塑料材料及其成型工艺性能

07.05.20231

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07.05.20232

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07.05.20233

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07.05.20234

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07.05.20235

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07.05.20236

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07.05.20237

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07.05.20238

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07.05.20239

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07.05.202310

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07.05.202311

1.1.4塑料的性能密度小(重量轻，塑料比重0.9~2，铝2.7，铁7.8)。比强度(b/ρ)和比刚度(E/ρ)高。化学稳定性好。电气性能优良。减摩、耐磨和自润滑性好。成型和着色性能好。多种防护性能：除防腐外，塑料还具有防水、防潮、防透气、防振、防辐射等。耐热性差、受载荷易蠕变、老化现象。1.1塑料材料07.05.202312

1.1.5塑料的可加工性1.1.5.1热塑性塑料的温度力学状态及成型加工的关系Ⅰ—非结晶Ⅱ—结晶型

Tg-玻璃化温度Tm-结晶型熔点Tf-非晶型流动温度Td-分解温度

1.1塑料材料07.05.202313图1-3热固性塑料的状态与温度的关系

1.1.5.2热固性塑料的状态与温度的关系1.1塑料材料07.05.202314

当温度和压力变更时，黏流态的塑料表观黏度会相应地发生变化，这称为塑料的流变性。1.2.1牛顿型流体流体在平直圆管内受切应力而发生的流动形式有层流和湍流两种。层流：被看着一层层彼此相邻且平行的薄层流体沿外力作用方向进行的相对滑移，而且各层之间无相互影响。湍流：流体各点的速度大小与方向都随时间而变化，且流体内相互干扰严重。1.2塑料的流变性07.05.202315D:管道直径；V:流体的平均速度；ρ:流体的密度；η:流体剪切粘度。Re<2100~4000时为层流，Re>4000时为湍流。塑料在成型加工过程中的流动基本上属于层流。

层流与湍流的区分以雷诺数（Re）为准，1.2塑料的流变性07.05.202316牛顿流动定律：在一定温度下，当剪切力τ作用于两个相距为dr的液体平行层面并以相对速度dv移动时，则剪切力τ与剪切速率dv/dr(也称速度梯度）之间呈下列直线关系：其中：η为牛顿黏度，单位:Pa·s(N·s/m2)。符合上式的流体都称为牛顿型流体。液体流动时不服从上式规律的均称为非牛顿体。1.2塑料的流变性07.05.202317

非牛顿型流体原则上包括黏性流体、黏弹性流体及时间依赖性流体。可以将非牛顿型流体当作黏性流体看待，黏性流体又分为：宾哈流体膨胀性流体假塑性流体。

非牛顿流体“黏度”称为非牛顿黏度或称表观黏度（1-2）1.2塑料的流变性07.05.202318

图1-4不同类型流体的流动曲线图1-5不同类型流体表观黏度与剪切速率的关系1.2塑料的流变性07.05.202319

图1-6温度对表观黏度的影响1.2塑料的流变性07.05.202320

1.3.1流动性

定义：在成型过程中，塑料熔体在一定的温度与压力作用下充填型腔的能力。

实质：实质是由于分子间产生相互滑移，而熔体分子间的滑移又是通过分子链段运动来实现的,取决于分子组成、相对分子质量大小及其结构。

影响：塑料的流动性差时→缺料。熔体流动性太好→溢料。1.3塑料成型工艺性能28.0董4.20雨2321热塑性塑此料熔融指晌数(MI)单位:g/1孙0min1—热电偶2—料筒3—出料孔4—保温层5—加热棒6—柱塞7—重锤（递加柱塞恳共重216养0g）图1-7熔融流动厦指数测定划法热塑性衡塑料的颜流动性内的测量炼方法1：1.3塑料成型处工艺性能28.陈04.牙202芽3221.每转一周可半径增大12.脚5mm2.槽断面逃是半圆参形，直夺径为4.9m露m3.螺旋线槽发总长为192仔5mm。4.将塑料熔测体一定压今力温度注基射入螺旋庄形槽中央值，制成蚊驳香形状的剪试品，测到定其螺旋屯线的总长输度。螺旋线锡流动试行验法模阔具流道磨示意图热塑性塑吹料的流动射性的测量贞方法2：1.3塑料成肿型工艺勾性能Visc惊osit委y黏(滞)度28.0所4.20告2323热塑性塑预料的流动揪性分为三江类：流动性好稿的：PE、PP、PS、醋酸纤螺维等；流动性艳中等的颈：改性聚苯桃乙烯、ABS、AS、有机玻栏璃、POM、氯化聚闷醚等；流动性差虚的：PC、硬聚氯古乙烯、聚虑苯醚、聚恨砜、氟塑贴料。1.3塑料成踪蝶型工艺毅性能28.0值4.20刑2324①称取7.5瓦g塑料粉替，20℃±泛5℃温度下并瓶以50M低Pa的压力耀下在内畅径为28mm的模子内莲预压成圆嫌锭。②模具栗温度150鲜℃±迁5℃,并保温5min；③将圆扎锭放入脆拉西格化模的加忧料室，下并在20s左右将昼压模增疾至30M幸Pa，保压3min；④长度即证为其流动蚁值。图1-8拉西格豆流动性喷测定模热固性滋塑料的驳流动性容的测量垦方法：1.3塑料成型钻工艺性能28.旺04.等202甜3251.3扛.2收缩性造成成型煎收缩的原活因：热胀冷缩因弹性很回复造磨成的收秩缩结晶收缩定向收缩影响收缩男率变化的培因素：塑料品种塑件特秤征模具结构成型工艺条参数1.3塑料成型念工艺性能28.0高4.20扭23261）收缩产率计算S实=（a-b）/b赶S计=c-b谣/c（1-5）S实——实际收僵缩率（%)；S计——计算收缩哨率（%)；a——塑件在膨成型温侄度时的攻单向尺吩寸（mm)书b——塑件在承常温下讽的单向伐尺寸（mm)c——模具型腔处在常温下协的单向尺申寸（mm)1.3塑料成妨型工艺旱性能28.0年4.20慌23271.3.兵3结晶性热塑性塑增料按其冷难却时是否舱出现结晶忍现象可将路其分为结扎晶型与非千结晶型（逝或称无定竿型）。结晶型塑进料是不透蔬明的或半齐透明的，浆而非结晶专型塑料是欺透明的（巴少数例外卵）。结晶度纱对制品陈质量的罢影响：结晶度旨大的塑倚件密度虎大，强怀度、硬愚度高，军刚度、柿耐磨性航好，耐灯化学性玩和电性摸能好。结晶度编小的塑优料，柔啦软性、戴透明性当较好，税伸长率佩和冲击嗽韧度较绿大。1.3塑料成予型工艺筒性能28.0跌4.20释2328宜采用中等冷却穷速度，即将丧模具温搭度控制滴在Tg与Tvma观x之间。保证晶开体生长良购好，结晶散完整且生钟产周期短骨。图1-9结晶速梯度与温晶度的关唉系影响结晶蓬的因素：冷却速度课：1.3塑料成姨型工艺闹性能28.你04.旬202袭3291.3.哀4热敏性及朗吸湿性热敏性横：塑料对贯温度的拢敏感性敬，高温绍下发生棋变色、窗分解的矮倾向性滑。热敏性涛塑料：咳硬聚氯骂乙烯、着聚偏氯倚乙烯、煤氯乙烯况和醋酸夹乙烯共饿聚物（EVA）、聚框甲醛、蕉聚三氟杠氯乙烯脾等。吸湿性勾：是指塑料眠对水分的育亲疏程度篮。吸湿性怖的大小取客决于聚合萌物组成及萝分子结构甘。例如：PA、PC、ABS、PS等，在柿其分子习链中由道于含有遮极性基亮团，对澡水有吸哲附能力毕，故属累于吸湿蜂倾向大岁的塑料1.3塑料成酬型工艺叠性能28.葵04.请202晃3301.3.顶5聚合物降运解与定向聚合物专降解：聚合物分蔽子在受到攻热、应力弓、微量水茅、酸、碱驼等杂质以淋及空气中都的氧作用群，导致聚蛮合物链断音裂、分子幕变小、相蜓对分子质胃量降低的待现象称为湖聚合物降烛解（也称奏裂解）。聚合物降饰解的影响重：轻度降解陈会使聚合卧物变色；狠进一步降股解会使聚秆合物分解隶出低分子俘物质，使蜂制品出现快气泡和流县纹弊病，柔削弱制品就各