模具设计课件

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12/24/20221

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12/24/20222

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12/24/20223

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12/24/20224

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12/24/20225

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12/24/20226

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12/24/20227

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12/24/20228

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12/24/20229

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12/24/2022101.1.4塑料的的性能密度小(重量轻，，塑料比重重0.9~2，铝2.7，铁铁7.8)。比强度(b/ρ)和比刚度度(E/ρ)高。化学稳定性性好。电气性能优优良。减摩、耐磨磨和自润滑滑性好。成型和着色色性能好。。多种防护性性能：除防防腐外，塑塑料还具有有防水、防防潮、防透透气、防振振、防辐射射等。耐热性差、、受载荷易易蠕变、老老化现象。。1.1塑塑料材料料12/18/2022111.1.5塑料的的可加工性性1.1.5.1热热塑性塑料料的温度力力学状态及及成型加工工的关系Ⅰ—非结晶晶Ⅱ—结结晶型Tg-玻璃化温温度Tm-结晶型熔熔点Tf-非晶型流流动温度Td-分解温度度1.1塑塑料材料料12/18/202212图1-3热热固性塑塑料的状态态与温度的的关系1.1.5.2热热固性塑料料的状态与与温度的关关系1.1塑塑料材料料12/18/202213当温度和压压力变更时时，黏流态态的塑料表表观黏度会会相应地发发生变化，，这称为塑塑料的流变变性。1.2.1牛顿型型流体流体在平直直圆管内受受切应力而而发生的流流动形式有有层流和湍湍流两种。。层流：被看看着一层层层彼此相邻邻且平行的的薄层流体体沿外力作作用方向进进行的相对对滑移，而而且各层之之间无相互互影响。湍流：流体体各点的速速度大小与与方向都随随时间而变变化，且流流体内相互互干扰严重重。1.2塑塑料的流流变性12/18/202214D:管道直径径；V:流体的平平均速度；；ρ:流体的密密度；η:流体剪切切粘度。Re<2100~4000时时为层流，，Re>4000时时为湍流。。塑料在成型型加工过程程中的流动动基本上属属于层流。。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12/18/202215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12/18/202216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12/18/202217图1-4不不同同类类型型流流体体的的流流动动曲曲线线图1-5不不同同类类型型流流体体表表观观黏黏度度与与剪剪切切速速率率的的关关系系1.2塑塑料料的的流流变变性性12/18/202218图1-6温温度度对对表表观观黏黏度度的的影影响响1.2塑塑料料的的流流变变性性12/18/2022191.3.1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：塑料的流流动性差差时→缺缺料。熔体流动动性太好好→溢料料。1.3塑塑料料成型工工艺性能能12/18/202220热塑性塑塑料熔融融指数(MI)单位:g/10min1—热电电偶2—料料筒3—出出料孔4—保温温层5—加热热棒6—柱塞塞7—重锤锤（加柱柱塞共重重2160g））图1-7熔融融流动指指数测定定法热塑性塑塑料的流流动性的的测量方方法1：：1.3塑塑料料成型工工艺性能能12/18/2022211.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12/18/202222热塑性塑塑料的流流动性分分为三类类：流动性好好的：PE、PP、PS、醋醋酸纤维维等；流动性中中等的：：改性聚苯苯乙烯、、ABS、AS、有机机玻璃、、POM、氯化化聚醚等等；流动性差差的：PC、硬硬聚氯乙乙烯、聚聚苯醚、、聚砜、、氟塑料料。1.3塑塑料料成型工工艺性能能12/18/202223①称取7.5g塑料粉粉，20℃±5℃温度度下并以以50MPa的的压力下下在内径径为28mm的的模子内内预压成成圆锭。。②模具温温度150℃±±5℃℃,并保保温5min；；③将圆锭锭放入拉拉西格模模的加料料室，并并在20s左右右将压模模增至30MPa，保保压3min；；④长度即即为其流流动值。。图1-8拉拉西格流流动性测测定模热固性塑塑料的流流动性的的测量方方法：1.3塑塑料料成型工工艺性能能12/18/2022241.3.2收收缩性造成成型型收缩的的原因：：热胀冷缩缩因弹性回回复造成成的收缩缩结晶收缩缩定向收缩缩影响收缩缩率变化化的因素素：塑料品种种塑件特征征模具结构构成型工艺艺参数1.3塑塑料料成型工工艺性能能12/18/2022251）收缩缩率计算算S实=（a-b）/bS计=c-b/c（1-5）S实——实际际收缩率率（%)；S计——计算算收缩率率（%)；a——塑塑件在成成型温度度时的单单向尺寸寸（mm)b——塑塑件在常常温下的的单向尺尺寸（mm)c——模模具型腔腔在常温温下的单单向尺寸寸（mm)1.3塑塑料料成型工工艺性能能12/18/2022261.3.3结结晶晶性热塑性性塑料料按其其冷却却时是是否出出现结结晶现现象可可将其其分为为结晶晶型与与非结结晶型型（或或称无无定型型）。。结晶型型塑料料是不不透明明的或或半透透明的的，而而非结结晶型型塑料料是透透明的的（少少数例例外））。结晶度度对制制品质质量的的影响响：结晶度度大的的塑件件密度度大，，强度度、硬硬度高高，刚刚度、、耐磨磨性好好，耐耐化学学性和和电性性能好好。结晶度度小的的塑料料，柔柔软性性、透透明性性较好好，伸伸长率率和冲冲击韧韧度较较大。。1.3塑塑料料成型型工艺艺性能能12/18/202227宜宜采用用中等冷冷却速速度，即将将模具具温度度控制制在Tg与Tvmax之间。保证证晶体体生长长良好好，结结晶完完整且且生产产周期期短。。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12/18/2022281.3.4热热敏性性及吸吸湿性性热敏性性：塑料对对温度度的敏敏感性性，高高温下下发生生变色色、分分解的的倾向向性。。热敏性性塑料料：硬硬聚氯氯乙烯烯、聚聚偏氯氯乙烯烯、氯氯乙烯烯和醋醋酸乙乙烯共共聚物物（EVA）、、聚甲甲醛、、聚三三氟氯氯乙烯烯等。。吸湿湿性性：：是指指塑塑料料对对水水分分的的亲亲疏疏程程度度。。吸吸湿湿性性的的大大小小取取决决于于聚聚合合物物组组成成及及分分子子结结构构。。例如如：：PA、、PC、、ABS、、PS等等，，在在其其分分子子链链中中由由于于含含有有极极性性基基团团，，对对水水有有吸吸附附能能力力，，故故属属于于吸吸湿湿倾倾向向大大的的塑塑料料1.3塑塑料料成成型型工工艺艺性性能能12/18/2022291.3.5聚聚合合物物降降解解与与定定向向聚合合物物降降解解：：聚合合物物分分子子在在受受到到热热、、应应力力、、微微量量水水、、酸酸、、碱碱等等杂杂质质以以及及空空气气中中的的氧氧作作用用，，导导致致聚聚合合物物链链断断裂裂、、分分子子变变小小、、相相对对分分子子质质量量降降低低的的现现象象称称为为聚聚合合物物降降解解（（也也称称裂裂解解））。。聚合合物物降降解解的的影影响响：：轻度度降降解解会会使使聚聚合合物物变变色色；；进进一一步步降降解解会会使使聚聚合合物物分分解解出出低低分分子子物物质质，，使使制制品品出出现现气气泡泡和和流流纹纹弊弊病病，，削削弱弱制制品品各各项项物物理理、、力力学学性性能能；；严严重重的的降降解解会会使使聚聚合合物物焦焦化化变变黑黑并并产产生生大大量量的的分分解解物物质质。。1.3塑塑料料成成型型工工艺艺性性能能12/18/202230聚合合物物定定向向：塑料料在在成成型型加加工工过过程程中中分分子子发发生生不不同同程程度度的的定定向向排排列列，，即即为为定定向向（（或或称称取取向向））。。影响响聚合合物物定定向向的因因素素：：①随随着着模模具具温温度度、、成