等等，即具有有某些金属属性能，因因而可以代代替金属作作某些机械械构件。目目前常用的的工程塑料料包括聚酰酰胺、聚甲甲醛、聚碳碳酸酯、ABS、、聚砜、聚聚苯醚、聚聚四氟乙烯烯等几种。。3.特特殊塑料料特殊塑料料指具有有某些特特殊性能能的塑料料。这类类塑料有有高的耐耐热性或或高的电电绝缘性性及耐腐腐蚀性等等性能，，如氟塑塑料、聚聚酰亚胺胺塑料、、有机硅硅树脂、、环氧树树脂等。。特殊塑塑料还包包括为某某些专门门用途而而改性制制得的塑塑料，如如导磁塑塑料和导导热塑料料。上一页返回第四节塑塑料料的工艺艺性能塑料的工工艺性能能是塑料料在成型型加工过过程中表表现出来来的特有有性质，，表现在在许多方方面，有有些性能能直接影影响成型型方法和和工艺参参数的选选择，有有些性能能直接影影响塑件件质量，，同时也也影响着着模具的的设计，，有的则则只与操操作有关关。下面面就热塑塑性塑料料和热固固性塑料料的工艺艺性能分分别进行行讨论。。一、热塑塑性塑料料的工艺艺性能热塑性塑塑料的成成型工艺艺性能除除了前面面讨论过过的热力力学性能能、结晶晶性及取取向性外外，还应应包括收收缩性、、流动性性、相容容性、吸吸湿性及及热稳定定性等。。下一页返回第四节塑塑料料的工艺艺性能1.收收缩性塑件自模模具中取取出冷却却到室温温后，其其尺寸或或体积会会发生收收缩变化化，这种种性质称称为收缩缩性。收收缩性的的大小以以单位长长度塑件件收缩量量的百分分数来表表示，叫叫做收缩缩率。由由于成型型模具材材料与塑塑料的线线胀系数数不同，，收缩率率分为实实际收缩缩率和计计算收缩缩率。实实际收缩缩率表示示模具或或塑件在在成型温温度时的的尺寸与与塑件在在室温时时的尺寸寸之间的的差别，，而计算算收缩率率则表示示室温时时模具尺尺寸与塑塑件尺寸寸的差别别。这两两种收缩缩率的计计算可按按下列公公式求得得：上一页下一页返回第四节塑塑料料的工艺艺性能式中S’—实际际收缩率率；S—计计算收缩缩率；Lc一模具具或塑件件在成型型温度时时的单向向尺寸；；Ls—塑件件在室温温时的单单向尺寸寸；Lm—模具具在室温温时的单单向尺寸寸。在普通中中、小型型模具成成型零件件尺寸计计算时，，计算收收缩率与与实际收收缩率相相差很小小，且模模具或塑塑件在成成型温度度时的单单向尺寸寸测量不不变，所所以常采采用计算算收缩率率。实际际收缩率率表示塑塑料实际际所发生生的收缩缩，在大大型、精精密模具具成型零零件尺寸寸计算时时常采用用。上一页下一页返回第四节塑塑料料的工艺艺性能塑件收缩缩的形式式除由于于热胀冷冷缩、塑塑件脱模模时的弹弹性恢复复及塑性性变形等等原因产产生的尺尺寸线性性收缩外外，还会会按塑件件形状、、料流方方向及成成型工艺艺参数的的不同产产生收缩缩方向性性。此外外，塑件件脱模后后残余应应力的缓缓慢释放放和必要要的后处处理工艺艺也会使使塑件产产生后收收缩。显显然，影影响塑件件成型收收缩的因因素主要要有：（1）塑塑料品种种各种塑料料都具有有各自的的收缩率率。同一一种塑料料由于树树脂的相相对分子子质量、、填料及及配方比比等不同同，其收收缩率及及各向异异性也不不同。例例如，树树脂的相相对分子子质量高高，填料料为有机机的，树树脂含量量较多，，则塑料料的收缩缩率就大大。上一页下一页返回第四节塑塑料料的工艺艺性能（2）塑塑件结构构塑件的形形状、尺尺寸、壁壁厚、有有无嵌件件、嵌件件数量及及其分布布对收缩缩率的大大小也有有很大影影响。如如塑件的的形状复复杂、壁壁薄、有有嵌件、、嵌件数数量多且且对称分分布，收收缩率就就小。（3）模模具结构构模具的分分型面、、加压方方向、浇浇注系统统形式、、布局及及尺寸等等因素直直接影响响料流方方向、密密度分布布、保压压补缩作作用及成成型时间间，因而而也对收收缩率及及方向性性影响很很大。如如采用直直接浇口口和大截截面的浇浇口，可可减少收收缩，但但方向性性强；若若浇口宽宽且短，，则方向向性小；；距离浇浇口近的的或与料料流方向向垂直的的部位收收缩大等等。上一页下一页返回第四节塑塑料料的工艺艺性能（4）成成型工艺艺挤出成型型和注射射成型一一般收缩缩率大，，方向性性也很明明显。塑塑料的装装料形式式、预热热情况、、成型温温度、成成型压力力、保压压时间等等对收缩缩率及方方向性都都有较大大影响。。例如采采用压锭锭加料，，进行预预热，采采用较低低的成型型温度、、较高的的成型压压力，延延长保压压时间等等均是减减小收缩缩率及方方向性的的有效措措施。由上述可可知，影影响塑料料收缩率率变化的的因素很很多，而而且相当当复杂。。不同品品种的塑塑料，其其收缩率率各不相相同，即即使同一一品种而而批号不不同的塑塑料，或或同一塑塑件的不不同部位位，其收收缩率也也经常不不同。因因此收缩缩率不是是一个固固定值，，而是在在一定范范围内变变化的，，这个波波动范围围越小，，塑件的的尺寸精精度就越越容易保保证，否否则就难难于控制制。在模模具设计计时应根根据以上上因素综综合考虑虑选取塑塑料的收收缩率；；对精度度高的塑塑件应选选取收缩缩率波动动范围小小的塑料料，并留留有试模模后修正正的余地地。上一页下一页返回第四节塑塑料料的工艺艺性能2.流流动性在成型加加工中，，塑料熔熔体在一一定的温温度与压压力作用用下充填填模腔的的能力，，就是塑塑料的流流动性。。塑料流流动性的的好坏，，在很大大程度上上影响了了成型工工艺的许许多参数数，如成成型温度度、压力力、周期期、模具具浇注系系统的尺尺寸及其其他结构构参数。。在决定定零件大大小与壁壁厚时，，也要考考虑流动动性的影影响。从分分子子结结构构来来讲讲，，流流动动的的产产生生实实质质上上是是分分子子间间相相对对滑滑移移的的结结果果。。高高聚聚物物熔熔体体的的滑滑移移是是通通过过分分子子链链段段运运动动来来实实现现的的。。显显然然，，流流动动性性主主要要取取决决于于分分子子组组成成、、相相对对分分子子质质量量大大小小及及其其结结构构。。只只有有线线型型分分子子结结构构而而没没有有或或很很少少有有交交联联结结构构的的高高聚聚物物流流动动性性好好，，而而体体型型结结构构的的高高分分子子一一般般不不产产生生流流动动。。高高聚聚物物中中加加人人填填料料会会降降低低树树脂脂的的流流动动性性；；加加人人增增塑塑剂剂、、润润滑滑剂剂可可以以提提高高流流动动性性。。流流动动性性差差的的塑塑料料，，在在注注射射成成型型时时不不易易充充填填模模腔腔，，易易产产生生缺缺料料。。有有时时当当采采用用多多个个浇浇口口时时，，塑塑料料熔熔体体的的会会合合处处不不能能很很好好地地熔熔接接而而产产生生熔熔接接痕痕。。上一一页页下一一页页返回回第四四节节塑塑料料的的工工艺艺性性能能这些些缺缺陷陷甚甚至至会会导导致致零零件件报报废废；；相相反反，，若若材材料料流流动动性性太太好好，，注注射射时时容容易易产产生生流流涎涎、、造造成成塑塑件件在在分分型型面面、、活活动动成成型型零零件件、、推推杆杆等等处处的的溢溢料料飞飞边边。。因因此此，，成成型型过过程程中中应应适适当当选选择择与与控控制制材材料料的的流流动动性性，，以以获获得得满满意意的的塑塑料料制制件件。。塑料料流流动动性性的的好好坏坏采采用用统统一一的的方方法法来来测测定定，，对对热热塑塑性性塑塑料料常常用用的的方方法法有有熔熔融融指指数数测测定定法法和和螺螺旋旋线线长长度度试试验验法法。。熔熔融融指指数数测测定定法法是是将将被被测测塑塑料料装装入入如如图1-3所示示的的标标准准装装置置内内，，在在一一定定的的温温度度和和压压力力下下，，通通过过测测定定熔熔体体在在10min内内通通过过标标准准毛毛细细管管（（直直径径为为ΦΦ2.09mm的的出出料料模模孔孔））的的塑塑料料重重（（质质））量量值值来来确确定定其其流流动动性性的的状状况况，，该该值值叫叫做做熔熔融融指指数数。。熔熔融融指指数数越越大大，，流流动动性性越越好好。。熔熔融融指指数数的的单单位位为为g/10min。。螺螺旋旋线线长长度度试试验验法法是是将将被被测测塑塑料料在在一一定定的的温温度度与与压压力力下下注注人人如如图1-4所示示的的标标准准的的阿阿基基米米德德螺螺旋旋线线模模具具内内（（图图中中所所示示数数字字，，单单位位为为cm））来来表表示示该该塑塑料料的的流流动动性性。。流流动动长长度度越越长长，，流流动动性性就就越越好好。。上一一页页下一一页页返回回第四节塑塑料料的工艺艺性能热塑性塑塑料的流流动性分分为三类类：流动动性好的的，如聚聚酰胺、、聚乙烯烯、聚丙丙烯、聚聚苯乙烯烯、醋酸酸纤维素素等；流流动性中中等的，，如改性性聚苯乙乙烯、ABS、、AS、聚聚甲基丙丙烯酸甲甲酯、聚聚甲醛、、氯化聚聚醚等；；流动性性差的，，如聚碳碳酸酯、、硬聚氯氯乙烯、、聚苯醚醚、聚砜砜、氟塑塑料等。。影响流动动性的因因素主要要有：（1）温温度料温高，，则流动动性大。。但不同同塑料也也各有差差异。聚聚苯乙烯烯、聚丙丙烯、聚聚酰胺、、聚甲基基丙烯酸酸甲酯、、ABS、AS、聚聚碳酸酯酯、醋酸酸纤维等等塑料的的流动性性随温度度变化的的影响较较大；而而聚乙烯烯、聚甲甲醛的流流动性受受温度变变化的影影响较小小。上一页下一页返回第四节塑塑料料的工艺艺性能（2）压压力注射压力力增大，，则熔料料受剪切切作用大大，流动动性也增增大，尤尤其是聚聚乙烯、、聚甲醛醛较为敏敏感。（3）模模具结构构浇注系统统的形式式、尺寸寸、布置置（如型型腔表面面粗糙度度、浇道道截面厚厚度、型型腔形式式、排气气系统））、冷却却系统的的设计、、熔料的的流动阻阻力等因因素都直直接影响响熔料的的流动性性。凡促促使熔料料温度降降低，流流动阻力力增加的的因素，，就会使使流动性性降低。。3.相相容性相容性是是指两种种或两种种以上不不同品种种的塑料料，在熔熔融状态态不产生生相互分分离现象象的能力力。如果果两种塑塑料不相相容，则则混熔时时制件会会出现分分层、脱脱皮等表表面缺陷陷。不同同塑料的的相容性性与其分分子结构构有一定定关系，，分子结结构相似似者较易易相容，，例如高高压聚乙乙烯、低低压聚乙乙烯、聚聚丙烯彼彼此之间间的混熔熔等；分分子结构构不同时时较难相相容，例例如聚乙乙烯和聚聚苯乙烯烯之间的的混熔。。上一页下一页返回第四节塑塑料料的工艺艺性能塑料的相相容性又又俗称为为共混性性。通过过塑料的的这一性性质，可可以得到到类似共共聚物的的综合性性能，是是改进塑塑料性能能的重要要途径之之一，例例如聚碳碳酸酯和和ABS塑料相相容，就就能改善善聚碳酸酸酯的工工艺性（（主要是是流动性性）。4.吸吸湿性吸湿性是是指塑料料对水分分的亲疏疏程度。。据此塑塑料大致致可以分分为两种种类型：：第一类类是具有有吸湿或或粘附水水分倾向向的塑料料，例如如聚酰胺胺、聚碳碳酸酯、、ABS、聚聚苯醚、、聚砜等等；第二二类是吸吸湿或粘粘附水分分极小的的材料，，如聚乙乙烯、聚聚丙烯等等。造成成这种差差别的原原因主要要是由于于其组成成及分子子结构的的不同。。如聚酰酰胺分子子链中含含有酰胺胺基CO一NH极性基基因，对对水有吸吸附能力力；而聚聚乙烯类类的分子子链中是是由非极极性基因因组成，，表面是是蜡状，，对水不不具有吸吸附能力力。材料料疏松使使塑料的的表面积积增大，，也容易易增加吸吸湿性。。上一页下一页返回第四节塑塑料料的工艺艺性能凡是具有有吸湿或或粘附水水分的塑塑料，如如果水分分含量超超过一定定的限度度，则由由于在成成型加工工过程中中，水分分在成型型机械的的高温料料筒中变变成气体体，会促促使塑料料高温水水解，从从而导致致材料降降解，成成型后的的塑件出出现气泡泡、银丝丝与斑纹纹等缺陷陷。因此此，塑料料在加工工成型前前，一般般都要经经过干燥燥，使水水分含量量在0.5％％～0.2％％以下。。并要在在加工过过程中继继续保温温，以防防重新吸吸潮。5.热热敏性和和水敏性性①热敏性性是指某某些热稳稳定性差差的塑料料，在高高温下受受热时间间较长或或浇口截截面过小小及剪切切作用大大时，料料温增高高就易发发生变色色、降解解、分解解的倾向向。具有有这种特特性的塑塑料称为为热敏性性塑料，，如硬聚聚氯乙烯烯、聚甲甲醛、聚聚三氟氯氯乙烯等等。上一页下一页返回第四节塑塑料料的工艺艺性能热敏性塑塑料在分分解时产产生单体体、气体体、固体体等副产产物，尤尤其是有有的分解解气体对对人体、、设备、、模具都都有刺激激、腐蚀蚀作用或或有毒性性，同时时，有的的分解物物往往又又是促使使塑料分分解的催催化剂（（如聚氯氯乙烯的的分解物物为氯化化氢，能能促使高高分子分分解作用用进一步步加剧））。为了了防止热热敏性塑塑料在成成型过程程中出现现过热分分解现象象，可采采取在塑塑料中加加人稳定定剂、合合理选择择设备（（如选用用螺杆式式注射机机）、正正确控制制成型温温度和成成型周期期、及时时清理设设备中的的分解物物等办法法。此外外，也可可采取合合理设计计模具的的浇注系系统、模模具表面面镀铬等等一些措措施。②水敏性性在高温下下，熔体体对水降降解的敏敏感性，，称为水水敏性。。具有水水敏性的的塑料，，称为水水敏性塑塑料，如如聚碳酸酸酯等。。水敏性性塑料在在成型过过程中，，即使含含有很少少水分，，也会在在高温及及高压下下发生水水解，因因此这类类塑料在在成型前前必须进进行干燥燥处理。。上一页下一页返回第四节塑塑料料的工艺艺性能二、热固固性塑料料的工艺艺性能热固性塑塑料同热热塑性塑塑料相比比，具有有制件尺尺寸稳定定性好，，耐热好好和刚性性大等特特点，所所以在工工程上应应用十分分广泛。。热固性性塑料在在热力学学性能上上明显不不同于热热塑性塑塑料。其其主要的的工艺性性能指标标有收缩缩率、流流动性、、水分及及挥发物物含量、、硬化速速度等。。1.收收缩率同热塑性性塑料一一样，热热固性塑塑料也具具有因成成型冷却却而引起起的尺寸寸减小。。计算方方法与热热塑性塑塑料收缩缩率相同同。产生生收缩的的主要原原因有：：上一页下一页返回第四节塑塑料料的工艺艺性能（1）.热收缩缩这是因热热胀冷缩缩而引起起的尺寸寸变化。。由于塑塑料是由由高分子子化合物物为基础础组成的的物质，，线膨胀胀系数比比钢材大大几倍至至十几倍倍，制件件从成型型加工温温度冷却却到室温温时，就就会产生生远大于于模具尺尺寸收缩缩的收缩缩，这种种热收缩缩所引起起的尺寸寸减小是是可逆的的。收缩缩量大小小可用塑塑料线膨膨胀系数数的大小小来判断断。（2）结结构变变化引起起的收缩缩热固性塑塑料的成成型加工工过程是是热固性性树脂在在模腔中中进行化化学反应应的过程程，即产产生交联联结构，，分子链链间距离离缩小，，结构紧紧密，引引起体积积收缩。。这种由由结构变变化而产产生的收收缩，在在进行到到一定程程度时，，就不会会继续产产生。上一页下一页返回第四节塑塑料料的工艺艺性能（3）弹弹性恢复复塑料制件件固化后后并非刚刚性体，，脱模时时，因成成型压力力降低，，会产生生一弹性性恢复值值，这种种现象降降低了收收缩率。。在成型型以玻璃璃纤维和和布质为为填料的的热固性性塑料时时，这种种情况尤尤为明显显。（4）塑塑性变形形这主要表表现在制制件脱模模时，成成型压力力迅速降降低，但但模壁紧紧压着制制件的周周围，产产生塑性性变形