塑料组成分类与工艺性能

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物的热力力学性能及在在成型过程中中的变化3．粘流态当温度继续上上升高于Tf，变形迅速发发展，弹性模模量再次很快快下降，高聚聚物即产生粘粘性流动，成成为粘流态，，常称之为熔熔体。此时的的变形是不可可逆的粘性变变形。塑料在在冷却后能将将形变永久保保持下去。当温度过高超超过Td（热分解温温度）时，大大分子链裂解解，高聚物降降解成为低聚聚物或单体，，不再具有高高聚物的性能能，材料被破破坏（热分解解）。所以Tf~Td是塑料成型加加工的范围，，这个范围越越宽，塑料成成型加工就越越容易进行。。上一页下一页返回第二节高高聚物的热力力学性能及在在成型过程中中的变化综上所述，高高聚物的成型型加工是在粘粘流状态中实实现的。粘流流化温度Tf是高聚物成型型加工的最低低温度。欲使使高聚物达到到粘流态，加加热只是方法法之一。还可可以通过加入入增塑剂降低低高聚物的粘粘流温度。粘粘流温度不仅仅与高聚物的的化学结构有有关，而且与与其相对分子子质量的大小小有关。粘流流温度随相对对分子质量的的增加而升高高。以上所述是热热塑性材料的的热力学性能能，而热固性性材料由于分分子运动阻力力很大，一般般随温度发生生的力学状态态变化较小，，所以通常不不存在粘流态态甚至高弹态态，即遇热不不熔，高温时时则分解。上一页下一页返回第二节高高聚物的热力力学性能及在在成型过程中中的变化二、高聚物的的加工工艺性性能塑料的热力学学性能决定了了塑料对加工工的适应性，，不同的物理理状态，成型型加工方法也也不同。当温温度低于Tg，塑料的弹性性模量较高，，变形程度小小，不宜进行行大变形的加加工，但可以以作为结构材材料进行锉、、锯、钻、车车、铣等机械械加工。温度度上升高于Tg低于Tf时，塑料形变变能力大大增增强，可进行行真空成型、、压力成型、、压延和弯曲曲成型等。从从Tf开始分子热运运动大大激化化，塑料的弹弹性模量降低低到最低值，，较小的外力力就能引起熔熔体宏观流动动。此时在形形变中主要是是不可逆的粘粘性形变，冷冷却后塑料就就能将形变永永久保持下去去。因此，在在这个温度范范围内常进行行注塑、挤出出、吹塑成型型等加工。过过高的温度将将使高聚物的的粘度大大降降低，不适当当地增大流动动性容易引起起诸如注射成成型中的溢料料、挤出塑件件的形状扭曲曲、收缩和纺纺丝过程中纤纤维的毛细断断裂等现象。。温度高到分分解温度附近近还会引起高高聚物分解，，以致降低产产品物理力学学性能或引起起外观不良等等。因此，Tg与Tf都是塑料进行行加工的重要要参考温度。。上一页下一页返回第二节高高聚物的热力力学性能及在在成型过程中中的变化三、高聚物的的结晶高聚物由非晶晶态转为晶态态的过程就是是结晶过程，，结晶发生在在高温熔体向向低温固态转转变过程中，，在此过程中中高聚物分子子作稳定规整整排列的就是是结晶区。同同金属的结晶晶相类似，高高聚物的结晶晶过程也由晶晶核生成和晶晶体生长两步步完成。在高聚物主体体中，如果它它的某一局部部的分子链段段已成为有序序排高聚物列列，且其大小小已能使晶体体自发地生长长，则该种大大小的有序排排列的微粒即即称为晶坯。。晶坯在高于于熔点时时结结时散，处于于一种动态平平衡状态。温温度接近熔点点乃至刚刚冷冷至熔点以下下时，晶坯依依然有时结时时散的情况，，但某些晶坯坯也会长大，，以致达到临临界的稳定尺尺寸，即变成成晶核。晶核核生成的速率率与温度密切切相关，若以以△Q表示晶核生成成的温度与熔熔点之间的温温差，则当△△Q等于零时，即即温度为熔点点，晶核生成成的速率为零零。上一页下一页返回第二节高高聚物的热力力学性能及在在成型过程中中的变化△Q逐渐增大，晶晶核生成速率率很快上升，，以致达到一一个最大值。。这时，没有有达到临界尺尺寸的晶坯结结多散少，最最有利于形成成晶核。△Q继续增大，分分子链段的运运动阻力会增增大，因而晶晶核生成率又又会降低，直直至接近于玻玻璃化温度时时又降为零。。此时，分子子主链的运动动停止，因此此，晶坯的生生长、晶核的的生成及晶体体的生长都停停止。这样，，凡是尚未开开始结晶的分分子均以无序序状态或非晶晶态保持在高高聚物中，从从而构成了高高聚物中的非非晶区。值得得注意的是，，在晶核生成成的过程中，，如果熔体中中存有外来的的物质（异相相成核），则则会大大提高高晶核的生成成速率。上一页下一页返回第二节高高聚物的热力力学性能及在在成型过程中中的变化综上所述，具具有结晶倾向向的高聚物，，在成型的塑塑料制件中会会不会出现晶晶形结构，需需由成型时塑塑料制件的冷冷却速率来决决定。由于结结晶度能够影影响塑料制品品的性能，所所以工业上为为了改善由具具有结晶倾向向的高聚物所所制的塑件性性能，常采用用热处理方法法（即烘若干干时间）以使使其非晶相转转变为晶相。。将不太稳定定的晶形结构构转为稳定的的晶形结构，，微小的晶粒粒转为较大的的晶粒等。但但也必须注意意，适当的热热处理可以提提高高聚物的的性能，也会会由于晶粒的的过分粗大，，使高聚物变变脆，性能反反而变坏。四、高聚物的的取向高聚物熔体在在导管（如圆圆管）内流动动的速率在管管中心最大，，管壁处为零零；在导管截截面上各点的的速度分布呈呈扁平的抛物物线形状。上一页下一页返回第二节高高聚物的热力力学性能及在在成型过程中中的变化在这种流动情情况下，热固固性和热塑性性塑料中各自自存在的细而而长的纤维状状填料（如木木粉、短玻璃璃纤维等）和和高聚物分子子，在很大程程度上，都会会顺着流动的的方向作平行行的排列，这这种排列常称称为取向作用用。其次，由由于同样原因因，热塑性塑塑料在其玻璃璃化温度与粘粘流温度（或或软化点）之之间进行拉伸伸时，也会发发生取向作用用。显然这些些取向单元如如果继续存在在于塑件中，，则塑件就将将出现各向异异性。各向异异性有时是塑塑件所需要的的，如制造取取向薄膜与单单丝等，这样样就能使塑件件沿拉伸方向向的抗拉强度度与光泽程度度等有所增加加。但在制造造许多厚度较较大的塑件（（如压缩产品品）时，又要要尽量消除这这种各向异性性现象，因为为塑件中存在在的这一现象象不仅使取向向不一致，而而且各部分的的取向程度也也有差别，这这样会使塑件件在某些方向向上的机械强强度得到提高高，但在另外外一些方向上上强度降低，，甚至发生翘翘曲或裂纹。。上一页下一页返回第二节高高聚物的热力力学性能及在在成型过程中中的变化五、高聚物的的降解高聚物成型塑塑件常常是在在高温和应力力作用下进行行的。因此，，高聚物分子子可能由于受受到热和应力力的作用或由由于高温下高高聚物中微量量水分、酸、、碱等杂质及及空气中氧的的作用而导致致其相对分子子质量降低，，使高聚物的的大分子结构构发生化学变变化。通常我我们把高聚物物相对分子质质量降低的现现象称为高聚聚物的降解，，也称裂解。。降解的实质表表现为断链、、分子链结构构的改变、侧侧基的改变以以及它们的综综合作用。在在成型加工中中，高聚物的的降解一般都都难以完全避避免，而降解解大多是有害害的。轻度降降解会使高聚聚物变色，进进一步降解会会使高聚物分分解出低分子子物质，导致致相对分子质质量降低，塑塑件出现气泡泡和流纹等弊弊病，并因此此削弱塑件的的各种物理、、力学性能。。严重的降解解会使高聚物物焦化变黑，，产生大量的的分解物质。。上一页下一页返回第二节高高聚物的热力力学性能及在在成型过程中中的变化对塑料的成型型加工来说，，在正常操作作情况下，热热降解是主要要的，由力、、氧气和水等等引起的降解解是次要的，，但它们也都都能通过温度度对高聚物的的降解起重要要作用。所谓谓热降解是指指高聚物在高高温下受热时时间过长，发发生变色和分分解等现象。。高聚物在成型型过程中出现现降解后，塑塑件外观变坏坏，内在质量量降低，使用用寿命缩短。。因此，加工工过程都应设设法减少和避避免高聚物降降解。为此，，通常可采取取如下措施：：1）严格控制原原材料的技术术指标，使用用合格的原材材料。若原材材料不合格，，高聚物的稳稳定性和加工工性变坏，所所含杂质可对对降解起催化化作用。2）使用前对高高聚物进行严严格干燥，特特别是聚酯、、聚醚和聚酰酰胺等吸湿性性强的塑料，，使用前通常常应使水分含含量降低到0.01％～0.05％以下。上一页下一页返回第二节高高聚物的热力力学性能及在在成型过程中中的变化3）确定合理的的加工工艺和和加工条件，，使高聚物在在不易产生降降解的条件下下加工成型，，这对于那些些热稳定性差差、加工温度度和分解温度度非常接近的的高聚物尤为为重要。4）采用结构良良好的成型加加工设备和模模具。5）当加工温度度较高时，在在配方中考虑虑使用抗氧化化剂、稳定剂剂等，以加强强高聚物对降降解的抵抗能能力。六、、高高聚聚物物的的交交联联高聚聚物物在在加加工工过过程程中中，，形形成成立立体体网网状状分分子子结结构构的的反反应应称称为为交交联联，，通通过过交交联联反反应应可可生生成成体体型型高高聚聚物物。。和和线线型型高高聚聚物物相相比比，，体体型型高高聚聚物物的的机机械械强强度度、、耐耐热热性性、、耐耐溶溶剂剂性性、、化化学学稳稳定定性性和和塑塑件件的的形形状状稳稳定定性性均均有有所所提提高高。。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第二节节高高聚聚物的的热力力学性性能及及在成成型过过程中中的变变化但所渭渭“硬硬化得得好””或““硬化化得完完全””并不不意味味着交交联反反应进进行的的完全全，而而是指指交联联作用用发展展到一一种最最为适适宜的的程度度，以以致塑塑料制制件的的物理理性能能、力力学性性能等等达到到最佳佳状况况。显显然，，交联联程度度是不不会达达到100％的，，但是是硬化化程度度却可可以。。一般般硬化化程度度大于于100％的为为“过过熟””，反反之则则为““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。。上一页下一页返回第三节塑塑料的组成及及分类（四）稳定剂剂稳定剂可以提提高树脂在受受外界因素（（如热、光、、氧和射线等等）作用时的的稳定性，阻阻止和减缓塑塑料在加工使使用过程中的的分解变质。。许多树脂在在成型加工和和使用过程中中由于受上述述因素的作用用，性能会变变坏，即所谓谓“老化”。。加人少量（（千分之几））稳定剂可以以减缓这种情情况的发生。。对稳定剂的的要求是除对对聚合物的稳稳定效果好外外，还应能耐耐水、耐油、、耐化学药品品，并与树脂脂相溶，在成成型过程中不不分解、挥发发小、无色。。根据不同的的作用，稳定定剂可分热稳稳定剂、光稳稳定剂，抗氧氧化剂等。常常用的稳定剂剂有硬脂酸盐盐、铅的化合合物及环氧化化合物等。上一页下一页返回第三节塑塑料的组成及及分类（五）润滑剂剂添加润滑剂的的目的是对塑塑料表面起润润滑作用，改改进塑料熔体体的流动性，，减少或避免免对模具型腔腔的摩擦和粘粘附，从而使使塑件的表面面更加光洁，，也有助于延延长模具的使使用寿命。常常用的润滑剂剂有硬脂酸及及其盐类，其其加入量通常常小于1％。（六）着色剂剂在塑料中有时时要用有机颜颜料、无机颜颜料和染料使使塑料制件具具有各种色彩彩，以适合使使用上的美观观要求，这些些有机颜料、、无机颜料和和染料就称为为着色剂。有有些着色剂兼兼有其他作用用，如本色聚聚甲醛塑料用用碳黑着色后后能在一定程程度上防止光光老化；聚氯氯乙烯用二盐盐基性亚磷酸酸铅等颜料着着色后，可避避免紫外线的的射人，对树树脂起着屏蔽蔽作用，因此此，它们还可可以提高塑料料的稳定性。。对着色剂的的一般要求是是：性质稳定定，不易变色色，不与其他他成分（增塑塑剂、稳定剂剂等）起化学学反应，着色色力强，与树树脂有很好的的相溶性。上一页下一页返回第三节塑塑料的组成及及分类（七）固化剂剂固化剂又称硬硬化剂、交联联剂。它的作作用在于促使使合成树脂进进行交联反应应而形成体型型网状结构或或加快交联反反应速度，成成为较坚硬和和稳定的塑料料制件。例如如，在环氧树树脂中加人乙乙二胺、三乙乙醇胺等。塑料的添加剂剂除上述几种种外，还有发发泡剂（制造造泡沫塑料））、阻燃剂（（降低塑料的的燃烧性）、、防静电剂、、导电剂和导导磁剂等。塑料还可以制制成“合金””，即把不同同品种不同性性能的塑料用用机械的方法法均匀溶合起起来，或者将将不同单体的的塑料通过化化学处理得到到新性能的塑塑料。例如，，ABS塑料就是由苯苯乙烯、丁二二烯、丙烯睛睛组成，经共共聚和混合而而制成的三元元“合金”。。上一页下一页返回第三节塑塑料的组成及及分类二、塑料的分分类目前，塑料的的品种很多，，目前已投入入生产的有300余种，常用的的有40多种。从不同同角度按照不不同原则进行行分类的方式式也各不相同同。但常用的的塑料分类方方法有以下两两种：（一）按分子子结构及其热热性能分类1.热塑性塑料这种塑料具有有线型分子链链或带支链线线型分子结构构，如图1-1（a）、1-1（b）所示。这类类塑料在加热热时，分子活活动能力强，，链分子间容容易产生相对对运动，物料料形态由固态态逐渐软化或或熔融成胶糊糊状态或粘稠稠流体状态，，但冷却后又又可变硬复原原为固态。如如此可以反复复进行多次。。在这一过程程中一般只有有物理变化，，塑料分子结结构并无变化化,因而其变化过过程是可逆的的。但是，如如果温度过高高而且保温时时间过长，材材料也将被破破坏。上一页下一页返回第三节塑塑料的组成及及分类简而言之，热热塑性塑料是是可以多次反反复加热而仍仍具有可塑性性的塑料。聚聚乙烯、聚丙丙烯、聚苯乙乙烯、聚氯乙乙烯、有机玻玻璃、聚甲醛醛、聚碳酸酯酯、ABS等塑料均属此此类。2.热固性塑料这类塑料最终终具有体型网网状结构，如如图1-1（c）所示。这种种分子结构是是在塑料加热热成型后期逐逐渐形成的。。在加热之初初，因分子呈呈线型结构，，具有可溶性性和可塑性，，可塑制成一一定形状的塑塑件；当继续续加热时，温温度达到一定定程度后，分分子呈现立体体网状结构，，树脂变成不不溶或不熔的的体型结构，，使形状固定定下来不再变变化。如再加加热，也不再再软化，不再再具有可塑性性。在这一变变化过程中既既有物理变化化，又有化学学变化，因而而其变化过程程是不可逆的的。上一页下一页返回第三节塑塑料的组成及及分类简而言之，热热固性塑料是是通过加热硬硬化制得的塑塑料。热固性性塑料常采用用压缩、压注注或层压等方方法成型。酚酚醛塑料、氨氨基塑料、环环氧塑料、有有机硅塑料、、不饱合聚酯酯塑料等均属属此类。（二）按用途途分类1.通用塑料这类塑料主要要是指产量大大，用途广、、价格低的一一类塑料，主主要包括六大大品种：聚乙乙烯、聚氯乙乙烯、聚苯乙乙烯、聚丙烯烯、酚醛塑料料和氨基塑料料。它们的产产量约占塑料料总产量的80%，构成了塑料料工业的主体体。上一页下一页返回第三节塑塑料的组成及及分类2.工程塑料工程塑料常指指在工程技术术中用作结构构材料的塑料料。它除具有有较高的机械械强度外，还还具有很好的的耐磨性、耐耐腐蚀性、自自润滑性及尺尺寸稳定性等等，即具有某某些金属性能能，因而可以以代替金属作作某些机械构构件。目前常常用的工程塑塑料包括聚酰酰胺、聚甲醛醛、聚碳酸酯酯、ABS、聚砜、聚苯苯醚、聚四氟氟乙烯等几种种。3.特殊塑料特殊塑料指具具有某些特殊殊性能的塑料料。这类塑料料有高的耐热热性或高的电电绝缘性及耐耐腐蚀性等性性能，如氟塑塑料、聚酰亚亚胺塑料、有有机硅树脂、、环氧树脂等等。特殊塑料料还包括为某某些专门用途途而改性制得得的塑料，如如导磁塑料和和导热塑料。。上一页返回第四节塑塑料的工艺性性能塑料的工艺性性能是塑料在在成型加工过过程中表现出出来的特有性性质，表现在在许多方面，，有些性能直直接影响成型型方法和工艺艺参数的选择择，有些性能能直接影响塑塑件质量，同同时也影响着着模具的设计计，有的则只只与操作有关关。下面就热热塑性塑料和和热固性塑料料的工艺性能能分别进行讨讨论。一、热塑性塑塑料的工艺性性能热塑性塑料的的成型工艺性性能除了前面面讨论过的热热力学性能、、结晶性及取取向性外，还还应包括收缩缩性、流动性性、相容性、、吸湿性及热热稳定性等。。下一页返回第四节塑塑料的工艺性性能1.收缩性塑件自模具中中取出冷却到到室温后，其其尺寸或体积积会发生收缩缩变化，这种种性质称为收收缩性。收缩缩性的大小以以单位长度塑塑件收缩量的的百分数来表表示，叫做收收缩率。由于于成型模具材材料与塑料的的线胀系数不不同，收缩率率分为实际收收缩率和计算算收缩率。实实际收缩率表表示模具或塑塑件在成型温温度时的尺寸寸与塑件在室室温时的尺寸寸之间的差别别，而计算收收缩率则表示示室温时模具具尺寸与塑件件尺寸的差别别。这两种收收缩率的计算算可按下列公公式求得：上一页下一页返回第四节塑塑料的工艺性性能式中S’—实际收缩率；；S—计算收缩率；；Lc一模具或塑塑件在成型温温度时的单向向尺寸；Ls—塑件在室温时时的单向尺寸寸；Lm—模具在室温时时的单向尺寸寸。在普通中、小小型模具成型型零件尺寸计计算时，计算算收缩率与实实际收缩率相相差很小，且且模具或塑件件在成型温度度时的单向尺尺寸测量不变变，所以常采采用计算收缩缩率。实际收收缩率表示塑塑料实际所发发生的收缩，，在大型、精精密模具成型型零件尺寸计计算时常采用用。上一页下一页返回第四节塑塑料的工艺性性能塑件收缩的形形式除由于热热胀冷缩、塑塑件脱模时的的弹性恢复及及塑性变形等等原因产生的的尺寸线性收收缩外，还会会按塑件形状状、料流方向向及成型工艺艺参数的不同同产生收缩方方向性。此外外，塑件脱模模后残余应力力的缓慢释放放和必要的后后处理工艺也也会使塑件产产生后收缩。。显然，影响响塑件成型收收缩的因素主主要有：（1）塑料品种各种塑料都具具有各自的收收缩率。同一一种塑料由于于树脂的相对对分子质量、、填料及配方方比等不同，，其收缩率及及各向异性也也不同。例如如，树脂的相相对分子质量量高，填料为为有机的，树树脂含量较多多，则塑料的的收缩率就大大。上一页下一页返回第四节塑塑料的工艺性性能（2）塑件结构塑件的形状、、尺寸、壁厚厚、有无嵌件件、嵌件数量量及其分布对对收缩率的大大小也有很大大影响。如塑塑件的形状复复杂、壁薄、、有嵌件、嵌嵌件数量多且且对称分布，，收缩率就小小。（3）模具结构构模具的分型型面、加压压方向、浇浇注系统形形式、布局局及尺寸等等因素直接接影响料流流方向、密密度分布、、保压补缩缩作用及成成型时间，，因而也对对收缩率及及方向性影影响很大。。如采用直直接浇口和和大截面的的浇口，可可减少收缩缩，但方向向性强；若若浇口宽且且短，则方方向性小；；距离浇口口近的或与与料流方向向垂直的部部位收缩大大等。上一页下一页返回第四节塑塑料的工工艺性能（4）成型工艺艺挤出成型和和注射成型型一般收缩缩率大，方方向性也很很明显。塑塑料的装料料形式、预预热情况、、成型温度度、成型压压力、保压压时间等对对收缩率及及方向性都都有较大影影响。例如如采用压锭锭加料，进进行预热，，采用较低低的成型温温度、较高高的成型压压力，延长长保压时间间等均是减减小收缩率率及方向性性的有效措措施。由上述可知知，影响塑塑料收缩率率变化的因因素很多，，而且相当当复杂。不不同品种的的塑料，其其收缩率各各不相同，，即使同一一品种而批批号不同的的塑料，或或同一塑件件的不同部部位，其收收缩率也经经常不同。。因此收缩缩率不是一一个固定值值，而是在在一定范围围内变化的的，这个波波动范围越越小，塑件件的尺寸精精度就越容容易保证，，否则就难难于控制。。在模具设设计时应根根据以上因因素综合考考虑选取塑塑料的收缩缩率；对精精度高的塑塑件应选取取收缩率波波动范围小小的塑料，，并留有试试模后修正正的余地。。上一页下一页返回第四节塑塑料的工工艺性能2.流动性在成型加工工中，塑料料熔体在一一定的温度度与压力作作用下充填填模腔的能能力，就是是塑料的流流动性。塑塑料流动性性的好坏，，在很大程程度上影响响了成型工工艺的许多多参数，如如成型温度度、压力、、周期、模模具浇注系系统的尺寸寸及其他结结构参数。。在决定零零件大小与与壁厚时，，也要考虑虑流动性的的影响。从分子结构构来讲，流流动的产生生实质上是是分子间相相对滑移的的结果。高高聚物熔体体的滑移是是通过分子子链段运动动来实现的的。显然，，流动性主主要取决于于分子组成成、相对分分子质量大大小及其结结构。只有有线型分子子结构而没没有或很少少有交联结结构的高聚聚物流动性性好，而体体型结构的的高分子一一般不产生生流动。高高聚物中加加人填料会会降低树脂脂的流动性性；加人增增塑剂、润润滑剂可以以提高流动动性。流动动性差的塑塑料，在注注射成型时时不易充填填模腔，易易产生缺料料。有时当当采用多个个浇口时，，塑料熔体体的会合处处不能很好好地熔接而而产生熔接接痕。上一页下一页返回第四节塑塑料的工工艺性能这些缺陷甚甚至会导致致零件报废废；相反，，若材料流流动性太好好，注射时时容易产生生流涎、造造成塑件在在分型面、、活动成型型零件、推推杆等处的的溢料飞边边。因此，，成型过程程中应适当当选择与控控制材料的的流动性，，以获得满满意的塑料料制件。塑料流动性性的好坏采采用统一的的方法来测测定，对热热塑性塑料料常用的方方法有熔融融指数测定定法和螺旋旋线长度试试验法。熔熔融指数测测定法是将将被测塑料料装入如图图1-3所示的标准准装置内，，在一定的的温度和压压力下，通通过测定熔熔体在10min内通过标准准毛细管（（直径为Φ2.09mm的出料模孔孔）的塑料料重（质））量值来确确定其流动动性的状况况，该值叫叫做熔融指指数。熔融融指数越大大，流动性性越好。熔熔融指数的的单位为g/10min。螺旋线长长度试验法法是将被测测塑料在一一定的温度度与压力下下注人如图图1-4所示的标准准的阿基米米德螺旋线线模具内（（图中所示示数字，单单位为cm）来表示该该塑料的流流动性。流流动长度越越长，流动动性就越好好。上一页下一页返回第四节塑塑料的工工艺性能热塑性塑料料的流动性性分为三类类：流动性性好的，如如聚酰胺、、聚乙烯、、聚丙烯、、聚苯乙烯烯、醋酸纤纤维素等；；流动性中中等的，如如改性聚苯苯乙烯、ABS、AS、聚甲基丙丙烯酸甲酯酯、聚甲醛醛、氯化聚聚醚等；流流动性差的的，如聚碳碳酸酯、硬硬聚氯乙烯烯、聚苯醚醚、聚砜、、氟塑料等等。影响流动性性的因素主主要有：（1）温度料温高，则则流动性大大。但不同同塑料也各各有差异。。聚苯乙烯烯、聚丙烯烯、聚酰胺胺、聚甲基基丙烯酸甲甲酯、ABS、AS、聚碳酸酯酯、醋酸纤纤维等塑料料的流动性性随温度变变化的影响响较大；而而聚乙烯、、聚甲醛的的流动性受受温度变化化的影响较较小。上一页下一页返回第四节塑塑料的工工艺性能（2）压力注射压力增增大，则熔熔料受剪切切作用大，，流动性也也增大，尤尤其是聚乙乙烯、聚甲甲醛较为敏敏感。（3）模具结构构浇注系统的的形式、尺尺寸、布置置（如型腔腔表面粗糙糙度、浇道道截面厚度度、型腔形形式、排气气系统）、、冷却系统统的设计、、熔料的流流动阻力等等因素都直直接影响熔熔料的流动动性。凡促促使熔料温温度降低，，流动阻力力增加的因因素，就会会使流动性性降低。3.相容性相容性是指指两种或两两种以上不不同品种的的塑料，在在熔融状态态不产生相相互分离现现象的能力力。如果两两种塑料不不相容，则则混熔时制制件会出现现分层、脱脱皮等表面面缺陷。不不同塑料的的相容性与与其分子结结构有一定定关系，分分子结构相相似者较易易相容，例例如高压聚聚乙烯、低低压聚乙烯烯、聚丙烯烯彼此之间间的混熔等等；分子结结构不同时时较难相容容，例如聚聚乙烯和聚聚苯乙烯之之间的混熔熔。上一页下一页返回第四节塑塑料的工工艺性能塑料的相容容性又俗称称为共混性性。通过塑塑料的这一一性质，可可以得到类类似共聚物物的综合性性能，是改改进塑料性性能的重要要途径之一一，例如聚聚碳酸酯和和ABS塑料相容，，就能改善善聚碳酸酯酯的工艺性性（主要是是流动性））。4.吸湿性吸湿性是指指塑料对水水分的亲疏疏程度。据据此塑料大大致可以分分为两种类类型：第一一类是具有有吸湿或粘粘附水分倾倾向的塑料料，例如聚聚酰胺、聚聚碳酸酯、、ABS、聚苯醚、、聚砜等；；第二类是是吸湿或粘粘附水分极极小的材料料，如聚乙乙烯、聚丙丙烯等。造造成这种差差别的原因因主要是由由于其组成成及分子结结构的不同同。如聚酰酰胺分子链链中含有酰酰胺基CO一NH极性性基基因因，，对对水水有有吸吸附附能能力力；；而而聚聚乙乙烯烯类类的的分分子子链链中中是是由由非非极极性性基基因因组组成成，，表表面面是是蜡蜡状状，，对对水水不不具具有有吸吸附附能能力力。。材材料料疏疏松松使使塑塑料料的的表表面面积积增增大大，，也也容容易易增增加加吸吸湿湿性性。。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凡是是具具有有吸吸湿湿或或粘粘附附水水分分的的塑塑料料，，如如果果水水分分含含量量超超过过一一定定的的限限度度，，则则由由于于在在成成型型加加工工过过程程中中，，水水分分在在成成型型机机械械的的高高温温料料筒筒中中变变成成气气体体，，会会促促使使塑塑料料高高温温水水解解，，从从而而导导致致材材料料降降解解，，成成型型后后的的塑塑件件出出现现气气泡泡、、银银丝丝与与斑斑纹纹等等缺缺陷陷。。因因此此，，塑塑料料在在加加工工成成型型前前，，一一般般都都要要经经过过干干燥燥，，使使水水分分含含量量在在0.5％～～0.2％以以下下。。并并要要在在加加工工过过程程中中继继续续保保温温，，以以防防重重新新吸吸潮潮。。5.热敏敏性性和和水水敏敏性性①热热敏敏性性是是指指某某些些热热稳稳定定性性差差的的塑塑料料，，在在高高温温下下受受热热时时间间较较长长或或浇浇口口截截面面过过小小及及剪剪切切作作用用大大时时，，料料温温增增高高就就易易发发生生变变色色、、降降解解、、分分解解的的倾倾向向。。具具有有这这种种特特性性的的塑塑料料称称为为热热敏敏性性塑塑料料，，如如硬硬聚聚氯氯乙乙烯烯、、聚聚甲甲醛醛、、聚聚三三氟氟氯氯乙乙烯烯等等。。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热敏敏性性塑塑料料在在分分解解时时产产生生单单体体、、气气体体、、固固体体等等副副产产物物，，尤尤其其是是有有的的分分解解气气体体对对人人体体、、设设备备、、模模具具都都有有刺刺激激、、腐腐蚀蚀作作用用或或有有毒毒性性，，同同时时，，有有的的分分解解物物往往往往又又是是促促使使塑塑料料分分解解的的催催化化剂剂（（如如聚聚氯氯乙乙烯烯的的分分解解物物为为氯氯化化氢氢，，能能促促使使高高分分子子分分解解作作用用进进一一步步加加剧剧））。。为为了了防防止止热热敏敏性性塑塑料料在在成成型型过过程程中中出出现现过过热热分分解解现现象象，，可可采采取取在在塑塑料料中中加加人人稳稳定定剂剂、、合合理理选选择择设设备备（（如如选选用用螺螺杆杆式式注注射射机机））、、正正确确控控制制成成型型温温度度和和成成型型周周期期、、及及时时清清理理设设备备中中的的分分解解物物等等办办法法。。此此外外，，也也可可采采取取合合理理设设计计模模具具的的浇浇注注系系统统、、模模具具表表面面镀镀铬铬等等一一些些措措施施。。②水水敏敏性性在高高温温下下，，熔熔体体对对水水降降解解的的敏敏感感性性，，称称为为水水敏敏性性。。具具有有水水敏敏性性的的塑塑料料，，称称为为水水敏敏性性塑塑料料，，如如聚聚碳碳酸酸酯酯等等。。水水敏敏性性塑塑料料在在成成型型过过程程中中，，即即使使含含有有很很少少水水分分，，也也会会在在高高温温及及高高压压下下发发生生水水解解，，因因此此这这类类塑塑料料在在成成型型前前必必须须进进行行干干燥燥处处理理。。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二、、热热固固性性塑塑料料的的工工艺艺性性能能热固固性性塑塑料料同同热热塑塑性性塑塑料料相相比比，，具具有有制制件件尺尺寸寸稳稳定定性性好好，，耐耐热热好好和和刚刚性性大大等等特特点点，，所所以以在在工工程程上上应应用用十十分分广广泛泛。。热热固固性性塑塑料料在在热热力力学学性性能能上上明明显显不不同同于于热热塑塑性性塑塑料料。。其其主主要要的的工工艺艺性性能能指指标标有有收收缩缩率率、、流流动动性性、、水水分分及及挥挥发发物物含含量量、、硬硬化化速速度度等等。。1.收缩缩率率同热热塑塑性性塑塑料料一一样样，，热热固固性性塑塑料料也也具具有有因因成成型型冷冷却却而而引引起起的的尺尺寸寸减减小小。。计计算算方方法法与与热热塑塑性性塑塑料料收收缩缩率率相相同同。。产产生生收收缩缩的的主主要要原原因因有有：：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（1）.热收收缩缩这是是因因热热胀胀冷冷缩缩而而引引起起的的尺尺寸寸变变化化。。由由于于塑塑料料是是由由高高分分子子化化合合物物为为基基础础组组成成的的物物质质，，线线膨膨胀胀系系数数比比钢钢材材大大几几倍倍至至十十几几倍倍，，制制件件从从成成型型加加工工温温度度冷冷却却到到室室温温时时，，就就会会产产生生远远大大于于模模具具尺尺寸寸收收缩缩的的收收缩缩，，这这种种热热收收缩缩所所引引起起的的尺尺寸寸减减小小是是可可逆逆的的。。收收缩缩量量大大小小可可用用塑塑料料线线膨膨胀胀系系数数的的大大小小来来判判断断。。（2）结结构构变变化化引引起起的的收收缩缩热固固性性塑塑料料的的成成型型加加工工过过程程是是热热固固性性树树脂脂在在模模腔腔中中进进行行化化学学反反应应的的过过程程，，即即产产生生交交联联结结构构，，分分子子链链间间距距离离缩缩小小，，结结构构紧紧密密，，引引起起体体积积收收缩缩。。这这种种由由结结构构变变化化而而产产生生的的收收缩缩，，在在进进行行到到一一定定程程度度时时，，就就不不会会继继续续产产生生。。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（3）弹弹性性恢恢复复塑料料制制件件固固化化后后并并非非刚刚性性体体，，脱脱模模时时，，因因成成型型压压力力降降低低，，会会产产生生一一弹弹性性恢恢复复值值，，这这种种现现象象降降低低了了收收缩缩率率。。在在成成型型以以玻玻璃璃纤纤维维和和布布质质为为填填料料的的热热固固性性塑塑料料时时，，这这种种情情况况尤尤为为明明显显。。（4）塑塑性性变变形形这主主要要表表现现在在制制件件脱脱模模时时，，成成型型压压力力迅迅速速降降低低，，但但模模壁壁紧紧压压着着制制件件的的周周围围，，产产生生塑塑性性变变形形。。发发生生变变形形部部分分的的收收缩缩率率比比没没有有发发生生变变形形部部分分的的收收缩缩率率大大。。因因此此，，制制件件往往往往在在平平行行加加压压方方向向收收缩缩较较小小，，而而垂垂直直加加压压方方向向收收缩缩较较大大。。为为防防止止两两个个方方向向的的收收缩缩率率相相差差过过大大，，可可采采用用迅迅速速脱脱模模的的办办法法。。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影响响热热固固性性塑塑料料收收缩缩率率的的因因素素与与热热塑塑性性塑塑料料相相同同，，有有原原材材料料、、模模具具结结构构或或成成型型方方法法及及成成型型工工艺艺条条件件等等。。塑塑料料中中树树脂脂和和填填料料的的种种类类及及含含量量，，直直接接影影响响收收缩缩率率的的大大小小。。当当所所用用树树脂脂在在固固化化反反应应中中放放出出的的低低分分子子挥挥发发物物较较多多时时，，收收缩缩率率较较大大；；放放出出低低分分子子挥挥发发物物较较少少时时，，收收缩缩率率较较小小。。在在同同类类塑塑料料中中，，填填料料含含量量增增多多，，收收缩缩率率小小；；填填料料中中加加无无机机填填料料比比加加有有机机填填料料所所得得的的塑塑料料件件收收缩缩小小，，例例如如以以木木粉粉为为填填料料的的酚酚醛醛塑塑料料的的收收缩缩率率，，比比相相同同数数量量无无机机填填料料（（如如石石英英粉粉））的的酚酚醛醛塑塑料料收收缩缩率率大大，，前前者者收收缩缩率率为为0.6％～1.0%，后者为0.15％～0.65%。凡有利于提高高成型压力，，增大塑料充充模流动性，，使塑件密实实的