工程塑料及其应用培训课件

工程塑料及其应用

青岛科技大学

塑料工程教研室第一章工程塑料性能一第二章工程塑料成型加工二第三章工程塑料改性三第四章工程塑料在机械中的应用四目录

工程塑料由于熔点较高、熔融粘度较大，成型加工比较困难，各有特点。2工程塑料成型

2.1ABS成型加工

（1）ABS吸水，所以加工前必须干燥处理，方法：80℃环境干燥8小时左右。

（2）非结晶的无定形聚合物，没有固定熔点，加工温度范围较宽，注射230℃左右，挤出200℃左右。

（3）成型收缩率与GPS相似，0.5%左右。

（4）非常容易出现应力开裂，必要时进行退火处理，70℃干燥2-4小时。52.2聚碳酸酯成型加工苯环—刚性基团醚氧键—提高链柔性极性基团—提高分子间作用力，吸水。总体来讲，双酚A型的聚碳酸酯是以刚性为主兼有一定柔性的材料。Tg～145oC，黏流温度~300oC。异丙撑基—柔性1、化学结构

2.2聚碳酸酯成型加工

由于PC分子链的刚性和苯环的体积效应，导致结晶能力变差，其熔融温度和玻璃化温度均超过模具温度，很快降至熔融温度和玻璃化温度之下，完全来不及结晶，只能得到无定形的透明制品。

PC虽然吸湿性很小，但因为容易高温水解，即使微量的水分也要在加工前尽量去除（含水率要<0.02％）；PC分子链刚性大，熔体黏度高；

PC的熔体更接近牛顿流体，提高温度比增大压力更能降低熔体黏度；由于分子量的不同，熔融粘度以高粘度、中粘度和低粘度采用的加工工艺有所区别，注射成型温度从250℃-300℃，挤出时控制在250℃左右。PC的分子链刚硬，成型冷却后易残余很大的内应力（如何消除？）。

2.2PC成型加工

2.3PET成型加工

透明瓶或膜加工要点：1、干燥（130℃左右干燥8小时），防止水产生雾度。2、由于结晶温度高（130左右）、结晶速度慢可采取急冷，冻结晶核生成。

2.4PMMA成型加工浇铸成型：用于成型有机玻璃板材、棒材等型材，即用本体聚合方法成型型材。注塑成型：采用悬浮聚合所制得的颗粒料，成型在普通的柱塞式或螺杆式注塑机上进行。挤出成型：用悬浮聚合生产的颗粒料制备有机玻璃板材、棒材、管材、片材等，但这样制备的型材，特别是板材，由于聚合物分子量小，力学性能、耐热性、耐溶剂性均不及浇注成型的型材，其优点是生产效率高。热成型：是将有机玻璃板材或片材制成各种尺寸形状制品的过程，将裁切成要求尺寸的坯料夹紧在模具框架上，加热使其软化，再加压使其贴紧模具型面，得到与型面相同的形状，经冷却定型后修整边缘即得制品。耐疲劳性能好，并且其耐疲劳性是再常见的热塑性塑料中最好，能耐107次以上反复负荷的作用。

POM即使交变次数达107次，其疲劳强度仍保持在35MPa，而PC和PA经104次交变试验后，疲劳强度只有28MPa。

特别适合受外力反复作用的齿轮类制品和持续振动下的部件。

2.5POM成型加工POM稳定性差。均聚甲醛端端基中含有有不稳定的的―OH结构，POM的Td(235～240℃)较低，当温度高于于270℃时—C—O——键将断裂，，引起大分分子热分解解。甲醛在高温温有氧时会会被氧化成成甲酸，而而甲酸对POM的降解反应应有自动加加速催化作作用，因此此常在均聚聚甲醛树脂脂中加入热稳定剂、、抗氧剂、、甲醛吸收收剂等以满足成成型加工的的需要。2.5POM成型加工2.5POM成型加工成型前干燥燥：100℃×4h。加工温度范范围窄：熔熔点为175℃(均聚)或165℃(共聚)，温度大于于190℃就开始降解解；热敏性塑料料，严格控控制成型温温度。熔融状态下下为非牛顿顿型流体，，熔体粘度对对剪切敏感感，受温度影影响不大。。模温控制在在适当，80℃左右右，结晶充充分；收缩率较大大，模具设设计应考虑虑尺寸；热处理消除除内应力；；1）因为易吸吸水，高温温下氧化变变色，所以以加工时应应进行干燥燥处理，一一般情况100℃左左右烘干8-12小时，使其其含水量不不超过0.1％，特殊制制品应在真真空干燥箱箱中进行。。2）还熔体粘粘度较小，，容易产生生“流涎现现象“，所所以在注塑塑时应采用用自锁式喷喷嘴。另一一方面，熔熔融温度范范围较窄，，喷嘴必须须加热，以以免堵塞。。3）收缩率较较大，2%以上，尺寸寸最终稳定定时间较长长。4）制件调湿湿处理，提提高韧性和和尺寸稳定定性。2.6PA成型加工2.7.1成型加工特特性1)PPO是无定型型的非晶材材料，在成成型时无结结晶过程，，残留内应应力会造成成应力开裂裂，在选定定成型条件件时应认真真考虑。2)聚苯醚醚的熔点高高，其晶体体部分的熔熔融温度高高达262～267℃，而且且，在300℃以下下其熔体粘粘度很高，，给聚苯醚醚的成型加加工带来困困难。3)聚苯醚醚和改性聚聚苯醚的熔熔融体属非非牛顿型流流体，熔体体的粘度与与温度的关关系很大，，随着温度的的提高粘度度直线下降降。这种粘度度大，流动动性差的特特性致使加加工时必须须采用很高高的温度，，因此，加加工困难，，能耗过大大。2.7聚苯醚成型型加工4)成型收缩率率很低，蠕变小，，尺寸稳定定，可成型精密密制品。5)吸水率很小小，通常物物料不经干干燥就能进进行成型加加工(如需干燥，，物料厚度度为50mm时，一一般在l30℃左右右干燥2h即可。)。2.7.1PPO加工特性螺杆长径比比应大于15：1；压缩比一般般采用2.5～.5)。螺杆形式多采用渐变式的等距变变深。喷嘴采用直通式式模具应应装有有加热热装置置，模模具与与注射射机模模板之之间要要有绝绝热板板。成型温温度：：料筒温温度一一般控控制在在280～340℃的的范围围内，超过过340℃℃，物物料降降解。。2.7.2PPO注射成成型模具温温度应应在100-150℃范范围内内，能能使应应力减减至最最小，，有利利于降降低表表面粗粗糙度度和充充满薄薄壁部部分。。超过过150℃℃容易易引起起气泡泡并延延长成成型周周期；；低于100℃，，会产产生较较高的的残留应力力，以以及使使制品品产生生充模模不足和和分层层脱皮皮等缺缺点。。聚苯醚醚注射射成型型的废废料可可反复使使用，，一般般重复复3次次，其力学学性能能没有有明显显的下下降。。2.7.2PPO注射成成型聚苯硫硫醚(PPS)树脂脂白色色，硬硬而脆脆,跌落于于地上上有金金属响响声，，密度度1.36g/cm3，成型型收缩缩率0.7%。透光光率仅仅次于于PMMA,着色性性、耐水性性好。加工工性能能好，，可以以制成成粒料料、纤纤维、、薄膜、涂料料、注注塑制制品、、挤出出制品品和压压塑制制品等等，用用途极极广。PPS的热热变形形温度度在260℃以以上，连续使使用温温度200-240℃，是是耐热热性极极佳的的特种种工程程塑料料PPS树脂脂本身身具有有很好好的阻阻燃性性，无无需添添加任任何阻阻燃剂剂即可达到到UL-94V-0。。(无无滴落落)级级，且且燃烧烧过程程中发发烟量量很低低。PPS树脂脂经复复合后后成型型收缩缩率极极小，，吸水水率低低，线线膨胀胀系数小，，即使使在高高温或或高湿湿度条条件下下也显显示优优异的的尺寸寸稳定定性。。PPS树脂脂的流流动性性很好好，可可用各各种方方法加加工成成型，，可注注射成型复复杂和和薄壁壁的精精密制制件。。2.8PPS成型加加工2.8.1注射成成型1)PPS有良良好的的流动动性,2)干干燥:145℃℃,3-4h3)料料筒温度为为315～360℃。典型型的注射射压力力为5.5-8.2MPa。4）模模具具的温温度应应控制制制在在133-162℃℃之间间，使使PPS能能充分分结晶晶。低于这这个温温度范范围，，部件件PPS不不能结结晶，，这样样当制制件在在超过过原先先模具具温度度以上上的温温度下下工作作时，，没有有充分分结晶晶的PP5制件件就会会产生生结晶晶。引引起收收缩，，尺寸寸精度度就会会发生生变化化。较高的的模具具温度度，使使制品品表面面发生生所谓谓“富富树脂脂化””，表表面光光泽性性提高高，相相反，，冷模模具注注塑时时，填填料将将在制制品表表面富富集，，结果果制品品的光光泽性性降低低，耐耐化学学性降降低。。2.8PPS成型加加工2.8.2模压成成型适合于于量小的的特殊殊制品品或大大型制制品。用于模模压成成型的的PPS树树脂应应为低低流动动性。。将配配好的的原料料加入入模具具进行行预成成型冷冷压，，压力力为15-20MPa，然后加加热至至熔融融温度度以上上，一一般为为360℃，，再加加7-40MPa的的压力力进行行二次次压缩缩，时时间为为3-5min。冷压：：以2℃℃/min的速速度缓缓慢冷冷却至至230℃℃，再再稍快快冷至至150℃℃，即即得成成品。。2.8PPS成型加加工2.9UHMWPE成型加加工2.9.1成型特特性UHMWPE分子质质量极极高，，成型型加工工困难难。(1)物料料熔融融时粘粘度极极高，，不成成粘流流态而而是处处于高高粘弹弹态。。熔体体质量流流动速速率几乎为为零，所以以很难难直接接进行行挤出出或注注射成成型(2)临界界剪切切速率率低，，熔体体易破破裂。。通常常把熔熔体刚刚出现现破裂裂时的的剪切切速率率称为为临界界剪切切速率率。实实践让让明它它随聚聚乙烯烯的相相对分分子质质量增增大而而减小小。对对于相相对分分子质质量极极高的的UHMWPE来说说，在在剪切切速率率很低低时，，就可可能产产生熔熔体裂裂，在在较低低剪切切速率率下，，就会会产生生滑流流或喷喷流现现象。。因此此，在在超高高相对对分子子质量量聚乙乙烯挤挤出加加工时时，会会遇到到由于于容易易破裂裂而产产生裂裂纹现现象；；在超超高相相对分分子质质量聚聚乙烯烯注塑塑时，，会出出现咬咬流而而致使使制品品出现现多孔孔状或或脱层层现象象。这这是热热塑性性方法法加工工超高高相对对分子子质量量聚乙乙烯的的难题题。(3)UHMWPE的的摩擦擦因数数极低低，使使粉料料在进进料过过程中中极易易打滑滑。(4)成型型温度度范围围窄，，易氧氧化降降解。。2.9.2UHMWPE模压成成型自由烧烧结法法和烧烧结压压制法法(1)自由由烧结结法自自由烧烧结法法也叫叫压制制-烧结-压制法法(先高压压压制制成毛毛坯，然后把把毛坯坯放入加热炉炉中加加热，，加热热一定定时间间后取取出制制品再再放到到另一一个模模具中中加压压冷却却，然然后取取出制制品.具体工工艺为为：首首先称称取UHMWPE配好的的粉料料装入入毛坯坯成型型模具具，高高压成成型，，压力力一般般为42MPa，保保压30-90秒秒后取取出制制品，，放人人情性性气体体保护护加热热炉中中，在在173℃℃下加加热，，加热热时间间根据据制品品的厚厚度按按3-4℃℃/min确定定。压制模模具先先涂脱脱模剂剂，再再把加加热好好的毛毛坯放放入，加压压至28MPa，然然后保保压冷冷却到到制品品温度度为65-85℃时时，取取出制制品。。(2)烧结结压制制法烧结压压制法法与自自由烧烧结法法基本本相同同，在模具中装料加加压后后，将模具和和原料料一起起放到到加热热炉中中加热热；原原料装装到模模具后后虽然然加压压，但但所施施加的的压力力要低低得多多，施施加压压力主要目目的是是排除模模具里里面粉粉料中中的空空气，，使原原料密密实增增加料料的热热导率率等。2.9.2UHMWPE压制成成型2.9.2UHMWPE压制成成型具体加加工工工艺为为：1）称取配配好的的UHMWPE粉料，，放入入涂有有脱模模剂的的模具中，，加压压5MPa左右，，因为为不是是为了了成型，仅仅是是为了了排除除原料料中的的空气气，使使原料料密实实，增增加热热导率率，减减少烧烧结时时间；；2）把模具具放入入加热热炉中中进行行加热热，加加热温温度为为195℃左右右，加加热时时间t(min)根据制制品厚厚度H(mm)由以下下公式式计算算:t=40××(H/10)4/3取出模模具放放到压压力机机上，，压力8-12MPa进行冷冷压，冷却却到65-75℃开模模取出出制品品，修修整飞飞边，，多数数制品品需要要定型模模具进进行定定型，，这样样就完完成了了一个个制品品(或称毛毛坯)的加工工过程程。2.9.3UHMWPE的的挤出出成型型，可可采用用单螺螺杆挤挤出机机、双双螺杆杆挤出出机和和柱塞塞挤出机，其其中以以双螺螺杆挤挤出机机为最最常用用。(1)单螺螺杆挤挤出单单螺杆杆挤出出机挤挤出UHMWPE管管材技技术是是通过过螺杆杆的塑塑化和和推进进作用用，实实现UHMWPE管管材的的连续续挤出出，设备和和配方方技术术是关关键。工艺与通用塑料料管材一样样，UHMWPE熔体通通过过滤板板由旋转运运动变为直直线运动，，进入管材材模具，经定径后冷冷却后定型型。2.9.3UHMWPE挤出成型2.3.3UHMWPE挤挤出成型(2)柱塞塞挤出柱柱塞推压压成型是一一种住复间间歇性的挤挤出方法。。其过程是是将粉料加加入加料室和模具中中，由施加加高压使压缩粉料移移动、连续续烧结和冷冷却定型三三个步骤实现半连续挤出出成型。优点在于，，成型过程程中无现剪切，降解少，质量好，此外该方方法成型时时不受分子子质量高低低的限制，，即使分子子量高达1000×104，也能够实实现挤出加加工。具体加工工工艺：按配方混混料，温度度应低于120℃，混匀的的物料加入入料斗中，，不能断流流。推压塞端部部不能有刃刃和毛刺，烧结时物物料为半粉粉状半固体体状的弹性性体，此时温度太太高就会使使物料局部部粘附，制品表面面会形成沟沟痕和不均均匀现象，，管子倾斜斜变弯，造造成推出困困难；烧结后的物物料进入定定型段后温温度逐渐下下降，不能能出现温度度剧变，但但温度不能能低于130℃，太太低就会使使物料收缩到到芯棒上以至推进困困难，定型型温度太高会使物物料粘附到到模具上，也会造成成推进的困困难，产生生变形等；；从定型段段端部推出出的管子，，温度较高高，很容易易造成变形形，为此，，定型段端端部接冷却却水套进行行冷却，挤挤出速度低低时也可采采用风冷。。2.9.3UHMWPE挤出成型(3)双螺螺杆挤出同向旋转的的双螺杆挤出出机，为避免材材料降解，，保证物料料稳定流动动及保证产产品质量，，螺杆的转速不宜太高(一般为10r/min)。。流动性差，，粘度高挤挤出压力大大，所以要要采用高强度止推推轴承，螺杆的螺螺槽要深些。2.9.3UHMWPE挤出成型4．注射成成型技术UHMWPE注射成成型基本上采用用普通的单单螺杆注射射机，但在在螺杆和模模具设计上上需经过特特殊的改进进，以保证证物料在料料筒内均匀匀移动，并并装备压力力储存器用用来加速注注入。UHMWP在在注射成型型时，高压压下的喷射射流动有利于充模模，制品尺尺寸稳定性性也好，因因此，注射射压力一般般控制在12Mpa以上。螺螺杆转速以以（40-60r）/min为为宜，转速速过高，导导致摩擦加加大，物料料温度升高高，容易发发生热降解解，使相对对分子质量量下降，影影响制品性性能。为防止由于于热氧化降降解而发生生相对分子子质量下降降的倩况，，可用氮气气等隋性气气体置换料料筒中的空气，这对于UHMWPE的的注射成型型是十分重重要的。2.9.4UHMWPE注射成型聚砜类塑料料都可以用用一般热塑塑性塑料的的成型方法法进行加工工，但成型型温度较高高。成型方方法主要有有注塑、挤挤出和吹塑塑等。双酚A聚砜砜的熔融温温度在310℃以上上，分解温温度超过420℃，，加工温度度范围较宽。聚砜吸水率率较高(0.3%左左右)，树树脂含水量量应控制在0.1%以下。干燥条件为为150℃℃，3h。。2.10PSU的成型加工工PSU注塑制品容容易产生内内应力，因此模具温度要要高。当加工温度度为330-400℃时，模模温控制在在120-140℃℃，复杂形状的的制品模温温为150-165℃。为避避免制品出出现残余应应力开裂，，通常采用用退火处理理。可以用用甘油浴退火方方法，条件件为160℃，1-5min或采用空气浴浴退火处理理，条件为为160℃℃，l-4h。退火时间间取决于制制品大小及及壁厚。挤出成型主主要应用于于管材、薄薄板和挤出出膜的生产产，成型温温度可控制制在320℃-390℃。吹吹塑主要用用于各种容容器和薄膜膜制品的成成型，焙融融温度为3l0-380℃。。2.10PSU的成型加工工聚芳醚酮分分解温度都都在500℃以上，，而且大部部分为结晶晶聚合物，，PEEK的Tg为143℃℃，Tm为334℃，在聚聚醚酮中比比较容易加加工。但Tg较低低，作为结结构材料，，使用温度度受到限制制。为了提提高聚芳醚醚酮的玻璃璃化转变温温度，在结结构改进上上进行了大大量工作，，发现当引引进联苯单单元时可以以使Tg提提高到200℃以上上，然而Tm也相应应提高到386℃，使加工更更加困难难。2.11聚芳醚酮酮成型加加工PEEK由于其结结晶性而而必须在在Tm以以上温度度进行加加工，与与其他结结晶聚合合物一样可以对对其进行行模压、、注塑、、挤出成成型及粉粉末喷涂涂和熔融融纺丝等等。对于于PEEK在370-400℃之间间其熔体体粘度为为480-350Pa·s，，有很好好的加工工性能。。2.11聚芳醚酮酮成型加加工PTFE的结晶晶熔点为为327℃，但但树脂要要在380℃以以上才能能处于熔熔融状态态，熔体体粘度高高达1010Pa·s，又具具有极强的耐溶溶剂性，，因此，，PTFE通常采采用冷压压烧结成成型。2.12PTFE成型加工工1.PI的特点（1）全芳香香聚酰亚亚胺热分分解温度度500℃℃、聚苯二二酐和对对苯二胺胺合成的的聚酰亚亚胺热分分解温度度达600℃℃，是热稳稳定性最最高的品品种之一一；（2）耐极低低温，在在绝对温温度4K（-269℃）的液态态氦中不不会脆裂裂；（3）力学性性能，拉拉伸强度度：未填填充＞100MPa、均聚型型PI薄膜为250MPa、联苯型型PI薄膜达到到530MPa。弹性模量量为3～4GPa；纤维强度度5.1～6.4GPa，弹性模模量220～340GPa。（4）对烯酸酸较稳定定，但一一般的品品种不太太耐水解解，尤其其是碱性性水解；；（