塑料成型模具设计（第2版）江昌勇课件1-塑料概述

23四月20231【本章要点与提示】知识要点目标要求学习方法塑料的概念、组成、分类及特点熟悉结合老师在教学过程中的讲解及阅读教材相关内容，通过对日常生活中塑料制件的观察，熟悉塑料的组成、分类及特点，通过对不同种类塑料的综合性能和成型工艺性能的分析，熟悉塑料的选择。塑料的成型工艺性能掌握塑料基本特性了解23四月20232【导入案例】

聚乙烯原料聚氯乙烯原料聚苯乙烯原料聚丙烯原料

聚碳酸酯原料聚酰胺（尼龙）有机玻璃ABS塑件

聚甲醛塑件聚砜棒材聚苯醚棒材氟塑料塑件23四月20233【主要内容】1.1塑料的组成及特点1.2塑料成型工艺性能1.3常用塑料的基本特性简介及选择23四月20234一、树脂和塑料1．塑料的概念1.1塑料的组成及特点塑料是以树脂为主要成分，加入各种添加剂（辅助料），在一定的温度和压力下具有可塑性和流动性，可被模塑成一定形状，且在一定条件下保持形状不变的材料。组成成型条件成型性能23四月20235——指受热时通常有转化或熔融范围，转化时受外力作用具有流动性，常温下呈固态或半固态或液态的有机聚合物，它是塑料最基本的，也是最重要的成分。

一、树脂和塑料2．树脂的概念树脂1.1塑料的组成及特点23四月20236

—是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物质，如松香、沥青、虫胶等。

—是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂产物。天然树脂合成树脂一、树脂和塑料2．树脂的概念1.1塑料的组成及特点23四月202371.树脂作用：塑料的主要成分（占40%----70%）决定塑料的类型和基本性能胶粘其它成分材料；赋予塑料可塑性和流动性二、塑料的成分1.1塑料的组成及特点23四月202382.添加剂⑴填充剂（填料）重要的但非必不可少的成分作用：减少树脂用量，降低塑料成本；改善塑料某些性能，扩大塑料的应用范围。二、塑料的成分1.1塑料的组成及特点23四月20239⑵

增塑剂

能够增加塑料的可加工性、延展性和膨胀性的物质；它是能与树脂相溶的、不易挥发的高沸点有机化合物。

常用的增塑剂是液态或低熔点固体有机物。主要有甲酸脂类、磷酸酯类和氯化石蜡等。2.添加剂二、塑料的成分1.1塑料的组成及特点23四月202310作用：提高塑性、流动性和柔软性；降低刚性和脆性；改善塑料的工艺性能和使用性能。⑵

增塑剂2.添加剂二、塑料的成分1.1塑料的组成及特点23四月202311⑶

稳定剂凡能阻缓材料变质的物质称为稳定剂。

它的主要作用就是抑制或防止树脂在加工或使用过程中受热而降解。

它的主要作用是阻止树脂在光的作用下降解（塑料变色、力学性能下降等等）。

延缓或抑制塑料氧化速度。热稳定剂：光稳定剂：抗氧化剂：2.添加剂二、塑料的成分1.1塑料的组成及特点23四月202312⑷

润滑剂

为防止塑料在成型过程中粘模，减少塑料对模具的摩擦，改善塑料的流动性，提高塑件表面的光泽度而加入的添加剂。2.添加剂二、塑料的成分1.1塑料的组成及特点23四月202313⑸

着色剂

起装饰美观的作用，某些着色剂还能提高塑料的光稳定性、热稳定性和耐候性。分类颜料染料有机颜料无机颜料2.添加剂二、塑料的成分1.1塑料的组成及特点23四月202314⑸

着色剂特点：无机颜料：着色能力、透明性、鲜艳性较差，但耐光型、耐热性、化学稳定性较好，不易褪色。染料：色彩鲜艳、颜色齐全，着色能力、透明性好。性能与无机颜料相反。2.添加剂二、塑料的成分1.1塑料的组成及特点23四月202315⑸

着色剂有机颜料的特性介于无机颜料和染料之间。在塑料工业中着色剂多采用颜料。还有阻燃剂、抗静电剂、发泡剂、防腐剂和加工助剂等

并非每种塑料都要加入全部的添加剂，根据塑料品种和需求有选择性的加入某些添加剂2.添加剂二、塑料的成分1.1塑料的组成及特点23四月202316

——在受热或其它条件下能固化成不熔不溶性物质的塑料，其分子结构最终为体型结构。（变化过程不可逆）三、塑料的分类1．按塑料的物理化学性能（塑料加热时的工艺性能）

——

指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料，其分子结构是线型或支链型结构。(变化过程可逆)热塑性塑料热固性塑料1.1塑料的组成及特点23四月202317——一般指具有特种功能（如耐热、自润滑等）应用于特殊要求的塑料。——一般指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。——一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。2．按塑料的用途（应用范围）分：特种塑料工程塑料通用塑料三、塑料的分类1.1塑料的组成及特点23四月202318四、塑料的特性1.密度小、质量轻2.比强度和比刚度高3.化学稳定性好4.电绝缘性能好5.耐磨性和自润滑性能好6.隔音、隔热和减振性能好7.卓越的成型性能8.尺寸精度低、力学强度低、耐热性差1.1塑料的组成及特点23四月202319思考与练习：1.塑料的概念，塑料与树脂的关系？2.塑料的成分有哪些，各自作用如何？3.塑料按物理化学性质可分为几种？4.热塑性塑料和热固性塑料的主要区别？5.塑料按性能及用途分可分为？1.1塑料的组成及特点23四月2023201.密度小、质量轻

塑料的密度在0.83～2.2g/cm3范围内，大多数在1.0～1.4g/cm3左右，约是钢铁的1/8～1/4、铜的1/6、铝的1/2左右。在众多材料中，塑料的密度只比木材的密度（0.28～0.98g/cm3）稍高一些。有些泡沫塑料的密度仅有0.1～0.2g/cm3，尤其高发泡塑料，它的密度甚至比0.1g/cm3还要低许多。

质轻是塑料的第一大特点。23四月2023212.比强度和比刚度高

比强度是指按单位体积质量计算的材料强度，即材料的强度与其密度之比；比刚度是指材料的弹性模量与其密度的比值。

塑料的强度、刚度虽然不如金属，但因其密度小，在各种材料中具有较高的比强度和比刚度，有些增强塑料的比强度和比刚度甚至接近或超过金属。对一些既要求重量轻又要强度高的中、低载荷使用条件的制件，塑料是最合适的材料。在汽车工业中，塑料结构件的使用量已达到6%以上，小轿车中塑料质量约占整车质量1/10。在飞机、轮船、航天工具、人造卫星和导弹上，使用塑料减重的意义更大，目前宇宙飞船中塑料体积占飞船总体积的1/2。

23四月2023223.化学稳定性好

塑料具有很高的耐腐蚀能力，有些塑料不仅能耐受潮湿空气的影响，而且也能耐受酸、碱、盐、气体和蒸汽的化学腐蚀作用，优用金属和木材，仅次于玻璃和陶瓷。一些化工管道、容器都用耐腐蚀塑料（如聚四氟乙烯）制造。23四月2023234.电绝缘性能好

塑料的导电率很低，一般均为绝缘材料，许多塑料对火具有自熄性，塑料优异的电气绝缘性能和极低的介电损耗性能可与陶瓷、橡胶相媲美。除用做绝缘材料，现在又用来制作半导体塑料、导电导磁塑料，被广泛应用于电机、电器及电子工业等行业中。23四月2023245.耐磨性和自润滑性能好

钢与塑料的摩擦因数一般均在0.1以下。由于塑料具有摩擦系数小、耐磨性高、自润滑性好的特点，并具有一定的力学性能，因此常用来制造无法润滑工况下的轴承、齿轮等传动件，如电子设备的传动机构和摩擦机构等。聚酰胺、聚甲醛、超高分子量聚乙烯和聚酰亚胺等都有良好的自润滑性。为防污染，如食品、纺织和医药等机构的结构零件摩擦接触部位禁用润滑剂，上述问题用自润滑性塑料制造运动型结构零件都能解决。23四月2023256.隔音、隔热和减振性能好

软质塑料和硬质泡沫塑料，具有优良的隔音、隔热和减振性能。在隔音材料中最常用的是聚苯乙烯泡沫塑料。在隔热材料中，常用硬质聚氨酯、聚乙烯、聚苯乙烯和脲醛等泡沫塑料。酚醛、有机硅树脂等热固性硬质泡沫塑料的强度较高，可用于超音速飞机及火箭中的雷达罩和隔热夹心结构材料。在减振材料中，软质聚氨酯、聚乙烯和聚苯乙烯泡沫塑料最为常用，其中软质聚氨酯泡沫塑料常用于体育器材，而聚乙烯和聚苯乙烯泡沫塑料常用于减振包装。

23四月2023267.卓越的成型性能

塑料的成型性能优于金属、陶瓷及其他材料，其具有成型方法多、成型设备简单、成型加工周期短、效率高和成本低廉等特点。与金属制件加工相比，加工工序少、加工过程中的边角废料多数可以回收再用。再以单位体积计算，生产塑件的费用仅为有色金属的1/10。因此，塑件的总体经济效益显著。

23四月2023278.尺寸精度低、力学强度低、耐热性差塑料在成型时的收缩特性对塑件的尺寸精度和外观变形有一定的影响，因此塑件的精度不高。与一般工程材料相比，塑料的力学强度较低。塑料耐热性差，强度随温度升高下降较快，塑料的最高使用温度一般不超过400℃，而且大多数在100～260℃范围内。如果工作环境温度短期内超过400℃甚至达到500℃，并且负荷不太大时，有些耐高温塑料可以短时使用。如碳纤维、石墨或玻璃纤维增强的酚醛等热固性塑料，虽然长期耐热温度不到200℃，但其瞬间可耐上千度高温，可做耐烧融的材料，用于导弹外壳及宇宙飞船面层材料。塑料在低温下易开裂。“蠕变”现象。老化现象。28一、热塑性塑料的成型工艺性能23四月20231.2塑料成型工艺性能1.收缩性2.流动性3.结晶性8.塑料状态与加工性5.吸湿性4.热敏性及水敏性

7.相容性6.应力开裂及熔体破裂

29一、热塑性塑料的成型工艺性能1.收缩性（研究成型性能和结构工艺特性的重要参数）

塑件从塑模中取出冷却到室温后，塑件的各部分尺寸都比原来在塑模中的尺寸有所缩小，这种性能称为收缩性。23四月20231.2塑料成型工艺性能301.2塑料成型工艺性能一、热塑性塑料的成型工艺性能1.收缩性

塑件从热的模具上取出并冷却到室温后，其尺寸和体积将发生变化--收缩，由于收缩不仅是树脂本身的热胀冷缩，而且还与各种成型因素有关，故成型后塑件的收缩称为

成型收缩。23四月2023成型收缩的形式：⑴线尺寸收缩⑵收缩方向性⑶后收缩⑷后处理收缩31影响收缩的基本因素：⑴塑料品种⑵塑件的结构特性⑶模具结构⑷成型工艺条件23四月20231.2塑料成型工艺性能一、热塑性塑料的成型工艺性能1.收缩性32收缩率的计算：塑件的成型收缩值可用以下公式表示。──实际收缩率（%）──计算收缩率（%）a──塑件或模具在成型温度时的单向尺寸（mm）b——塑件在室温下的单向尺寸（mm）c——模具在室温下的单向尺寸（mm）23四月20231.2塑料成型工艺性能一、热塑性塑料的成型工艺性能1.收缩性332.流动性（可挤压性/可模塑性）

塑料在一定温度与压力下填充型腔的能力称为流动性。流动性好、流动性中等、流动性差常用塑料根据它的流动性可分为三类：23四月20231.2塑料成型工艺性能一、热塑性塑料的成型工艺性能342.流动性23四月20231.2塑料成型工艺性能一、热塑性塑料的成型工艺性能分子量小，分子量分布宽，分子结构规整性差，熔融指数高、螺流动长度长、表观粘度小，流动比大的塑料流动性就好。MI（g/10min）35

凡促使熔融料降低温度，增加流动性阻力的则流动性就降低。影响流动性的主要因素：模具结构压力

温度

料温高则流动性增大，但不同塑料也各有差异。

注塑压力增大则熔融料受剪切作用大，流动性也增大。23四月20232.流动性1.2塑料成型工艺性能一、热塑性塑料的成型工艺性能36

所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝时，分子由独立移动，完全处于无次序状态，变成分子停止自由运动，按略微固定的位置，并有一个使分子排列成为正规模型的倾向的一种现象。结晶型塑料

非结晶型（又称无定形）塑料

无定形料为透明（如有机玻璃等）

一般结晶性塑料为不透明或半透明

例外：聚(4)甲基戍烯为结晶型塑料却有高透明性ABS为无定形塑料但却并不透明23四月20233.结晶性1.2塑料成型工艺性能一、热塑性塑料的成型工艺性能37

结晶型塑料在模具设计及选择注塑机时的要求及注意事项:冷凝时放出热量大，要充分冷却。料温上升到成形温度所需的热量多，要用塑化能力大的设备。23四月20233.结晶性1.2塑料成型工艺性能一、热塑性塑料的成型工艺性能38——有的塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分，在高温、高压下也会发生分解，这种性能称为水敏性。

——对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截面过小，剪切作用大时，料温增高易出现变色、降解、分解的倾向。这种性能称为热敏性。4.热敏性及水敏性热敏性水敏性23四月20231.2塑料成型工艺性能一、热塑性塑料的成型工艺性能395.吸湿性

吸湿性据此，塑料大致可分为以下两种：

不吸水也不易粘附水分吸湿、粘附水分聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚砜聚乙烯、聚丙烯——塑料对水分的亲疏程度23四月20231.2塑料成型工艺性能一、热塑性塑料的成型工艺性能40——是指当一定融熔指数的聚合物熔体，在恒温下通过喷嘴孔时当流速超过某一数值时，熔体表面即发生横向裂纹，这种现象被称为熔体破裂。——是指有些塑料对应力比较敏感，成型时容易产生内应力，质脆易裂，当塑件在外力作用下或在溶剂作用下即发生开裂的现象，被称为应力开裂。应力开裂6.应力开裂及熔体破裂熔体破裂23四月20231.2塑料成型工艺性能一、热塑性塑料的成型工艺性能41——指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。7.相容性(共混性)相容性8.塑料状态与加工性线型非结晶聚合物线型结晶聚合物23四月20231.2塑料成型工艺性能一、热塑性塑料的成型工艺性能4223四月20234323四月20231.2塑料成型工艺性能一、热固性塑料的成型工艺性能1.收缩性2.流动性3.比容及压缩率4.固化（硬化）特性5.水分及挥发物含量44

热固性塑料收缩的表现形式、影响因素和计算方法与热塑性塑料基本相同。1.收缩性

热固性塑料流动性通常以拉西格法值（以毫米计）来表示，数值大则流动性好。2.流动性23四月20231.2塑料成型工艺性能一、热固性塑料的成型工艺性能4523四月202346

每一品种塑料通常分三个不同等级的流动性：2.流动性拉西格流动值为100-130mm：适用于压制无嵌件、形状简单、厚度一般的塑件拉西格流动值为131-150mm：用于压制中等复杂程度的塑件拉西格流动值为151-180mm：用于压制结构复杂、型腔很深、嵌件较多的薄壁塑件或用于压注成型23四月20231.2塑料成型工艺性能一、热固性塑料的成型工艺性能47影响流动性的因素：⑴塑料品种

⑵模具结构

⑶成型工艺

一般树脂分子量小,填料颗粒细且呈球状,水、增塑剂、润滑剂含量高的，流动性大。

模具成型表面光滑、型腔形状简单，有利于改善流动性。

采用预压锭及先预热，提高成型压力，提高成型温度（在低于塑料硬化温度的条件下）等都能提高塑料的流动性。23四月20232.流动性1.2