塑料成型工艺学课程

第一章绪论

内容简介

1、塑料发展历史；

2、塑料的应用；

3、塑料成型加工的方法；

4、本课程学习要求。

本章重点

1.1塑料制品生产的组成

一、塑料工业包含塑料原料的生产和塑料制品生产。

一

合

polyaorization

H~~」聚合反应I成

树成型材料

脂或塑料

monomer

resin।

-------------------------------

罂料生产-----------成型材制品生产

料准备

二、塑料制品的生产是一种复杂的过程，它主要由原料准备、成型、

机械加工、修饰和装配等过程组成。

成型是将各种形态的塑料（粉料、粒料、溶液或分散体）制成所需形

样的制品或坯件的过程，在整个过程中最为重要，是一切塑料制品或型

材生产的必经过程。成型的种类很多，如各种模塑、层压以及压延等。

其它过程，通常都是根据制品的要求来取舍的，也就是说，不是每种制

品都须完整地经过这些过程。机械加工是指在成型后的工件上钻眼、切

螺纹、车削或铳削等，用来完成成型过程所不能完成或完成得不够准确

的一些工作。修饰主要是为美化塑料制品的表面或外观。装配是将各个

已经完成的部件连接或配套使其成为一个完整制品的过程。后三种过程

有时统称为二次加工或后加工。对比来说，二次加工过程常居于次要地

位。

在成型方法中，有压缩模塑、挤出模塑、注射模塑、传递模

塑、吹塑、热成型等三十多种塑料成型方法。

1.2塑料制品的应用

一、塑料发展的历史

塑料成型工业自1872年开始到现在已度过仿制、扩展和变革的时

期。塑料最初品种不多、对它们的本质理解不足，在塑料制品生产技术

上，只能从塑料与某些材料如橡胶、木材、金属和陶瓷等制品的生产有

若干相似之处而进行仿制。此后在本世纪的20年代，塑料品种渐多，

在生产技术和方法上都有显著的改进。50年代以来，由于各项尖端科学

技术以及工业、农业等发展的需要，对制品数量、结构、尺寸和准确程

度上也提出了更高的要求。通过对新型塑料和制品生产上进行创新变

革。至今，塑料制品的数量和应用种类都有了显著的增长，塑料制品的

生产已成为一个重要的生产部门。

二、塑料制品应用的主要领域

1、农业、渔业：塑料在农业方面常用的材料有薄膜、管道、片板、

绳索和编织袋等。塑料温室，农作物、肥料和药物等的包装，农田水利

工程多选用塑料管，农舍建筑、畜牧保护、农业机械及器具、鱼网、养

殖浮漂等。

2、包装：塑料作为一种新型包装材料，在包装领域中已获得广泛应

用.例如各种中空容器、注塑容器（周转箱、集装箱、桶等）.包装膜、

编织袋、泡沫塑料、捆扎绳和打包带等。

3、交通运输：汽车、火车、轮船等交通工具及相应的附属设施所用

的塑料，按每辆或每艘计，逐年增加。品种有：燃油箱、保险杠、遮阳

板、车座、门把手、方向盘、仪表板等。

4、电气工业：电线、电缆、绝缘体、家用电器、计算机及各种通讯

设备等。

5、化学工业：塑料耐腐蚀性使塑料化工设备方面得以广泛应用，如制

作塔器、贮槽、贮罐、反应器、电镀电解槽、热交换器、烟囱、管道、

阀门、泵、衬里等

6、仪器仪表：制造各种部件

7、建筑工业：给水管系统，排水管系统，雨水管、槽系统，电气护套

管系统，热收缩管系统，塑料门窗系统，板材，壁纸，地板卷材，地板

毡，披叠板系统，平托盘，发泡与实芯硬PVC多种异型材，防水材料，

堵水材料，装饰装修材料，建筑涂料，外加剂，粘接剂，卫生洁具，家

具等等。

8、航空工业：飞机用各种增强塑料作结构和覆面材料，常规武器中各

种零部件。

9、国防和尖端工业：各种烧蚀材料、耐腐材料、增强材料等。

10、家具：家用、机关、工厂、学校和公共场所用家具。

11、体育用具：各种健身用品。

12、日用品：在人们的日常生活中，塑料的应用更广泛，如市场上销

售的塑料凉鞋、拖鞋、雨衣、手提包、儿童玩具、牙刷、肥皂盒、热水

瓶壳等等。目前在各种家用电器，如电视机、收录机、电风扇、洗衣机、

电冰箱等方面也获得了广泛的应用。塑料作为一种新型包装材料，在包

装领域中已获得广泛应用，例如各种中空容器、注塑容器（周转箱、集

装箱、桶等），包装薄膜，编织袋、瓦楞箱、泡沫塑料、捆扎绳和打包

带等。

13、医疗：医用高分子分人工脏器、修复人体缺陷和制作医疗器械三

大类。如人工血管、心脏瓣膜、食道、气管等；人工耳朵、人工皮肤、

人工关节等；输液器、输血袋、注射器、插管、检验用品、病人用具、

手术室用品等

1.3本课程学习的主要内容和要求

一、学习重点

本课程学习的重点章节是第二章、第五章和第六章。第二章塑料成

型的理论基础，是指导制品生产的理论依据；第五章挤出成型和第六章

注射成型是最重要的塑料成型方法，绝大多数塑料制品都是用这两种方

法成型的。其次是第三章、第四章、第七章、第九章、第十一章、第十

三章，第三章成型用的物料及其配制，涉及的是原料的配制；压缩模塑、

中空吹塑、泡沫塑料成型、压延成型和热成型也是常见的成型加工方法。

其它成型方法比较少见，对其成型加工主要是了解工艺流程。

二、学习要求

在密切结合工艺过程的前提下尽可能地结每种工艺所依据的原理、

生产控制因素以及在工艺过程中塑料所发生的物理与化学变化和它们

对制品性能的影响具有清晰的概念，并进一步理解各种成型工艺所能适

应的塑料品种及其优缺点。

三、实践教学

塑料成型工艺是一门实践性很强的课程，除了课堂教学外，还需在

实验、实训中联系生产实际去理解和掌握，有些实际操作还需在实践中

逐步熟悉和掌握，这样学到的知识才能灵活运用，实际动手能力才能提

高。

第二章塑料成型的理论基础

内容简介

本章介绍了塑料发展历史、塑料的应用、塑料成型加工的方法，

对本课程的学习提出了具体要求。

本章重点

2.1聚合物的流变行为；

2.3聚合物的结晶；

2.4成型过程中的定向作用；

学习目标

1、掌握聚合物流体流变行为的类型和特点。

2、掌握影响流动的因素。

3、了解聚合物的弹性行为和不稳定流动。

2.1聚合物的流变行为

本节内容包括以下三部分：

2.1.1流动规律

2.1.2流动的影响因素

2.1.3流动中的弹性行为

2.1.1流动规律

大多数成型过程中都要求聚合物处于粘流状态（塑化状态），因为在这种

状态下聚合物不仅易于流动，而且易于变形，这给它的输送和成型都带

来极大的方便。为使塑料在成型过程中易于流动和变形，并不限定用粘

流态的聚合物（聚合物熔体），采用聚合物的溶液或分散体（悬浮液）等也

是可以的，熔体和分散体都属于液体的范畴。

液体的流动和变形都是在受有应力的情况下得以实现的。重要的应

力有剪切、拉伸和压缩应力三种。三种应力中，剪切应力对塑料的成型

最为重要，因为成型时聚合物熔体或分散体在设备和模具中流动的压力

降、所需功率以及制品的质量等都受到它的制约。拉伸应力在塑料成型

中也较重要，经常是与剪切应力共同出现的，例如吹塑中型坯的引伸，

吹塑薄膜时泡管的膨胀，塑料熔体在锥形流道内的流动以及单丝的生产

等等。压缩应力一般不是很重要，可以忽略不计。但这种应力对聚合物

的其它性能却有一定的影响，例如熔体的粘度等，所以在某些情况下应

给予考虑。

流体在平直管内受剪切应力而引发的流动形式有层流和湍流两种，

聚合物流体由于粘度较大属于层流。聚合物流体根据其流动特点可以分

为以下儿类：

1、牛顿流体：剪切应力与剪切速率呈直线关系，粘度依赖于流体

的分子结构和其它外界条件，与剪切应力和剪切速率的变化无关。事实

上，真正属于流体的只是低分子化合物的液体或溶液，聚合物熔体除聚

碳酸酯和偏二氯乙烯一氯乙烯共聚物少数儿种与牛顿液体相近以外，绝

大数都只能在剪切应力很小或很大时表现为牛顿流体。

2、宾汉流体：这种流体与牛顿流体相同的是，其剪切应力和剪切

速率的关系表现为直线，不同的是它的流动只有当剪切应力高至于一定

值Ty后才发生塑性流动。宾汉流体所以有这种形为，是因为流体在静

止时形成了凝胶结构，外力超过Ty时这种三维结构即受以破坏。牙膏、

油漆、润滑脂、钻井用的泥浆、下水污泥、聚合物在良溶剂中的浓溶液

和凝胶性糊塑料等属于或接近于宾哈流体。

3、假塑性流体：这种流体是非牛顿流体中最为普通的一种，它所

表现的流动曲线是非直线的。流体的表观粘度随剪切应力的增加而降

低。多数聚合物的熔体，也是塑料成型中处理最多的一类物料，以及所

有聚合物在良溶剂中的溶液，其流动行为都具有假塑性流体的特征。

典型的聚合物熔体流动曲线

假塑性流体的粘度随剪切应力或剪切速率的增加而下降的原因与

流体分子的结构有关。对聚合物溶液来说，当它承受应力时，原来由溶

剂化作用而被封闭在粒子或大分子盘绕空穴内的小分子就会被挤出，这

样，粒子或盘绕大分子的有效直径即随应力的增加而相应地缩小，从而

使流体粘度下降。因为粘度大小与粒子或大分子的平均大小成正比，但

不一定是线性关系。对聚合物熔体来说，造成粘度下降的原因在于其中

大分子彼此之间的缠结。当缠结的大分子承受应力时，其缠结点就会被

解开，同时还沿着流动的方向规则排列，因此就降低了粘度。缠结点被

解开和大分子规则排列的程度是随应力的增加而加大的。显然，这种大

分子缠结的学说，也可用以说明聚合物熔体粘度随剪切应力增加而降低

的原因。

几种热塑性塑料的表观粘度与剪切应力关系

A低密度聚乙烯(170℃)；B一乙丙共聚物(230℃)；C一聚甲基丙烯

酸甲酯(230℃；

D一甲醛共聚物(200℃)；E一尼龙一66(285℃)

4、膨胀性流体：这种流体的流动曲线也不是直线，与假塑性流体

不同的是它的表观粘度会随剪切应力的增加而上升。属于这一类型的流

体大多数是固体含量高的悬浮液，处于较高剪切速率下的聚氯乙烯糊塑

料的流动行为就很接近这种流体。膨胀性流体所以有这样的流动行为，

多数的解释是：当悬浮液处于静态时，体系中由固体粒子构成的空隙最

小，其中流体只能勉强充满这些空间。当施加于这一体系的剪切应力不

大时，也就是剪切速率较小时,流体就可以在移动的固体粒子间充当润

滑剂，因此，表观粘度不高。但当剪切速率逐渐增高时，固体粒子的紧

密堆砌就次第被破坏，整个体系就显得有些膨胀。此时流体不再能充满

所有的空隙，润滑作用因而受到限制，表观粘度就随着剪切速率的增长

而增大。

流动

流动规律符合的流体备注

类型

牛顿T-rj'Y

PC和PVDC接近低分子多为此类

流体（n为常数）

丁一丁y="/

宾汉凝胶糊、良溶剂的在剪切力增大到一定值

（Ty和n为常

流体浓溶液后才能流动。

数）

假塑

T=K•/…大多数聚合物熔剪切增加，粘度下降。

性流

n<l体、溶液、糊原因为分子“解缠”

体

膨胀r=K-y…

高固体含量的糊剪切增加，粘度升高。

性流n>l

剪切速率力s-t)

聚合物不同类型的流动曲线

2.1.2流动的影响因素

聚合物熔体粘度的大小直接影响塑料成型过程的难易。例如在注射

成型过程中，如果粘度过大，就要求有较高的注射压力，制品的大小受

到限制，而且制品还容易出现缺陷；如果粘度过小，溢模现象严重，产

品质量也不容易保证。在挤出、压延和其它成型工艺中，也同样要求聚

合物有适宜的熔体粘度，粘度太大或太小都会给成型带来困难。根据上

述影响熔体粘度的各种因素的分析，可按不同的聚合物选择适当的工艺

条件，使熔体粘度达到成型操作的要求。

(―)外界因素:

1、温度

升高温度可使聚合物大分子的热运动和分子间的距离增大，从而

降低熔体粘度。式中n为流体在re时的剪切粘度,

n0为某一基准温度T0℃时的剪切粘度，e为自然对数的底，a

为常数。从实验知，在温度范围不大于50℃时，对大多数流体来说

都是常数，超出此范围则误差较大。

儿种热塑性塑料的表观粘度与剪切应力的关系

意义：可以通过调节温度来改变高分子的加工性。从表中可知：聚

合物分子链刚性越大和分子间的引力越大时，表观粘度对温度的敏感性

也越大。表观粘度对温度的敏感性一般比它对剪切应力或剪切速率要强

些。在成型操作中，对一种表观粘度随温度变化不大的聚合物来说，仅

凭增加温度来增加其流动性是不适合的，因为温度即使升幅很大，其表

观粘度却降低有限(如聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛等)。另一方面，大

幅度地增加温度很可能使它发生热降解，从而降低制品质量，此外成型

设备等的损耗也较大，并且会恶化工作条件。相对而言。在成型中利用

升温来降低聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚酰胺一66等聚合物熔体

的粘度是可行的，因为升温不多即可使其表观粘度下降较多。

温敏性塑料：温度升高粘度下降明显的塑料，主要品种有PC、PMMA

等分子链刚性较大的聚合物。

2、剪切T=K•夕…

意义：可以通过调节剪切应力或剪切速率来改变流动性。但注意如

果聚合物的熔体粘度对剪切作用很敏感，在操作中就必须严格控制螺杆

的转速或压力不变，否则剪切速率的微小变化都会引起粘度的显著改

变，致使制品出现表面不良，充模不均，密度不匀或其它弊病。

剪敏性塑料：剪切速率或剪切应力升高粘度明显下降的塑料，主要

品种有PEPPPS等分子链柔性较大的聚合物。

3、压力

一般低分子的压缩性不很大，压力增加对其粘度的影响不大。但是,

聚合物由于具有长链结构和分子链内旋转，产生空洞较多，所以在加工

温度下的压缩性比普通流体大得多。聚合物在高压下（注射成型时受

压达35〜300MPa）体积收缩较大，分子间作用力增大，粘度增大，

有些甚至会增加十倍以上，从而影响了流动性。

聚合物结构不同对压力的敏感性不同。一般情况下带有体积庞大的

苯基的聚合物，分子量较在、密度较低者其粘度受压力的影响较大。但

压力的影响比较复杂，规律并不明显，所以在较低压力下可忽略不计，

压力较在时要具体情况具体对待。

（二）原料的影响

1、分子链的极性：极性越大，粘度越高，流动性越差。

2、分子量：分子量越大，粘度越高，流动性越差。

3、分子量分布：分子量分布宽比分布窄的，剪切速率提高，粘度下降

变化明显。

4、添加剂（刚性添加剂，柔性添加剂）：刚性添加剂提高粘度，柔性

添加剂降低粘度。

2.1.3流动中的弹性行为

聚合物流体在流动过程中，不仅有剪切流动，而且存在拉伸流动。

由于流动中的拉伸力，使聚合物分子产生弹性变形，这种弹性变形不能

很快恢复，有一定的滞后时间。弹性形变恢复时会产生以下儿种弹性行

为。

1、挤出胀大

聚合物分子在流动中受到拉伸力的作用，弹性变形受到粘性阻滞,

出口模后才能恢复，对制品的外观、尺寸，对产量和质量都有影响。增

加管子或口模平直部分的长度（即增加口模的长径比），适当降低成型

时的压力和提高成型温度，采用强制定型装置，并对挤出物加以适当速

度的牵引或拉伸等，均有利于减小或消除弹性变形带来的影响。

挤出机

2、“鲨鱼皮症”

“鲨鱼皮症”是发生在挤出物表而上的一种缺陷。这种缺陷可

自挤出物表面发生闷光起，变至表面呈现与流动方向垂直的许多具有规

则和相当间距的细微棱脊为止。其起因有认为是挤出口模对挤出物表面

所产生的周期性张力，也有认为是口模对熔体发生时粘时滑的作用所带

来的结果。根据研究得知：①这种症状不依赖于口模的进口角或直径，

而且只能在挤出物的线速度达到临界值时才出现；②这种症状在聚合物

相对分子质量低、相对分子质量分布宽，挤出温度高和挤出速率低时不

容易出现；③提高E1模末端的温度有利于减少这种症状，但与口模的

光滑程度和模具的材料关系不大。

^颠

7

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7

^

-^

稳定流动与不稳定流动的速度分布

3、熔体破碎

塑料的挤出或注射成列中常看到这样一种现象，在较低的剪切速

率范围内，挤出物的表而光滑，形状均匀.但当剪切速率过大超过一定

极限值时，从模口出来的挤以物，其表面变得粗糙、失去光泽、粗细不

匀和弯曲，这种现象被称为“鲨鱼皮症”。此时如再增大剪切速率，挤

出物会成为波浪形、竹节形或周期件螺旋形，在极端严重的情况下，会

断裂。这种现象称为“熔体破裂”。我们把以上出现的情况都称为不稳

定流动。目前对“熔体破裂”的解释是，在流动中，中心部位的聚合物

受到拉伸，由于它的粘弹性，在流场中产生了可回复的弹性形变。形变

程度随剪切速率的增大而增大。当剪切速率增大到一定程度，弹性形变

到达极限，熔体再不能够承受更大的形变了，于是流线发生周期性断开,

造成“破裂”。另一种解释是“粘一滑机理”，由于熔体与流道壁之间

缺乏粘着力，在某一临界切应力以上时，熔体产生滑动，流线出现不连

续性，使得有不同形变历史的熔体段错落交替地组成挤出物。①熔体

破碎只能在管壁处剪切应力或剪切速率达到临界值后才会发生；②临界

值随着口模的长径比和挤出温度的提高而上升；③对大多数塑料来说，

临界剪切应力约为10s〜10ePao塑料品种和牌号不同，此临界值有

所不同；④临界剪切应力随着聚合物相对分子质量的降低和相对分子质

量分布幅度的增大而上升；⑤熔体破碎与口模光滑程度的关系不大，但

与模具材料的关系较大；⑥如果使口模的进口区流线型化，常可以使临

界剪切速度增大十倍或更多⑦某些聚合物，尤其是高密度聚乙烯，显

示有超流动区，即在剪切速率高出寻常临界值时挤出物并不出现熔体破

碎的现象。因此，这些聚合物采用高速加工是可行的。

BCDEF

l

-Z)

I?J

PAJ，1

.J

2.2聚合物的加热与冷却

学习目标

1、掌握聚合物热扩散系数对其加热和冷却的影响

2、注意结晶性聚合物熔融的特征

2.2聚合物的加热与冷却

i、塑料的热扩散系数远远小于金属、钢材、玻璃等材料，这说明聚合

物热传导的速率很小，冷却和加热都不很容易。

某些材料的热性能

材料Cp/cal(g,C)”k/10-"cal・cm-2・sC1Q/1。"■cm2"s'1

聚酰胺0.405.512

聚乙烯施密度）0.5511.513.5

聚乙烯（低密度）0.558.016

聚丙烯0.463.38

聚苯乙烯0.323.010

聚氯乙烯健）0.245.015

聚氯乙烯徽）0.3~0.53.0—4.08.5~6.0

ABS塑料0.385.011

聚甲基丙烯酸甲酯0.354.511

聚甲醛0355.511

聚碳酸酯0.304.613

聚砌0.36.216

酚甲鳌塑料沐粉埴充）0.355.511

盼甲醛塑料（T物埴充）0.301222

版甲醛塑料0.48.514

密胺塑料0.44.58

醋酸纤维素0.4612

玻璃0.22037

钢材0.111100950

铜0.092100001200

意义：聚合物加热时有一项限制，就是不能将推动传热速率的温差

提得过高，因为聚合物的传热既然不好，则局部温度就可能过高，会引

起降解。聚合物熔体在冷却时也不能使冷却介质与熔体之间温差太大，

否则就会因为冷却过快而使其内部产生内应力。因为聚合物熔体在快速

冷却时，皮层的降温速率远比内层为快，这样就可能使皮层温度已经低

于玻璃化转变温度而内层依然在这一温度之上。此时皮层就成为坚硬的

外壳，弹性模量远远超过内层（大至103倍以上）。当内层获得进

一步冷却时一，必会因为收缩而使其处于拉伸的状态，同时也使皮层受到

应力的作用。这种冷却情况下的聚合物制品，其物理机械性能，如弯曲

强度、拉伸强度等都比应有的数值低。严重时.，制品会出现翘曲变形以

致开裂，成为废品。

2、注意聚合物加热中的外热和内部剪切热的配合，防止局部过热分解。

由于许多聚合物熔体的粘度都很大，因此在成型过程中发生流动

时，会因内摩擦而产生显著的热量。此摩擦热在单位体积的熔体中产生

的速率Q为：

3、结晶性聚合物在熔融时需要大量的热，成型中要注意这一点。

2.3聚合物的结晶

学习目标

1、了解聚合物的结晶过程

2、明确结晶度的概念

3、明确结晶对性能影响

4、注意成型中如何控制结晶

2.3聚合物的结晶

一、聚合物的结晶能力：聚合物分子结构的规整性、分子链节的柔顺

性、分子间的作用力对结晶能力都有影响。常见的结晶性聚合物有：

PE、PP、PA、PVDC、POM、PET等。

二、结晶过程的推测

链束一链带一晶片一单晶一球晶

三、结晶度：由于聚合物结晶的复杂性，所以聚合物不能完全结晶，

存在一定的结晶度。

聚合物结晶度％

LDPE45~74

HDPE65〜95

PP55〜60

PET20〜60

测定聚合物结晶度的常用方法有量热法、X射线衍射法，密度法,

红外光谱法以及核磁共振法等。

四、结晶对性能的影响：

由于结晶作用使大分子链段排列规整，分子间作用力增强，因而

使制品的密度、刚度、拉伸强度、硬度、耐热性、抗溶性、气密性和

耐化学腐蚀性等性能提高，而依赖于链段运动的有关性能，如弹性、

断裂伸长率、冲击强度则有所下降。制品中含一定量的无定形部分，

可增加结晶制品的韧性和力学强度，但能使制品各部分的性能不均

匀，甚至会导致制品翘曲和开裂。结晶度升高耐化学性、熔点也均

有所提高，透明性下降。

晶粒对透明性影响很大，小的球晶，透明性好。

五、成型中影响结晶的因素：

1、冷却速度慢，聚合物的结晶过程接近于等温静态过程，结晶从均

相成核作用开始，在制品中容易形成大的球晶。而大的球晶结构使制

品发脆，力学性能下降，同时冷却速度慢，加大了成型周期，并因冷

却程度不够而易使制品扭曲变形。故大多数成型过程很少采用缓慢的

冷却速度。

冷却速度快，熔体的过冷程度大，骤冷甚至使聚合物来不及结晶

而成为过冷液体的非晶结构，使制品体积松散。而在厚制品内部仍可

形成微晶结构，这样由于内外结晶程度不均匀，会使制品产生内应力。

同时由于制品中的微晶和过冷液体结构不稳定，成型后的继续结晶会

改变制品的形状尺寸和力学性能。

2、塑料在挤出、注射、压延、模压和薄膜拉伸等成型过程中，由于

受到高应力的作用而使聚合物的结晶作用加快。这是因为在应力作用

下聚合物熔体的取向，起到了诱发成核的作用（在拉伸和剪切应力

作用下，大分子沿力方向伸直并排成有序排列，有利于晶核形成和晶

体的生长），使结晶速度增加。熔体的结晶度还随压力的增加而提高,

并且压力能使熔体结晶温度升高。

此外，应力对晶体的结构和形态也有影响。例如在剪切应力或拉

伸应力作用下，塑料熔体中往往生成一长串的纤维状晶体。压力也能

影响球晶的大小和形状，低压下形成的是大而完整的球晶，高压下则

生成小而形状不规则的球晶。

3、在聚合物中加入成核剂可提高结晶度，提高定型速度，减小晶粒

的直径，提高透明度。

4、退火（热处理）的方法能够使结晶聚合物的结晶趋于完善

（结晶度增加），比较不稳定结晶结构转变为稳定的结晶结构，微

小的晶粒转变为较大的晶粒等。退火可明显使晶片厚度增加，熔点提

高，但在某些性能提高的同时又可能导致制品“凹陷”或形成空洞及

变脆。此外退火也有利于大分子的解取向和消除注射成型等过程中制

品的冻结应力。

2.4成型过程中的定向作用

学习目标

1、能够分析制品的流动取向程度及对制品性能影响

2、掌握拉伸取向的影响因素

3、注意拉伸制品的生产原理

2.4成型过程中的定向作用

1、热固性塑料模压制品中纤维状填料的定向

为探讨填料的定向，可用成型扇形（1/4圆形，见图2—25）

片状物为例来说明。实验证明，扇形片状试样切线方向的机械强度总

是大于径线方向，而在切线方向的收缩率又往往小于径向。基于这种

测定和显微分析的结果并结合以上讨论的情况，可推断出填料在模压

过程中的位置变更基本上是按照图示顺次进行的。可以看出，填料排

列的方向主要是顺着流动方向的，碰上阻断力（如模壁等）后，它

的流动就改成与阻断力成垂直的方向。

2、热塑性塑料成型过程中聚合物分子的定向

用热塑性塑料生产制品时，只要在生产过程中存在着熔体流动，

几乎都有聚合物分子定向的问题，不管生产方法如何变化，影响定向

的外界因素以及因定向在制品中造成的后果基本上也是一致的。

图示是长条形注射模塑制品的定向情况。从图可以看出，分子定

向程度从浇口处起顺着料流的方向逐渐增加，达至最大点（偏近浇

口一边）后又逐渐减弱。中心区与邻近表面的一层，其定向程度都

不很高，定向程度较高的区域是在中心两侧次表层一带。以上各区的

定向程度都是根据实际试样用双折射法测量的结果

3、以长条形试样为例分析流动取向度。

聚向程度取决于剪切力大小、作用时间和解取向的程度。（1）分

子定向是流动速度梯度诱导而成的，而这种梯度又是剪应力造成的：

（2）当所加应力已经停止或减弱时，分子定向又会被分子热运动所摧

毁（解取向）。分子定向在各点上的差异应该是这两种对立效应的净

结果。

分析过程：现在就以图2—26所示试样来分析这种情况。当熔

融塑料由料筒通向浇口而向塑模流入时，凡与模壁（模壁温度较

低）接触的一层都会冻结。导致塑料流动的压力在入模处应是最高,

而在料的前锋应是最低，即为常压。由于诱导分子定向的剪应力是与

料流中压力梯度成正比的，所以分子定向程度也是在入模处最高，而

在料的前锋最低。这样前锋料在承受高压（承受高压应在塑料充满

模腔之后）之前，与模壁相遇并行冻结时，冻结层中的分子定向就

不会很大，甚至没有。紧接表层的内层，由于冷却较慢，因此当它在

中心层和表层问淤积而又没有冻结的时间内是有机会受到剪应力的

（在型腔为塑料充满之后），所以临近表层处，分子就会发生定向。

其次，再考虑型腔横截面上各点剪应力的变化情况。如果模壁与塑料

的温度相等，则模壁处的剪应力应该最大，而中心层应是最小。但从

贴近模壁一层已经冻结的实际情况来看，在型腔横截面上能受剪应力

作用而造成分子定向的料层仅限于塑料仍处于熔态的中间一部分。这

部分承受剪应力最大的位置，是在熔态塑料柱的边缘，即表层与中心

层的界面上。由此当不难想到分子定向程度最大的区域应该像图示的

区域，而越向中心定向程度应该越低。再次，塑料注入型腔后，首先

在横截面上堵满的地位既不会在型腔的尽头，也不会在浇口的四周，

而是在这两者之间，这是很明显的。最先充满的区域，它的冻结层应

是最厚（以塑料充满型腔的瞬时计），而且承受剪应力的机会也最

多，因为在充满区的中间还要让塑料通过，这就是图示定向程度最大

的地方。

2、流动取向会造成制品各向异性，存在内应力，一般不希望在制品

中存在取向。

塑料试样在分子定向的力学强度

拉伸强度/MPa伸触/N

塑料

横向直向搔向商向

聚苯乙烯20.045.00.91.6

苯乙烯一丁二烯一丙烯脂共聚物36.572.01.02.2

高冲击聚苯乙烯21023.03.017.0

高密度聚乙烯29.030・030.072

聚碳酸酯65.066.5——

影响取向的因素主要有：①随着塑模温度、制品厚度（即型腔

的深度）、塑料进模时的温度等的增加，分子定向程度即有减弱的

趋势；②增加浇口长度、压力和充满塑模的时问，分子定向程度也随

之增加；③分子定向程度与浇口安设的位置和形状有很大关系，为减

少分子定向程度，浇口最好设在型腔深度较大的部位。

下图为利用流动取向的“钱链”形制品

流

动

取

向

部

位

取向

拉伸

物的

聚合

二、

度

的温

之间

熔点

度与

化温

玻璃

子在

物分

聚合

果将

中如

过程

成型

着拉

上沿

程度

很大

将在

子链

的分

其中

，则

向拉伸

一个方

，沿着

区域内

向

由于定

向。

了定

出现

程中

伸过

在拉

分子

也就是

排列，

作整齐

伸方向

室温

冷至

迅速

并经

拉伸