第二章-塑料的组成与工艺特性

第二章塑料的组成与工艺特性本章重点：１.掌握塑料的分类２.掌握塑料特性及应用３.掌握热塑性塑料和热固性塑料的区别本章难点：1.塑料成型的工艺特性——收缩性、流动性、相容性、热敏性等。2.塑料特性的理解及综合应用12合成树脂＋添加剂1）合成树脂（40%~100%）受热软化后可将塑料的其它组分加以粘合，并决定塑料的主要性能。2）添加剂包括填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂和固化剂等。§2.1塑料的基本组成

一、塑料的组成3添加剂作用常用的各种添加剂含量填充剂（填料）调整塑料的物理化学性能，提高材料强度，减少合成树脂的用量，降低塑料成本木粉、纸、棉屑、硅石、硅藻土、云母、石棉、石金属粉、玻璃纤维和碳纤维等20%-50%增塑剂提高塑件的可塑性和柔软性，但会降低塑件的稳定性、介电性和机械强度不易挥发的高沸点的液体有机化合物或低熔点的固体有机化合物稳定剂抑制和防止塑料在加工和使用过程中因受热、光及氧等作用而分解变质硬脂酸盐、铅的化合物及环氧化合物0.3%-0.5%润滑剂防止塑料在成型加工过程中粘附在模具上，提高塑件的流动性硬脂酸及其盐类1%着色剂有机颜料、无机盐料、染料0.01%-0.02%固化剂促使合成树脂进行交联反应或加快交联反应速度添加剂的性能二、塑料的分类1、最常用的分类方法是根据合成树脂在受热后所表现的性能不同来划分，一般分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。4（1）热塑性塑料线型或支链型大分子链比较容易活动，受热时分子间可以互相移动，具有较好的塑性，固化成型后如再加热又可变软，如此可反复进行多次。易于消费者辨识塑料或塑料包装材料的性质，使废品回收处理更为简便快速，规定塑料或塑料包装材料应标示材料名称及分类代码，例如：

5（2）热固性塑料网状结构的合成树脂，加热初期具有一定的可塑性，软化后可制成各种形状的制品，但是过一段时间，随着网状交联的逐渐形成，便会固化而失去塑性，冷却后再加热也不会再软化，再受高热即被分解破坏。62、若按塑料的用途分类，又可分为通用塑料和工程塑料两大类。7通用塑料：—般指产量大、用途广、价格低廉的一类塑料，它包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、氨基树脂等六大品种。工程塑料：一般指机械强度高，可代替金属而用作工程材料的塑料，如制作机械零件、电子仪器仪表、设备结构件等。这类塑料包括聚苯醚(PPO)、ABS、尼龙、聚甲醛、聚砜(PSF)、聚对二甲苯、聚酰亚胺(PI)等。§

2.2塑料成型的工艺特性一、塑料的成型收缩性1、收缩性：塑件从温度较高的模具中取出冷却到室温，其尺寸或体积发生收缩变化，这种性质称为收缩性。2、收缩率：收缩性的大小以单位长度塑件收缩量的百分数来表示，收缩率分为实际收缩率和计算收缩率。式中：Ss——实际收缩率；Sj——计算收缩率；a——模具或塑件在成型温度时的尺寸；b——塑件在室温时的尺寸；c——模具在室温时的尺寸893、成型收缩的形式——塑件的尺寸收缩由于热胀冷缩、结构变化引起收缩和塑件脱模时弹性恢复、塑性变形等原因，导致塑件脱模冷却到室温后其尺寸缩小。热收缩：是由于热胀冷缩而使塑件成型冷却后所产生的收缩。热收缩与模具温度成正比，是影响收缩的最主要因素。结构变化引起收缩：由于交联反应，分子由线性结构变为网状结构，分子链间距缩小，结构变得紧密，而产生了体积收缩。10弹性恢复：塑件从模具中取出后作用在塑件上的压力消失，由于弹性回复，会造成塑件体积的负收缩（膨胀）。塑性变形：塑件脱模时，成型压力迅速降低，但模壁紧压在塑件周围，使其产生塑性变形。

收缩的方向性：塑料在成型时由于分子的取向作用使塑件呈现各向异性，沿料流方向（即平行方向）收缩大，强度高，与料流垂直方向则收缩小，强度低。11后收缩：塑件成型时，由于受成型压力、切应力、各向异性、密度不均、填料分布不均、模温不一致、硬化不均和塑性变形等因素的影响，塑件内存在残余应力。当脱模后，由于应力趋向平衡及储存条件的影响，使塑件再次收缩，这种收缩称为后收缩。一般塑件在脱模后10h内变化最大，24h后基本定型，但最后稳定要经过30～60天。

通常热塑性塑料的后收缩比热固性塑料大，挤塑和注射的后收缩比压缩成型大。12后处理收缩：在某些情况下，塑件按其性能和工艺要求，成型后要进行热处理，处理后也会导致塑件尺寸收缩，这种收缩叫后处理收缩。在模具设计时，对高精度塑件则应考虑后收缩及后处理收缩的偏差并予以补偿。4、影响塑件收缩的因素：塑料的品种各种塑料都有其各自的收缩率范围，同一种塑料由于相对分子质量、填料及配比等不同，则其收缩率及各向异性也不同。13塑件的结构塑件的形状、尺寸、壁厚、有无嵌件、嵌件数量及布局等，对收缩率值有很大影响。塑件的形状复杂、尺寸小、壁薄、带嵌件，收缩率就小。模具结构模具的分型面、加压方向、浇口形式、尺寸及分布等对收缩率及方向性影响也很大，如采用直接浇口，浇口截面大，收缩小，但方向性明显。成型工艺条件模具温度高、塑件冷却慢，则密度高、收缩大；注射压力高、脱模后弹性恢复大收缩小；保压时间长收缩小。二、塑料的流动性1、塑料在一定的温度、压力作用下充填模具型腔的能力，称为塑料的流动性。14塑料的流动性差，就不易充满型腔，因此需要较大的成形压力才能成形。塑料的流动性好，可以用较小的成形压力充满型腔。但流动性太好，会使塑料在成形时产生严重的溢边，填充不密实，塑件组织疏松，易粘模。15熔融指数用熔融指数测定仪测定。将被测塑料装入加热料筒中并进行加热，在一定的温度和压力下，测定塑料熔体在10min内从出料孔挤出的重量。熔融指数测定仪结构示意图2、塑料流动性的表示热塑性塑料的流动性常用熔融指数（单位g/10min）、螺旋线长度（单位cm）来表示。16热固性塑料的流动性常用——拉西格流动性（单位㎜）表示测定方法：将一定重量的被测塑料预压成圆锭，将圆锭放入压模中，在一定的温度和压力下，测定它从模孔中挤出的长度（毛糙部分不计在内），即为拉西格流动值。173、影响塑料流动性的因素塑料的分子结构与成分：具有线型分子结构塑料流动性好。加入填料，降低流动性，加入增塑剂和润滑剂，增加流动性。温度：塑料温度高，流动性好。在成形时可通过调节温度控制流动性。PS、PP、PA、PMMA、ABS、AS、PC对温度敏感。压力：注射压力↑，受剪切作用↑，流动性↑。模具结构：包括模具浇注系统的形式、尺寸和布置；冷却系统设计的合理性；熔料流动阻力等因素。凡促使熔料温度降低，流动阻力增加的因素，都会使流动性降低。18对热固性塑料而言：模具结构：模具成型表面光滑，型腔形状简单，采用不溢式压缩模等有利于改善流动性。成型工艺：采用压锭及预热和提高成型压力，在低于塑料硬化温度的条件下提高成型温度等都能提高塑料的流动性。194、常用热塑性塑料的流动性：流动性好

尼龙PA、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚丙烯PP、醋酸纤维素CA。流动性中等

ABS、有机玻璃PMMA、聚甲醛POM、氯化聚醚CPT。流动性差聚碳酸酯PC、硬聚氯乙烯、聚苯醚PPO、聚砜PSU、氟塑料。20三、塑料的相容性（共混性）两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状态下不产生相分离现象的能力。

不同塑料的相容性与其分子结构有一定关系，分子结构相似者较易相容；反之较难。通过塑料的这一性质，可得到类似共聚物的综合性能，这是改进塑料性能的重要途径之一。21四、塑料的热敏性和吸湿性1、热敏性：某些热稳定性差的塑料，在料温高和受热时间长的情况下就会产生降解、分解、变色的特性。热敏性塑料：硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯（PCTFE）、聚甲醛（POM）等。解决方法：选用螺杆式注射机，流道截面取大一些（避免过大的摩擦热）注射机筒内壁、流道和模腔表壁镀铬熔体在模内流动时不得有死角和滞料现象生产时严格控制成型工艺条件222、吸湿性：表明塑料对水分的敏感程度。具有吸湿或粘附水分倾向的塑料：PA、PC、PSU、ABS等；既不吸湿也不易粘附水分的塑料，如PE、PP、POM等。注：凡是具有吸湿或粘附水分倾向的塑料，如成型前水分未去除，则在成型过程中由于水分在成型设备的高温料筒中变为气体并促使塑料发生水解，成型后塑料出现气泡、银丝等缺陷。因此，对吸湿性和粘附水分倾向大的塑料，在成型之前应进行干燥，使水分控制在0.5～0.2%以下。23五、塑料的比容和压缩比比容＝

压缩比＝表示粉状塑料的松散程度，用来确定压缩模加料腔容积的大小。比容和压缩比大，要求加料腔体积增大，同时成形困难。24六、塑料的硬化速度

硬化是指热固性塑料成形时分子由线形向体型转变，完成交联反应的过程。硬化速度通常以塑料试样硬化每1㎜厚度所需的秒数来表示。

影响硬化速度的因素：塑料品种；塑件形状及壁厚；成型温度及是否预热、预压等有密切关系。例如：采用预压、预热、提高成型温度和增长加压时间等措施，都能显著加快硬化速度。25七、塑料的水分和挥发物含量来源：

制造时未除净。存储、运输过程中吸收（吸湿性塑料）。成型时化学反应附产物。水分及挥发物含量过多的影响

易造成成型困难，塑件