塑料材料及成型工艺性能培训课件

1.1塑料材料1.2塑料的流变性

1.3塑料成型工艺性能第1章塑料材料及成型工艺性能12/13/20221

1.1.1塑料的概念

塑料是以高分子聚合物为主要成分，加入一定量添加剂而组成的一种混合物。1.1塑料材料12/13/20222

填充剂：改善塑料性能（粉状、片状、纤维）。增塑剂：提高可塑性、流动性、柔韧性、降低脆性。稳定剂：热稳定剂、光稳定剂、抗氧化剂。润滑剂：对塑料的表面起润滑作用，防止塑料在成型加工时黏模。着色剂：无机颜料、无机颜料、染料。其它：发泡剂、阻燃剂、固化剂、防静电剂、导电剂和导磁剂等。1.1塑料材料1.1.2塑料的填充剂12/13/20223

1.1塑料材料1.1.2塑料的填充剂添加剂、填充料及补强料常用村料对聚合物性质的影响强化纤维碳素、碳、矿物质纤维、玻璃、kevlar增加拉伸强度增加弯曲模数(flexuralmodulus)提高热变形温度提升抗收缩与抗翘曲能力导电性填充料铝粉、碳纤维、石墨提高电气性质提高热传导性耦合剂Silanes、titanates改善聚合物与纤维接口之键结力抗燃剂氯、溴、硫、金属盐降低燃烧发生率及扩散速度混合填充料碳酸钙、硅、粘土降低材料成本塑化剂单体液体、低分子量材料改善熔胶的流动性加强挠曲性着色剂（色料或染料）金属氧化物、铬酸盐、碳黑提供耐久的颜色防止热裂解或紫外线造成裂解发泡剂气体、氮复合物、联氨衍生物造成孔穴组织以降低材料密度12/13/20224

1.1.3塑料的分类1.按塑料中树脂分子结构和受热后呈现的基本行为分类：塑料非结晶型热塑性塑料结晶型热固性塑料1.1塑料材料12/13/20225

热塑性塑料与热固性塑料的结构与性质的对比1.1塑料材料受热行为图示12/13/20226

非结晶性热塑性塑料结晶性热塑性塑料常用的材料ABS、压克力（PMMA、PAN）、聚碳酸脂(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)聚缩醛树脂(POM)、尼龙(PA,)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、热塑性聚脂(PBT、PET)微观结构分子在液相和固相都呈现杂乱的配向性分子在液相呈现杂乱的配向性，在固相则形成紧密堆砌的晶体。受热反应具有软化温度范围，但没有明显的熔点具有明确的熔点性质透明抗化学性差成形时体积收缩率低通常强度不高一般具有高熔胶粘度热含量低半透明或不透明抗化学性佳成形时体积收缩率高强度高熔胶粘度低热含量高1.1塑料材料12/13/20227

2.按塑料的性能及用途分：

通用塑料：指产量大、用途广且价廉的塑料。

工程塑料：在工程技术中常作为结构材料来使用。特殊功能塑料：具有特殊性能的塑料（用于医药、光敏及液晶方面的氟塑料）。1.1塑料材料12/13/20228

五大泛用塑料及用途：低密度聚乙烯(LDPE)容器、塑料袋、胶膜、管子…等。高密度聚乙烯(HDPE)胶管、胶布、胶膜…等。聚苯乙烯(PS)外壳、玩具、壁砖…等。聚氯乙烯(PVC)瓶子、塑料管、薄膜、保鲜膜…等。聚丙烯(PP)汽车保险杆、仪表板、纤维…等。1.1塑料材料12/13/20229

工程塑料：起源：自1956年杜邦推出Derlin商名新塑料,宣称可取代金属,工程塑料之名由此开始。特性：机械强度高而且有适当平衡.耐热,耐久或具特殊机能.加工性良好，价格合理且工程性良好。1.1塑料材料12/13/2022101.1.4塑塑料的的性能能密度小小(重量量轻，，塑料料比重重0.9~2，，铝2.7，铁铁7.8)。比强度度(b/ρρ)和比比刚度度(E/ρρ)高。。化学稳稳定性性好。。电气性性能优优良。。减摩、、耐磨磨和自自润滑滑性好好。成型和和着色色性能能好。。多种防防护性性能：：除防防腐外外，塑塑料还还具有有防水水、防防潮、、防透透气、、防振振、防防辐射射等。。耐热性性差、、受载载荷易易蠕变变、老老化现现象。。1.1塑塑料料材料料12/8/2022111.1.5塑塑料的的可加加工性性1.1.5.1热热塑性性塑料料的温温度力力学状状态及及成型型加工工的关关系Ⅰ—非非结晶晶ⅡⅡ—结结晶型型Tg-玻璃璃化温温度Tm-结晶晶型熔熔点Tf-非晶晶型流流动温温度Td-分解解温度度1.1塑塑料料材料料12/8/202212图1-3热热固固性塑塑料的的状态态与温温度的的关系系1.1.5.2热热固性性塑料料的状状态与与温度度的关关系1.1塑塑料料材料料12/8/202213当温度度和压压力变变更时时，黏黏流态态的塑塑料表表观黏黏度会会相应应地发发生变变化，，这称称为塑塑料的的流变变性。。1.2.1牛牛顿型型流体体流体在在平直直圆管管内受受切应应力而而发生生的流流动形形式有有层流流和湍湍流两两种。。层流：：被看看着一一层层层彼此此相邻邻且平平行的的薄层层流体体沿外外力作作用方方向进进行的的相对对滑移移，而而且各各层之之间无无相互互影响响。湍流：流流体各点点的速度度大小与与方向都都随时间间而变化化，且流流体内相相互干扰扰严重。。1.2塑塑料料的流变变性12/8/202214D:管道直直径；V:流体的的平均速速度；ρ:流体的的密度；；η:流体剪剪切粘度度。Re<2100~4000时为层层流，Re>4000时为湍湍流。塑料在成成型加工工过程中中的流动动基本上上属于层层流。层流与湍流流的区分以以雷诺数（（Re）为为准，1.2塑塑料的流流变性12/8/202215牛顿顿流流动动定定律律：：在一一定定温温度度下下，，当当剪剪切切力力ττ作作用用于于两两个个相相距距为为dr的的液液体体平平行行层层面面并并以以相相对对速速度度dv移动动时时，，则则剪剪切切力力τ与剪剪切切速速率率dv/dr(也也称称速速度度梯梯度度））之之间间呈呈下下列列直直线线关关系系：：其中中：：ηη为牛牛顿顿黏黏度度，，单单位位:Pa··s(N··s/m2)。。符合合上上式式的的流流体体都都称称为为牛牛顿顿型型流流体体。。液体体流流动动时时不不服服从从上上式式规规律律的的均均称称为为非非牛牛顿顿体体。。1.2塑塑料料的的流流变变性性12/8/202216非牛牛顿顿型型流流体体原原则则上上包包括括黏黏性性流流体体、、黏黏弹弹性性流流体体及及时时间间依依赖赖性性流流体体。。可可以以将将非非牛牛顿顿型型流流体体当当作作黏黏性性流流体体看看待待，，黏黏性性流流体体又又分分为为：：宾哈哈流流体体膨胀胀性性流流体体假塑塑性性流流体体。。非牛牛顿顿流流体体““黏黏度度””称称为为非非牛牛顿顿黏黏度度或或称称表表观观黏黏度度（1-2））1.2塑塑料料的的流流变变性性12/8/202217图1-4不不同类型流体体的流动曲线线图1-5不不同类型流体体表观黏度与与剪切速速率的关系1.2塑塑料的流变性性12/8/202218图1-6温温度对表表观黏度的的影响1.2塑塑料的流流变性12/8/2022191.3.1流动性性定义：在成型过程程中，塑料料熔体在一一定的温度度与压力作作用下充填填型腔的能能力。实质：实质是由于于分子间产产生相互滑滑移，而熔熔体分子间间的滑移又又是通过分分子链段运运动来实现现的,取决决于分子组组成、相对对分子质量量大小及其其结构。影响：塑料的流动动性差时→→缺料。熔体流动性性太好→溢溢料。1.3塑塑料成型型工艺性能能12/8/202220热塑塑性性塑塑料料熔熔融融指指数数(MI)单位位:g/10min1——热热电电偶偶2——料料筒筒3——出出料料孔孔4——保保温温层层5——加加热热棒棒6——柱柱塞塞7——重重锤锤（（加加柱柱塞塞共共重重2160g））图1-7熔熔融融流流动动指指数数测测定定法法热塑塑性性塑塑料料的的流流动动性性的的测测量量方方法法1：：1.3塑塑料料成成型型工工艺艺性性能能12/8/2022211.每转转一周半半径增大大12.5mm2.槽断断面是半半圆形，，直径为为4.9mm3.螺旋旋线槽总总长为1925mm。。4.将塑塑料熔体体一定压压力温度度注射入入螺旋形形槽中央央，制成成蚊香形形状的试试品，测测定其螺螺旋线的的总长度度。螺旋线流流动试验验法模具具流道示示意图热塑性塑塑料的流流动性的的测量方方法2：：1.3塑塑料料成型工工艺性能能Viscosity黏(滞)度12/8/202222热塑性塑料的的流动性分为为三类：流动性好的：：PE、PP、、PS、醋酸酸纤维等；流动性中等的的：改性聚苯乙烯烯、ABS、、AS、有机机玻璃、POM、氯化聚聚醚等；流动性差的：：PC、硬聚氯氯乙烯、聚苯苯醚、聚砜、、氟塑料。1.3塑塑料成型工艺艺性能12/8/202223①称取取7.5g塑料料粉，，20℃±±5℃℃温度度下并并以50MPa的压压力下下在内内径为为28mm的模模子内内预压压成圆圆锭。。②模具具温度度150℃℃±5℃℃,并并保温温5min；③将圆圆锭放放入拉拉西格格模的的加料料室，，并在在20s左左右将将压模模增至至30MPa，，保压压3min；④长度度即为为其流流动值值。图1-8拉拉西格格流动动性测测定模模热固性性塑料料的流流动性性的测测量方方法：：1.3塑塑料料成型型工艺艺性能能12/8/2022241.3.2收收缩性性造成成成型收收缩的的原因因：热胀冷冷缩因弹性性回复复造成成的收收缩结晶收收缩定向收收缩影响收收缩率率变化化的因因素：：塑料品品种塑件特特征模具结结构成型工工艺参参数1.3塑塑料料成型型工艺艺性能能12/8/2022251）收缩率计计算S实=（a-b））/bS计=c-b/c（1-5）S实——实际收缩缩率（%)；；S计——计算收缩缩率（%)；；a——塑件在在成型温度时时的单向尺寸寸（mm)b——塑件在在常温下的单单向尺寸（mm)c——模具型型腔在常温下下的单向尺寸寸（mm)1.3塑塑料成型工艺艺性能12/8/2022261.3.3结结晶性热塑性塑料按按其冷却时是是否出现结晶晶现象可将其其分为结晶型型与非结晶型型（或称无定定型）。结晶型塑料料是不透明明的或半透透明的，而而非结晶型型塑料是透透明的（少少数例外））。结晶度对制制品质量的的影响：结晶度大的的塑件密度度大，强度度、硬度高高，刚度、、耐磨性好好，耐化学学性和电性性能好。结晶度小的的塑料，柔柔软性、透透明性较好好，伸长率率和冲击韧韧度较大。。1.3塑塑料成型型工艺性能能12/8/202227宜宜采采用用中等等冷冷却却速速度度，即即将将模模具具温温度度控控制制在在Tg与Tvmax之间间。保保证证晶晶体体生生长长良良好好，，结结晶晶完完整整且且生生产产周周期期短短。。图1-9结结晶速速度与与温度度的关关系影响结结晶的的因素素：冷却速速度：：1.3塑塑料料成型型工艺艺性能能12/8/2022281.3.4热敏性性及吸湿性性热敏性：：塑料对温温度的敏敏感性，，高温下下发生变变色、分分解的倾倾向性。。热敏性塑塑料：硬硬聚氯乙乙烯、聚聚偏氯乙乙烯、氯氯乙烯和和醋酸乙乙烯共聚聚物（EVA））、聚甲甲醛、聚聚三氟氯氯乙烯等等。吸湿性：：是指塑料料对水分分的亲疏疏程度。。吸湿性性的大小小取决于于聚合物物组成及及分子结结构。例如：PA、PC、ABS、、PS等等，在其其分子链链中由于于含有极极性基团团，对水水有吸附附能力，，故属于于吸湿倾倾向大的的塑料1.3塑塑料料成型工工艺性能能12/8/2022291.3.5聚聚合物降降解与定向聚合物降解：：聚合物分子在在受到热、应应力、微量水水、酸、碱等等杂质以及空空气中的氧作作用，导致聚聚合物链断裂裂、分子变小小、相对分子子质量降低的的现象称为聚聚合物降解（（也称裂解））。聚合物降解的的影响：轻度降解会使使聚合物变色色；进一步降降解会使聚合合物分解出低低分子物质，，使制品出现现气泡和流纹纹弊病，削弱弱制品各项物物理、力学性性能；严重的的降解会使聚聚合物焦化变变黑并产生大大量的分解物物质。1.3塑塑料成型工艺艺性能12/8/202230聚合物定向：塑料在成型加加工过程中分分子发生不同同程度的定向向排列，即为为定向（或称称取向）。影响聚合物定向的因素：①随着模具温温度、成型温温度及塑件型型腔深度的增增加，分子定定向程度也随随之增加。②为了减少分分子定向程度度，通常可将将浇口开设在在型腔深度较较大的部位。。③增加浇口长长度、充模压压力及充模时时间，分子定定向程度也随随之增加。1.3塑塑料成型工艺艺性能12/8/2022311.