塑料基础教材

塑料基础教材塑料基础教材塑料基础教材塑料基础教材编制仅供参考审核批准生效日期地址：电话：传真:邮编:均豪精密工业（苏州）有限公司塑料概论一．塑料基本概念二．塑料组成成分及作用三．塑料生产流程四．塑料分类五．塑料的特性及应用六．塑料成型原理七．塑料制品常见缺陷及一般品质标准八．塑料的发展历史及现状九．塑料的广泛用途制定单位﹕品保部/周再文制定日期﹕2003/12/31塑料概论塑料基本概念塑料（plastics）是以高分子合成树脂为主要成分，加入若干其他材料（添加剂）制成﹑且在加工过程中能流动成型的固体材料﹐般为粉末或颗粒状。塑料同金属材料、陶瓷材料一起成为当今三大主要结构材料。优点：密度是三类材料中最小的，具有较高的比强度，具有优良的电绝缘性﹑热绝缘性和良好的耐磨性﹑耐蚀性，以及优异的成型工艺性能。这些优点使塑料（制品）在日常生活中得到广泛应用。缺点：强度、硬度较低，易老化等。塑料组成成分及作用A.合成树脂：合成树脂决定塑料的类型（热固性或热塑性）和基本性能（机械﹑物理﹑化学﹑电性能等）并且在成型过程中，将塑料的其他成分粘合在一起。填充剂﹕在塑料中起到增量及改性（能）作用，加入填充剂後，不仅能使塑料的成本大大降低，而且还能使塑料的性能得到显着改善。如酚醛树脂中加入木粉後，既克服它的脆性，又降低了成本。用玻璃纤维作填充剂能使塑料机械性能大幅度提高。有的填充剂可以使树脂具有树脂所没有的性能，如导电性、导磁性等。填料分为﹕（1）粉状：木粉、滑石粉、石墨、金属粉等（2）纤维状：玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维等（3）片状：玻璃布、石棉布等C.增塑剂：是为了改善塑料的性能和提高柔软性而加入塑料中的一种高沸点的有机物质。树脂中加入增塑剂後，增塑剂加大了塑料分子间的距离，因而削弱了分子间的作用力，树脂在较低的温度下易滑移而具有良好的可塑性和柔软性。D.着色剂：主要起美观和装饰作用﹔还能改善塑件的耐候性，即提高抗紫外线能力，如用碳黑着色後就能在一定程度上有助於防止光老化。稳定剂：是指能阻缓材料变质的物质，分为光稳定剂、热稳定剂、抗氧剂等。润滑剂：为改进塑料熔体的流动性，减少塑料对设备、模具的磨擦以及改进塑件表面质量而加入的一类添加剂。如石蜡、硬脂酸等。G.其它﹕如阻燃剂﹑抗静电剂、发泡剂、功能添加剂等。三．塑料生产流程塑料生产工艺一般为﹕从石油提炼得高分子化合物（树脂）﹐再根据实际需要选用各种添加剂﹐把树脂和添加剂按一定比例混合拌匀后进入机器中加热熔融﹐熔融为液体后从眼模中挤压出来（呈条状）﹐经切模或压模后成为颗粒（圆柱颗粒﹑小块状或其它形状）或粉末状﹐再进入干燥机烘干﹐而后密封包装。四．塑料分类按其加工性能（受热後的性能表现）不同分（1）热塑性塑料﹕受热时软化，温度升高到一定数值时，可呈现粘流态﹔当温度降低时（一般室温）塑料变得坚硬，再次加热能再变软，冷却後又变硬可以如此多次反复，除了可反复加热外，还能溶於某些熔剂（可熔可溶）。如聚丙烯（PP）﹑聚氯乙烯(PVC)﹑聚乙烯（PE）﹑聚碳酸脂（PC）﹑聚酵胺（PA）等。（2）热固性塑料﹕第一次受热时软化,冷却时固化并显现刚硬状态﹔重新加热时不再软化，温度超过一定值时，会发生分解，这类塑料不溶於溶剂（不熔不溶）。如酚醛塑料等。按用途分（1）通用塑料：一般指产量大﹑用途广、易成型、低廉的塑料，如聚丙烯（PP）聚氯乙烯(PVC)﹑聚乙烯（PE）等。（2）工程塑料：可作为结构材料的塑料，有良好的力学性能和尺寸稳定性能且有高温下仍具有优良性能的塑料，如聚碳酸脂（PC）﹑PPD（聚钒）等。（3）特种塑料：一种具有特种功能（如耐热、自润滑）可应用於特殊要求的塑料。如氟塑料、有机硅塑料等C.按塑料成型方法分模压塑料：供模压用的树脂混合料。如一般热固性塑料。层压塑料：指浸有树脂的纤维织物，可经叠合、热压结合而成为整体材料。注射、挤出和吹塑塑料：-般指能在料筒温度下熔融、流动，在模具中迅速硬化的树脂混合科。如一般热塑性塑料。浇铸塑料：能在无压或稍加压力的情况下，倾注于模具中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料。如MC尼龙。反应注射模塑料：一般指液态原材料，加压注入模腔内，使其反应固化制得成品。如聚氨脂类。D．按塑料半制品和制品分模塑粉：又称塑料粉，主要由热固性树脂（如酚醛）和填料等经充分混合、按压、粉碎而得。如酚醛塑料粉。增强塑料：加有增强材料而某些力学性能比原树脂有较大提高的一类塑料。泡沫塑料：整体内合有无数微孔的塑料。薄膜：一般指厚度在毫米以下的平整而柔软的塑料制品。五．塑料的特性及应用塑料一般使用特性1．质轻、比强度高。塑料质轻，一般塑料的密度都在~克／厘米3之间，只有钢铁的1／8~1／4、铝的1／2左右，而各种泡沫塑料的密度更低，约在~克／厘米3之间。按单位质量计算的强度称为比强度，有些增强塑料的比强度接近甚至超过钢材。例如合金钢材，其单位质量的拉伸强度为160兆帕，而用玻璃纤维增强的塑料可达到170~400兆帕。2．优异的电绝缘性能。几乎所有的塑料都具有优异的电绝缘性能，如极小的介电损耗和优良的耐电弧特性，这些性能可与陶瓷媲美。3．优良的化学稳定性能。一般塑料对酸碱等化学药品均有良好的耐腐蚀能力，特别是聚四氟乙烯的耐化学腐蚀性能比黄金还要好，甚至能耐"王水"等强腐蚀性电解质的腐蚀，被称为"塑料王"。4．减摩、耐磨性能好。大多数塑料具有优良的减摩、耐磨和自润滑特性。许多工程塑料制造的耐摩擦零件就是利用塑料的这些特性，在耐磨塑料中加入某些固体润滑剂和填料时，可降低其摩擦系数或进一步提高其耐磨性能。5．透光及防护性能。多数塑料都可以作为透明或半透明制品，其中聚苯乙烯和丙烯酸酯类塑料象玻璃一样透明。有机玻璃化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯，可用作航空玻璃材料。聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等塑料薄膜具有良好的透光和保暖性能，大量用作农用薄膜。塑料具有多种防护性能，因此常用作防护保装用品，如塑料薄膜、箱、桶、瓶等。6．减震、消音性能优良。某些塑料柔韧而富于弹性，当它受到外界频繁的机械冲击和振动时，内部产生粘性内耗，将机械能转变成热能，因此，工程上用作减震消音材料。例如，用工程塑料制作的轴承和齿可减小噪音，各种泡沫塑料更是广泛使用的优良减震消音材料。上述塑料的优良性能，使它在工农业生产和人们的日常生活中具有广泛用途；它已从过去作为金属、玻璃、陶瓷、木材和纤维等材料的代用品，而一跃成为现代生活和尖端工业不可缺少的材料。然而，塑料也有不足之处。例如，耐热性比金属等材料差，一般塑料仅能在100℃以下温度使用，少数200℃左右使用；塑料的热膨胀系数要比金属大3~10倍，容易受温度变化而影响尺寸的稳定性；在载荷作用下，塑料会缓慢地产生粘性流动或变形，即蠕变现象；此外，塑料在大气、阳光、长期的压力或某些质作用下会发生老化，使性能变坏等。塑料的这些缺点或多或少地影响或限制了它的应用。但是，随着塑料工业的发展和塑料材料研究工作的深入，这些缺点正被逐渐克服，性能优异的新颖塑料和各种塑料复合材料正不断涌现。常用的热固性塑料酚醛压缩粉一电木粉：在树脂中加入木粉填料得到的塑料成本低，电绝缘性能好，大量用於制造电器开关仪外彀、变压器骨架等。常用的热塑性塑料:PE（聚乙烯）白色半透明的粒料、手触似蜡。具有良好的电绝缘性能﹐耐大多数化学物侵蚀﹐质轻﹑耐寒耐冲击。主要生产薄膜、管材、高频电线电缆绝缘层。PP（聚丙烯）无色透明有一定光泽的刚性粒料。机械强度高、硬度高，具有优异的抗疲劳弯曲性能。广泛用於食品容器、厨房用品、高档玩具、包装袋、绳索等。PS（聚苯乙烯）无化透明玻璃状粒料，易燃，离开火後继续燃烧，有浓烟，掉在地上或敲打时有清脆响声。尺寸稳定性好，着色性能好，电绝缘性好﹐耐化学腐蚀性较好，广泛用於家用器具、仪器壳体、灯罩、圆珠笔杆等PVC（聚氯乙烯）白色粉末状形同面粉，燃烧时发出刺激性气体，离火自动熄灭。有较高机械强度和恝性，抗酸碱性能好，电绝缘性能好。主要用於人造革、电线绝缘层、包扎带、电线槽板、弯头等。ABS（丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物）微黄色或白色不透明颗粒料，无毒无味。具有突出的力学性能和良好的综合性能﹐表面可以电镀。广泛用於汽车内饰件、电器外销彀、手机机壳、旋钮等。PC（聚碳酸脂）无色透明颗粒状、无毒无味。有较高耐热性和耐寒性，透明度较好，其拉伸强度、弯曲强度、刚性及电气绝缘性能也很突出。广泛用於制造齿轮、轴承、接线板、骨架等。B．塑料成型工艺特性塑料原料在加工成为产品的过程中，会表现出一系列特性，这些特性与塑料品种，成型方法和条件及模具结构等密切相关。掌握它们有利於合理地选择成型工艺和设计模具达到控制产品质量的目的。收缩性：塑件从模具中取出冷却至室温後尺寸发生缩小变化的特性称为收缩性。衡量塑料收缩率大小的参数称为收缩率。影响成型时收缩率波动的因素主要有以下方面：（1）塑料品种：热塑性的塑料一般大於热固性塑料（2）成型压力：对注塑成型而言，提高注塑压力可以使收缩率减小（3）熔体温度：提高熔体温度，有利於向模腔内传递成型压力，将制品压实，减少收缩率，但熔体温度的提高会使熔体比容增大，热胀冷缩大，收缩率大。（4）模具温度﹕一般来说，提高模具温度可使制品收缩率增大。（5）保压时间延长可使制造收缩率减小（6）模具浇口尺寸：尺寸增大，有助於向模具内传递成型压力将制品充实，减少收缩率，对於一个规定尺寸精度的制品，当塑料选定和模具设计完毕後，应在生产中对工艺参数进行正确调节和控制，减少收缩率和波动。流动性﹕塑料在一定温度和压力下填充模具型腔的能力称为流动性。每一品种的塑料其流动性通常分为三个或三个以上不同的等级，以供不同塑件及成型工艺选用。按模具设计的要求可将常用热塑性塑料的流动性分为三类：好的有NYLONPA（尼龙）、PS（聚苯乙烯）﹑PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）；中等的有：ABS（丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物）、PET、PBT；差的有：PC（聚碳酸脂）、PPD（聚钒）影响流动性的因素主要有以下几个方面：（1）塑料品种（2）模具结构---浇注系统的尺寸结构、冷却系统的布局及模具结构的复杂程度等直接影响塑料在模具中的流动性（3）成型工艺（提高注塑压力可增加流动性，料温高，流动性也好）吸湿性﹕塑料中的水分在高温下变成气泡存在於塑件中使塑件变形，表面质量差，或机械强度下降。热固性塑料成型时还会严重阻碍化学反应的发生。因此，生产前塑料原料要干燥。热敏性﹕有些塑料在料温高或受热时间长的情况下敏感，会产生变色甚至分解，这种特性叫热敏性。应力开裂﹕有些在成型时易产生内应力，塑件在外力或溶剂作用下会发生开裂现象。为此，对塑料进行干燥﹑合理选择成型条件﹑正确设计塑件结构和模具结构﹐对塑件进行後处理等都有利於减少或消除内应力六塑料成型原理塑料模塑成型方法很多，主要包括：注塑成型、压塑成型、挤出成型、吸塑成型等。下面简单介绍几种塑料模塑成型方法的原理注塑成型：是目前塑料加工中最普遍采用的方法之一。注塑成型制品约占塑料制品总量的20％-30％，该方法适用於全部热塑性塑料，其成型周期短，花色品种多，制品尺寸稳定，产品易更新换代，生产可自动化，高速化，具有极高的经济效益。注塑成型所用的设备为注塑成型机和注塑模具。注塑模具依制品形状而定。注塑成型机按结构分为柱塞式和螺杆式。按其外型特征可分为立式、卧式、角式等。以下介绍的是目前使用量最大的往复螺杆式注塑成型机﹕注塑装置：主要由塑化部件（螺杆、料筒及其加热部件组成）以及料斗、计量装置、传动装置、注塑油缸组成。主要作用将原料均匀塑化，并以合适压力和速度将一定量的塑料熔体注射到模具型腔中。合模装置：主要由固定模板、移动模板、合模油缸、连杆机构、调模装置、制品顶出装置等组成。主要实现模具的开、合模及制品顶出。液压传动和电气控制系统：两系统有机结合对机构提供动力和实施控制﹐保证注塑机按工艺要求（温度、压力、速度、时间）和动作顺序准确有效工作。注塑成型的工艺过程先将塑料原料经过料斗加入注塑机筒内，由於料筒外有电热筒加热而使塑料熔融，在注塑机螺杆旋转推进的高压下熔融，塑料受到剪切和挤压，进一步塑化成为具有良好的流动性和可塑性的塑料熔体。然後在螺杆的推动下熔体经喷嘴进入模具型腔，充满模腔後，於模腔中冷却、固化、定型，最後打开模具取出塑件。注塑成型的工艺流程为合模注塑保压冷却定型开模顶出预塑从流程可看出：注塑成型是一个循环过程，完成注塑成型需要预塑，注塑、冷却定型三个阶段。预塑阶段螺杆开始旋转将后端从料斗来的塑料由螺杆前端输送﹐塑料在高温和剪切力的作用下塑化均匀，并逐步聚在料筒前部。当熔融塑料越积越多时，压力越来越大，最後克服螺杆背压将螺杆逐步往後推，当料筒前部的塑料达到所需注塑量时，螺杆停止转动和後退，预塑结束。（2）注塑阶段螺杆在注塑油缸的压力下向前移动，将储存在前部的塑料以多级速度的压力向前推压，经过流道和浇口注入已闭合的模具型腔中。（3）冷却定型的阶段塑料在模具型腔中经过保压，防止塑料倒流直到模具浇口固化，最後冷却定型。热塑性塑料的注塑，是指将其加热熔融後，使其流入模具中经冷却固定而得到具有所要求形状的成型品的这一操作过程，其原理和糖果的成型或金属的铸造没什麽不同，但热塑，在成型中，仅仅把其熔融并使之自然地流入到模具中固化，是不可能制成完好的制品的。这是因为树脂的熔粉度极高，靠其自然流到模具赋予不可能的。为了使熔融树脂充分流入型腔各个角落而获得复杂的形状必须经过成型时对其加上很高的压力才行。因此注塑是在料筒中加热树脂并使之熔融，对熔融树脂加高压并使之注射到模具中，在模具中冷却，固化而成为制品的几个过程组成的。压塑成型：是将粉状、颗粒状或纤维物料放入成型温度下的模具型腔中，然後闭模加压，使其成型并固化的方法，主要用於热固性塑料。压塑成型的工艺过程将预热、预压的塑料原料定量地加入已预热的凹模内，然後合模置於压机上加压加热，熔融塑化後向型腔各部位充填﹐多余部分从分型面溢出成为毛边，经一段时间的化学反应﹐塑料充分固化定型，卸压开模後取出制品。七．塑料制品常见缺陷及一般品质标准A．常见缺陷:焦痕(烧黑):由於模具排气不良,造成过热而引起材料分解,变黄或烧黑混色:偏高颜色或颜色不一致入水纹(走水纹):塑胶流动形成的象干涸一样的条纹表面混点:在透明材料表面形成的朦胧点或区域(模糊不清)凹点:小凹坑或表面缺料(低於周围材料表面的点或面)凸点:高於周围材料表面的点或面花痕(刮花):小沟或切入内部的切口拖花:产品脱模时侧面因模边不光滑被刮伤的伤痕迹缩水:因产品结构复杂壁厚不均匀引起的表面收缩或小陷痕迹斑点:在产品表面或内部的小微粒或杂质夹水纹:由於胶料流动前端冷料而形成的在制品表面的可见线或痕迹披锋:在模具分型面处由於模具合模不好或因注射压力太大,锁模力不足而形成的飞边气花(水花):由於材料未充分乾燥(含湿量大)或料温过高,引起材料分解产生气体导致产品表面形成白色的空气泡或条纹顶白:由於模具脱模斜度小或顶出不均衡时,部分顶针顶出力太大而使塑件表面发白缺胶(走胶不齐):由於温度低,压力小,注射速度慢或排气不畅,啤塑时在零件细小或薄壁处胶料走不到位而出现缺胶现象水波纹:塑件前方沿料流方向似水波一样的纹路蛇纹:水口位前方沿料方向产生一条弯曲的似蛇行状条纹开裂:由於材料脆性大或水口位应力集中,顶出力大,产品出现开裂盲孔(断针):在成型孔针断而造成无柱孔现象粘模(断骨/柱):由於柱位,骨位脱模斜度不够,粘模力过大,脱模时出现断柱,断骨变形:因产脱模温度过高或产品结构不合理而产生的形变现象,塑胶产品质量因受模具,材料,啤机,成型工艺条件,管理及员工态度等多种因素的影响,产品质量缺陷种类很多,问题变化多端,同一成型件在不同的时间有不同的质量问题出现且随时都会发生意想不到的质量缺陷B．一般品质标准外观方面:产品表面常会出现:缩水,披锋,混色,混点,拖花,模花,水花,油污,开裂,夹水纹,气纹,料纹,走水纹,变形,粘模,颜色不均,刮花,顶白,顶高,顶穿,盲孔,断柱,气泡,发雾,发脆,气孔,蚀纹不均,字唛不清,缺胶,水口位批伤,余胶偏长.结构方面:螺丝柱位缺胶,披锋,拖长,断柱(粘模),盲孔,偏心(柱孔不对正),变形,烧焦.扣位披锋,爆裂,缺胶,脆断﹔水口位开裂,气纹,披锋,批伤及余胶偏长﹔孔位缺胶,披锋,盲孔,开裂﹔行位披锋,拖爆,多胶﹔顶针位披锋,顶深,顶白,顶高,穿孔,胶位偏高﹔骨位缺胶,披锋,爆裂尺寸方面:尺寸不符合图纸要求(尺寸偏大,尺寸偏小,尺寸不稳定)装配方面:配合不上;配合不到位;配合松动;配合过紧;配合时离隙不均,错位(级位)颜色方面:混色,发白,黑点,杂质,料纹,颜色不均(色差),发黄,烧焦/黑,污渍.强度方面:夹水纹及水口位易开裂,温度低,产品发脆,扣位易断,螺丝柱易开裂或易断包装方面:包装材料不符合要求,摆放方式不对(易受压,变形或擦花),包装数量过多或缺数原料方面:所用原料应与PO单一致,原料不能有错.不同的产品,其产品质量要求不同.如﹕透明产品不得有气泡,混点,表面无明显缩水及夹水纹,不得有模花,,模印等影响透光性的缺陷﹔内部产品,外观要求可以松,主要是结构方面的要求﹔外部产品既须注意内部结构又要控制外观质量(包括颜色)和配合性等。八．塑料的发展历史及现状早在19世纪以前，人们就已经利用沥青、松香、琥珀、虫胶等天然树脂。1868年将天然纤维素硝化，用樟脑作增塑剂制成了世