塑料材料及其成型工藝性能

12.01.20231

1.1塑料材料1.2塑料的流變性

1.3

塑料成型工藝性能第1章塑料材料及成型工藝性能12.01.20232

1.1.1塑料的概念

塑料是以高分子聚合物為主要成分，加入一定量添加劑而組成的一種混合物。1.1塑料材料12.01.20233

填充劑：改善塑料性能（粉狀、片狀、纖維）。增塑劑：提高可塑性、流動性、柔韌性、降低脆性。穩(wěn)定劑：熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、抗氧化劑。潤滑劑：對塑料的表面起潤滑作用，防止塑料在成型加工時黏模。著色劑：無機顏料、無機顏料、染料。其它：發(fā)泡劑、阻燃劑、固化劑、防靜電劑、導電劑和導磁劑等。1.1塑料材料1.1.2塑料的填充劑12.01.20234

1.1塑料材料1.1.2塑料的填充劑添加劑、填充料及補強料常用村料對聚合物性質(zhì)的影響強化纖維碳素、碳、礦物質(zhì)纖維、玻璃、kevlar增加拉伸強度增加彎曲模數(shù)(flexuralmodulus)提高熱變形溫度提升抗收縮與抗翹曲能力導電性填充料鋁粉、碳纖維、石墨提高電氣性質(zhì)提高熱傳導性耦合劑Silanes、titanates改善聚合物與纖維接口之鍵結(jié)力抗燃劑氯、溴、硫、金屬鹽降低燃燒發(fā)生率及擴散速度混合填充料碳酸鈣、硅、粘土降低材料成本塑化劑單體液體、低分子量材料改善熔膠的流動性加強撓曲性著色劑（色料或染料）金屬氧化物、鉻酸鹽、碳黑提供耐久的顏色防止熱裂解或紫外線造成裂解發(fā)泡劑氣體、氮復合物、聯(lián)氨衍生物造成孔穴組織以降低材料密度12.01.20235

1.1.3塑料的分類1.按塑料中樹脂分子結(jié)構和受熱后呈現(xiàn)的基本行為分類：塑料非結(jié)晶型熱塑性塑料結(jié)晶型熱固性塑料1.1塑料材料12.01.20236

熱塑性塑料與熱固性塑料的結(jié)構與性質(zhì)的對比1.1塑料材料受熱行為圖示12.01.20237

非結(jié)晶性熱塑性塑料結(jié)晶性熱塑性塑料常用的材料ABS、壓克力（PMMA、PAN）、聚碳酸脂(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)聚縮醛樹脂(POM)、尼龍(PA,)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、熱塑性聚脂(PBT、PET)微觀結(jié)構分子在液相和固相都呈現(xiàn)雜亂的配向性分子在液相呈現(xiàn)雜亂的配向性，在固相則形成緊密堆砌的晶體。受熱反應具有軟化溫度范圍，但沒有明顯的熔點具有明確的熔點性質(zhì)透明抗化學性差成形時體積收縮率低通常強度不高一般具有高熔膠粘度熱含量低半透明或不透明抗化學性佳成形時體積收縮率高強度高熔膠粘度低熱含量高1.1塑料材料12.01.20238

2.按塑料的性能及用途分：

通用塑料：指產(chǎn)量大、用途廣且價廉的塑料。

工程塑料：在工程技術中常作為結(jié)構材料來使用。特殊功能塑料：具有特殊性能的塑料（用于醫(yī)藥、光敏及液晶方面的氟塑料）。1.1塑料材料12.01.20239

五大泛用塑料及用途：低密度聚乙烯(LDPE)容器、塑料袋、膠膜、管子…等。高密度聚乙烯(HDPE)膠管、膠布、膠膜…等。聚苯乙烯(PS)外殼、玩具、壁磚…等。聚氯乙烯(PVC)瓶子、塑料管、薄膜、保鮮膜…等。聚丙烯(PP)汽車保險桿、儀表板、纖維…等。1.1塑料材料12.01.202310

工程塑料：起源：自1956年杜邦推出Derlin商名新塑料,宣稱可取代金屬,工程塑料之名由此開始。特性：機械強度高而且有適當平衡.耐熱,耐久或具特殊機能.加工性良好，價格合理且工程性良好。1.1塑料材料12.01.202311

1.1.4塑料的性能密度小(重量輕，塑料比重0.9~2，鋁2.7，鐵7.8)。比強度(b/ρ)和比剛度(E/ρ)高?；瘜W穩(wěn)定性好。電氣性能優(yōu)良。減摩、耐磨和自潤滑性好。成型和著色性能好。多種防護性能：除防腐外，塑料還具有防水、防潮、防透氣、防振、防輻射等。耐熱性差、受載荷易蠕變、老化現(xiàn)象。1.1塑料材料12.01.202312

1.1.5塑料的可加工性1.1.5.1熱塑性塑料的溫度力學狀態(tài)及成型加工的關系Ⅰ—非結(jié)晶Ⅱ—結(jié)晶型

Tg-玻璃化溫度Tm-結(jié)晶型熔點Tf-非晶型流動溫度Td-分解溫度

1.1塑料材料12.01.202313圖1-3熱固性塑料的狀態(tài)與溫度的關系

1.1.5.2熱固性塑料的狀態(tài)與溫度的關系1.1塑料材料12.01.202314

當溫度和壓力變更時，黏流態(tài)的塑料表觀黏度會相應地發(fā)生變化，這稱為塑料的流變性。1.2.1牛頓型流體流體在平直圓管內(nèi)受切應力而發(fā)生的流動形式有層流和湍流兩種。層流：被看著一層層彼此相鄰且平行的薄層流體沿外力作用方向進行的相對滑移，而且各層之間無相互影響。湍流：流體各點的速度大小與方向都隨時間而變化，且流體內(nèi)相互干擾嚴重。1.2塑料的流變性12.01.202315D:管道直徑；V:流體的平均速度；ρ:流體的密度；η:流體剪切粘度。Re<2100~4000時為層流，Re>4000時為湍流。塑料在成型加工過程中的流動基本上屬于層流。

層流與湍流的區(qū)分以雷諾數(shù)（Re）為準，1.2塑料的流變性12.01.202316牛頓流動定律：在一定溫度下，當剪切力τ作用于兩個相距為dr的液體平行層面并以相對速度dv移動時，則剪切力τ與剪切速率dv/dr(也稱速度梯度）之間呈下列直線關系：其中：η為牛頓黏度，單位:Pa·s(N·s/m2)。符合上式的流體都稱為牛頓型流體。液體流動時不服從上式規(guī)律的均稱為非牛頓體。1.2塑料的流變性12.01.202317

非牛頓型流體原則上包括黏性流體、黏彈性流體及時間依賴性流體。可以將非牛頓型流體當作黏性流體看待，黏性流體又分為：賓哈流體膨脹性流體假塑性流體。

非牛頓流體“黏度”稱為非牛頓黏度或稱表觀黏度（1-2）1.2塑料的流變性12.01.202318

圖1-4不同類型流體的流動曲線圖1-5不同類型流體表觀黏度與剪切速率的關系1.2塑料的流變性12.01.202319

圖1-6溫度對表觀黏度的影響1.2塑料的流變性12.01.202320

1.3.1流動性

定義：在成型過程中，塑料熔體在一定的溫度與壓力作用下充填型腔的能力。

實質(zhì)：實質(zhì)是由于分子間產(chǎn)生相互滑移，而熔體分子間的滑移又是通過分子鏈段運動來實現(xiàn)的,取決于分子組成、相對分子質(zhì)量大小及其結(jié)構。

影響：塑料的流動性差時→缺料。熔體流動性太好→溢料。1.3塑料成型工藝性能12.01.202321熱塑性塑料熔融指數(shù)(MI)單位:g/10min1—熱電偶2—料筒3—出料孔4—保溫層5—加熱棒6—柱塞7—重錘（加柱塞共重2160g）

圖1-7熔融流動指數(shù)測定法

熱塑性塑料的流動性的測量方法1：

1.3塑料成型工藝性能12.01.2023221.每轉(zhuǎn)一周半徑增大12.5mm2.槽斷面是半圓形，直徑為4.9mm3.螺旋線槽總長為1925mm。4.將塑料熔體一定壓力溫度注射入螺旋形槽中央，制成蚊香形狀的試品，測定其螺旋線的總長度。螺旋線流動試驗法模具流道示意圖熱塑性塑料的流動性的測量方法2：

1.3塑料成型工藝性能Viscosity黏(滯)度12.01.202323

熱塑性塑料的流動性分為三類：流動性好的：PE、PP、PS、醋酸纖維等；流動性中等的：改性聚苯乙烯、ABS、AS、有機玻璃、POM、氯化聚醚等；流動性差的：PC、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、氟塑料。1.3塑料成型工藝性能12.01.202324①稱取7.5g塑料粉，20℃±5℃溫度下并以50MPa的壓力下在內(nèi)徑為28mm的模子內(nèi)預壓成圓錠。②模具溫度150℃±5℃,并保溫5min；③將圓錠放入拉西格模的加料室，并在20s左右將壓模增至30MPa，保壓3min；④長度即為其流動值。

圖1-8拉西格流動性測定模熱固性塑料的流動性的測量方法：

1.3塑料成型工藝性能12.01.202325

1.3.2收縮性

造成成型收縮的原因：熱脹冷縮因彈性回復造成的收縮結(jié)晶收縮定向收縮影響收縮率變化的因素：塑料品種塑件特征模具結(jié)構成型工藝參數(shù)

1.3塑料成型工藝性能12.01.202326

1）收縮率計算

S實=（a-b）/bS計=c-b/c

（1-5）S實——實際收縮率（%)；S計——計算收縮率（%)；a——塑件在成型溫度時的單向尺寸（mm)b——塑件在常溫下的單向尺寸（mm)c——模具型腔在常溫下的單向尺寸（mm)1.3塑料成型工藝性能12.01.2023271.3.3結(jié)晶性熱塑性塑料按其冷卻時是否出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象可將其分為結(jié)晶型與非結(jié)晶型（或稱無定型）。結(jié)晶型塑料是不透明的或半透明的，而非結(jié)晶型塑料是透明的（少數(shù)例外）。結(jié)晶度對制品質(zhì)量的影響：結(jié)晶度大的塑件密度大，強度、硬度高，剛度、耐磨性好，耐化學性和電性能好。結(jié)晶度小的塑料，柔軟性、透明性較好，伸長率和沖擊韌度較大。

1.3塑料成型工藝性能12.01.202328宜采用中等冷卻速度，即將模具溫度控制在Tg與Tvmax之間。保證晶體生長良好，結(jié)晶完整且生產(chǎn)周期短。

圖1-9結(jié)晶速度與溫度的關系

影響結(jié)晶的因素：冷卻速度：1.3塑料成型工藝性能12.01.202329

1.3.4熱敏性及吸濕性熱敏性：塑料對溫度的敏感性，高溫下發(fā)生變色、分解的傾向性。熱敏性塑料：硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、氯乙烯和醋酸乙烯共聚物（EVA）、聚甲醛、聚三氟氯乙烯等。吸濕性：是指塑料對水分的親疏程度。吸濕性的大小取決于聚合物組成及分子結(jié)構。例如：PA、PC、ABS、PS等，在其分子鏈中由于含有極性基團，對水有吸附能力，故屬于吸濕傾向大的塑料

1.3塑料成型工藝性能12.01.202330

1.3.5聚合物降解與定向聚合物降解：聚合物分子在受到熱、應力、微量水、酸、堿等雜質(zhì)以及空氣中的氧作用，導致聚合物鏈斷裂、分子變小、相對分子質(zhì)量降低的現(xiàn)象稱為聚合物降解（也稱裂解）。聚合物降解的影響：輕度降解會使聚合物變色；進一步降解會使聚合物分解出低分子物質(zhì)，使制品出現(xiàn)氣泡和流紋弊