《塑料成型工艺与模具设计》课件 项目一 塑料原材料的选择与分析

项目一塑料原材料的选择与分析一、项目引入二、相关知识三、项目实施四、项目拓展（一）塑料的特点（二）塑料的组成（三）塑料的分类（四）热塑性塑料成型工艺特性（五）热固性塑料成型工艺特性（六）常用塑料简介一、项目引入树脂分为天然树脂和合成树脂两大类型,塑料大多采用合成树脂。通常将塑料制品称为塑料制件或塑件。本项目以某企业大批量生产的塑料壳体为载体,如下图所示,训练学生合理选择与分析塑料原料的能力。二、相关知识（一）塑料的特点1.密度小、质量轻2.比强度高3.绝缘性能好、介电损耗低4.化学稳定性高5.减摩、耐磨性能好6.减振、隔音性能好7.加工方便（二）塑料的组成1.聚合物2.增塑剂3.稳定剂4.润滑剂5.填充剂6.增强剂7.交联剂8.着色剂9.发泡剂10.其他助剂（三）塑料的分类1.按聚合物的热性能分类按塑料中聚合物分子结构和热性能可以将塑料分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。2.按塑料的用途分类若按用途分类,塑料可分为通用塑料和工程塑料两大类。（四）热塑性塑料成型工艺特性1.收缩性塑件从温度较高的模具中取出冷却到室温后,其尺寸或体积会发生收缩变化,这种性质称为收缩性。收缩性的大小以单位长度塑件收缩量的百分数来表示,称为收缩率。

由于成型模具与塑料的线膨胀系数不同,收缩率分为实际收缩率和计算收缩率两种,其计算公式如下:影响塑件成型收缩的因素主要有:(1)塑料品种(2)塑件结构(3)模具结构(4)成型工艺条件因成型温度下的塑件尺寸不便测量,以及实际收缩率和计算收缩率相差很小,所以生产中常采用计算收缩率,但在大型、精密模具成型零件尺寸计算时则应采用实际收缩率。2.流动性塑料在一定的温度、压力作用下充填模具型腔的能力,称为塑料的流动性。流动性的大小与塑料的分子结构有关。具有线型分子而没有或很少有交联结构的聚合物流动性大。塑料中加入填料,会降低树脂的流动性,而加入增塑剂或润滑剂,则可增加塑料的流动性。影响流动性的主要因素有:(1)温度(2)压力(3)模具结构对于热塑性塑料,常用熔融指数和螺旋线长度来表示其流动性。熔融指数采用如左图所示的标准装置来测定。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,该值称为熔融指数,简写为MI。

螺旋线长度实验法是将被测塑料在一定的温度与压力下注入如右图所示标准的阿基米德螺旋线模具内,用其所能达到的流动长度来表示该塑料的流动性。螺旋流动试验模具流道示意图3.相容性相容性是指两种或两种以上不同品种的塑料,在熔融状态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,如高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯彼此之间的混熔等,分于结构不同时较难相容,如聚乙烯和聚苯乙烯之间的混熔。塑料的相容性又称为共混性。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,如聚碳酸酯和ABS塑料混熔,就能改善聚碳酸酯的工艺性。4.吸湿性吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。按吸湿或黏附水分能力的大小,可将塑料分为吸湿性塑料和不吸湿性塑料两大类。吸湿性塑料有聚酰胺、ABS、聚碳酸酯、聚苯醚和聚枫等;不吸湿性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和氟塑料等。5.热敏性热敏性是指塑料的化学性质对热量作用的敏感程度,热敏性很强的塑料称为热敏性塑料。常用的热敏性塑料有硬聚氯乙烯、聚氯乙烯、醋酸乙烯共聚物、聚甲醛和聚三氟氯乙烯等。（五）热固性塑料成型工艺特性1.收缩率产生收缩的原因主要有:①热收缩②结构变化引起的收缩③弹性恢复④塑性变形影响热固性塑料收缩率的因素与热塑性塑料相同,即有原材料、模具结构或成型方法以及成型工艺条件等方面的影响。塑料中聚合物和填料的种类及含量,也将直接影响收缩率的大小。当所用树脂在固化反应中放出的低分子挥发物较多时,收缩率较大;放出的低分子挥发物较少时,收缩率较小。在同类塑料中,填料含量较多或填料中无机填料增多时,收缩率较小。热固性塑料的流动性通常以拉西格流动值来表示。影响流动性的因素主要有塑料品种、模具结构和成型条件等。不同品种的塑料或同一品种不同组分及含量的塑料,其流动性不同。每一塑料品种的流动性可分为三个不同的等级。第一级的拉西格流动值为100~130mm,适用于压制无嵌件的、形状简单的一般厚度塑件。第二级的拉西格流动值为131~150mm,用于压制中等复杂程度的塑件。第三级的拉西格流动值为151~180mm,可用于压制结构复杂、型腔很深、嵌件较多的薄壁塑件或用于压注成型。如右图所示是拉西格流动性测定模。2.流动性拉西格流动性测定模3.比容和压缩率比容是指单位质量的松散塑料所占的体积,单位为cm3/g;压缩率是指塑料的体积与塑件的体积之比,其值恒大于1。比容和压缩率较大时,塑料内充气增多,排气困难,成型周期变长,生产率降低;比容和压缩率较小时,压锭和压缩、压注容易,而且压锭重量也较准确。但是,比容太小,则影响塑料的松散性,以容积法装料时造成塑件重量不准确。4.硬化速度硬化是指塑料成型时完成交联反应的过程。硬化速度通常以塑料试样硬化每1mm厚度所需的秒数来表示,此值越小,硬化速度越快。硬化速度与塑料品种、塑件形状、壁厚、成型温度及是否预热、预压等有密切关系。5.水分及挥发物含量塑料中的水分及挥发物,一方面来自塑料自身,另一方面则来自成型过程中化学反应的副产物。塑料中水分及挥发物的含量,对塑件的物理、力学和介电性能都有很大的影响。

水分及挥发物的测定,是采用15±0.2g的试验用料,在烘箱中于103~105℃干燥30min后,测其试验前后质量差ΔM

。设水分及挥发物的含量为X,则（六）常用塑料简介常用热塑性塑料的基本特性、成型特点和主要用途如表1-1所示,常用热固性塑料的基本特性、成型特点和主要用途如表1-2所示。三、项目实施壳体为常用机械类零件,需要大批量生产,通过查表1-1和表1-2进行综合比较,材料品种可选择聚甲醛(POM)。聚甲醛可以采用一般热塑性塑料的成型方法生产塑料制品,如注射、挤出、吹塑等。POM强度高,质轻,常用来代替铜、锌、锡、铅等有色金属,广泛用于工业机械、汽车、电子电器、日用品、管道及配件、精密仪器和建材等部门。（一）聚合物大分子的链状结构聚合物大分子的链状结构主要有线型大分子及其线型聚合物、支链型大分子及其支链型聚合物、体型大分子及其体型聚合物三种类型，如下图所示。四、项目拓展大分子长链结构的类型（二）塑料的火焰鉴别法用户交给设计人员的设计依据多种多样,但主要不外乎两种,一种是设计图样,直接标明要求的材料种类,另外一种是塑件样件,对此,设计人员可以采用不同的鉴别方法来判定材料种类。表1-3所示就是运用燃烧和气味来判定塑料材料类别的简易分辨法。(三)塑料制品材料选用基本原则1.一般结构零件用塑料一般结构零件通常只要求较低的强度和耐热性能,有时还要求外观漂亮。由于这类零件批量大,要求有较高的生产率和低廉的成本,大致可选用的塑料有:改性聚苯乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯、ABS等。其中前3种材料经过玻璃纤维增强后能显著地提高力学强度和刚性,还能提高热变形温度。

在精密塑件中,普遍使用ABS,因为它具有好的综合性能。有时为了达到某一项较高性能指标,也采用一些较高品质的塑料,如尼龙1010和聚碳酸酯(PC)。2.耐磨损传动零件用塑料这类零件要求有较高的强度、刚性、韧性、耐磨损和耐疲劳性及较高的热变形温度。广泛使用的塑料为各种尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯,其次是氯化聚醚、线型聚酯等。3.减摩自润滑零件用塑料减摩自润滑零件一般受力较小,对力学强度要求往往不高,但运动速度较高,要求具有较小的摩擦系数。这类零件选用的材料为聚四氟乙烯和各种填充的聚四氟乙烯,以及用聚四氟乙烯粉末或纤维填充的聚甲醛、低压聚乙烯等。4.耐腐蚀零部件用塑料塑料一般要比金属耐腐蚀性好,但如果既要求耐强酸或强氧化性酸,同时又要求耐