熱固性塑料與熱塑性塑料

實用文案塑料是以高分子量合成樹脂為主要成分， 在一定條件下（如溫度、 壓力等）可塑制成一定形狀且在常溫下保持形狀不變的材料。塑料按受熱后表面的性能， 可分為熱固性塑料與熱塑性塑料兩大類。 前者的特點是在一定溫度下，經(jīng)一定時間加熱、加壓或加入硬化劑后， 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而硬化。硬化后的塑料化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、質(zhì)地堅硬、不溶于溶劑、加熱也不再軟化，如果溫度過高則就分解。后者的特點為受熱后發(fā)生物態(tài)變化， 由固體軟化或熔化成粘流體狀態(tài)， 但冷卻后又可變硬而成固體，且過程可多次反復(fù)，塑料本身的分子結(jié)構(gòu)則不發(fā)生變化。塑料都以合成樹脂為基本原料， 并加入填料、增塑劑、染料、穩(wěn)定劑等各種輔助料而組成。因此，不同品種牌號的塑料，由于選用樹脂及輔助料的性能、 成分、配比及塑料生產(chǎn)工藝不同，則其使用及工藝特性也各不相同。為此模具設(shè)計時必須了解所用塑料的工藝特性。第一節(jié)熱固性塑料常用熱固性塑料有酚醛、氨基（三聚氰胺、脲醛）聚酯、聚鄰苯二甲酸二丙烯酯等。主要用于壓塑、擠塑、注射成形。硅酮、環(huán)氧樹脂等塑料，目前主要作為低壓擠塑封裝電子元件及澆注成形等用。一、工藝特性標準文檔實用文案（一）收縮率塑件自模具中取出冷卻到室溫后， 發(fā)生尺寸收縮這種性能稱為收縮性。 由于收縮不僅是樹脂本身的熱脹冷縮，而且還與各成形因素有關(guān)，所以成形后塑件的收縮應(yīng)稱為成形收縮。1．成形收縮的形式成形收縮主要表現(xiàn)在下列幾方面：1）塑件的線尺寸收縮由于熱脹冷縮，塑件脫模時的彈性恢復(fù)、塑性變形等原因?qū)е滤芗撃＠鋮s到室溫后其尺寸縮小，為此型腔設(shè)計時必須考慮予以補償。2）收縮方向性成形時分子按方向排列，使塑件呈現(xiàn)各向異性，沿料流方向（即平行方向）則收縮大、強度高，與料流直角方向（即垂直方向）則收縮小、強度低。另外，成形時由于塑件各部位密度及填料分布不勻，故使收縮也不勻。產(chǎn)生收縮差使塑件易發(fā)生翹曲、變形、裂紋，尤其在擠塑及注射成形時則方向性更為明顯。因此， 模具設(shè)計時應(yīng)考慮收縮方向性按塑件形狀、流料方向選取收縮率為宜。3）后收縮塑件成形時，由于受成形壓力、剪切應(yīng)力、各向異性、密度不勻、填料分布不勻、模溫不勻、硬化不勻、塑性變形等因素的影響，引起一系列應(yīng)力的作用，在粘流態(tài)時不能全部消失，故塑件在應(yīng)力狀態(tài)下成形時存在殘余應(yīng)力。當(dāng)脫模后由于應(yīng)力趨向平衡及貯存條件的影響，使殘余應(yīng)力發(fā)生變化而使塑件發(fā)生再收縮稱為后收縮。一般塑件在脫模后10小時內(nèi)變化最大，24小時后基本定型，但最后穩(wěn)定要經(jīng)30～60天。通常熱塑性塑料的后收縮比熱固性大，擠塑及注射成形的比壓塑成形的大。標準文檔實用文案4）后處理收縮有時塑件按性能及工藝要求，成形后需進行熱處理，處理后也會導(dǎo)致塑件尺寸發(fā)生變化。故模具設(shè)計時對高精度塑件則應(yīng)考慮后收縮及后處理收縮的誤差并予以補償。2．收縮率計算塑件成形收縮可用收縮率來表示，如公式（ 1-1）及公式（1-2）所示。Q實=（a-b）/b×100(1-1)Q計=（c-b）/b×100（1-2）式中：Q實—實際收縮率（ %）；Q計—計算收縮率（ %）；a—塑件在成形溫度時單向尺寸（毫米） ；b—塑件在室溫下單向尺寸（毫米） ；c—模具在室溫下單向尺寸（毫米） 。實際收縮率為表示塑件實際所發(fā)生的收縮， 因其值與計算收縮相差很小， 所以模具設(shè)計時以計為設(shè)計參數(shù)來計算型腔及型芯尺寸。．影響收縮率變化的因素在實際成形時不僅不同品種塑料其收縮率各不相同，而且不同批的同品種塑料或同一塑件的不同部位其收縮值也經(jīng)常不同，影響收縮率變化的主要因素有如下幾個方面。1）塑料品種各種塑料都有其各自的收縮范圍， 同種類塑料由于填料、 分子量及配比等不同，標準文檔實用文案則其收縮率及各向異性也不同。2）塑件特性塑件的形狀、尺寸、壁厚、有無嵌件，嵌件數(shù)量及布局對收縮率大小也有很大影響。3）模具結(jié)構(gòu)模具的分型面及加壓方向，澆注系統(tǒng)的形式，布局及尺寸對收縮率及方向性影響也較大，尤其在擠塑及注射成形時更為明顯。4）成形工藝擠塑、注射成形工藝一般收縮率較大，方向性明顯。預(yù)熱情況、成形溫度、成形壓力、保持時間、填裝料形式及硬化均勻性對收縮率及方向性都有影響。如上所述模具設(shè)計時應(yīng)根據(jù)各種塑料的說明書中所提供的收縮率范圍， 并按塑件形狀、尺寸、壁厚、有無嵌件情況、分型面及加壓成形方向、模具結(jié)構(gòu)及進料口形式尺寸和位置、成形工藝等諸因素綜合地來考慮選取收縮率值。 對擠塑或注射成形時， 則常需按塑件各部位的形狀、尺寸、壁厚等特點選取不同的收縮率。另外，成形收縮還受到各成形因素的影響，但主要決定于塑料品種、塑件形狀及尺寸。 所以成形時調(diào)整各項成形條件也能夠適當(dāng)?shù)馗淖兯芗氖湛s情況。常用塑料計算收縮率詳見表1-1。模具設(shè)計時選取收縮率的規(guī)則詳見第三章所述。（二）流動性標準文檔實用文案塑料在一定溫度與壓力下填充型腔的能力稱為流動性。這是模具設(shè)計時必須考慮的一個重要工藝參數(shù)。流動性大易造成溢料過多，填充型腔不密實，塑件組織疏松，樹脂、填料分頭聚積，易粘模、脫模及清理困難，硬化過早等弊病。但流動性小則填充不足，不易成形，成形壓力大。所以選用塑料的流動性必須與塑件要求、成形工藝及成形條件相適應(yīng)。模具設(shè)計時應(yīng)根據(jù)流動性能來考慮澆注系統(tǒng)、分型面及進料方向等等。熱固性塑料流動性通常以拉西格流動性（以毫米計）來表示。數(shù)值大則流動性好，每一品種的塑料通常分三個不同等級的流動性，以供不同塑件及成形工藝選用。一般塑件面積大、嵌件多、型芯及嵌件細弱，有狹窄深槽及薄壁的復(fù)雜形狀對填充不利時，應(yīng)采用流動性較好的塑料。擠塑成形時應(yīng)選用拉西格流動性150毫米以上的塑料，注射成形時應(yīng)用拉西格流動性200毫米以上的塑料。為了保證每批塑料都有相同的流動性，在實際中常用并批方法來調(diào)節(jié)，即將同一品種而流動性有差異的塑料加以配用，使各批塑料流動性互相補償，以保證塑件質(zhì)量。常用塑料的拉西格流動性值詳見表1-1，但必須指出塑料的注動性除了決定于塑料品種外，在填充型腔時還常受各種因素的影響而使塑料實際填充型腔的能力發(fā)生變化。如粒度細勻（尤其是圓狀粒料），濕度大、含水分及揮發(fā)物多，預(yù)熱及成形條件適當(dāng)，模具表面光潔度好，模具結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)葎t都有利于改善流動性。 反之，預(yù)熱或成形條件不良、 模具結(jié)構(gòu)不良流動阻力大或塑料貯存期過長、超期、貯存溫度高（尤其對氨基塑料）等則都會導(dǎo)致塑料填充型腔時實際的流動性能下降而造成填充不良。（三）比容及壓縮率比容為每一克塑料所占有的體積（以厘米 3/克計）。壓縮率為塑粉與塑件兩者體積或比容之比值（其值恒大于 1）。它們都可被用來確定壓模裝料室的大小。其數(shù)值大即要求裝料標準文檔實用文案室體積要大，同時又說明塑粉內(nèi)充氣多， 排氣困難，成形周期長，生產(chǎn)率低。比容小則反之，而且有利于壓錠，壓制。各種塑料的比容詳見表 1-1。但比容值也常因塑料的粒度大小及顆粒不均勻度而有誤差。（四）硬化特性熱固性塑料在成形過程中在加熱受壓下轉(zhuǎn)變成可塑性粘流狀態(tài)， 隨之流動性增大填充型腔，與此同時發(fā)生縮合反應(yīng)，交聯(lián)密度不斷增加，流動性迅速下降，融料逐漸固化。模具設(shè)計時對硬化速度快， 保持流動狀態(tài)短的料則應(yīng)注意便于裝料， 裝卸嵌件及選擇合理的成形條件和操作等以免過早硬經(jīng)或硬化不足，導(dǎo)致塑件成形不良。硬化速度一般可從表 1-1的保持時間來分析，它與塑料品種、壁厚、塑件形狀、模溫有關(guān)。但還受其它因素而變化， 尤其與預(yù)熱狀態(tài)有關(guān)， 適當(dāng)?shù)念A(yù)熱應(yīng)保持使塑料能發(fā)揮出最大流動性的條件下，盡量提高其硬化速度，一般預(yù)熱溫度高，時間長（在允許范圍內(nèi)）則硬化速度加快，尤其預(yù)壓錠坯料經(jīng)高頻預(yù)熱的則硬化速度顯著加快。另外， 成形溫度高、加壓時間長則硬化速度也隨之增加。因此，硬化速度也可調(diào)節(jié)預(yù)熱或成形條件予以適當(dāng)控制。硬化速度還應(yīng)適合成形方法要求， 例注射、擠塑成型時應(yīng)要求在塑化、 填充時化學(xué)反應(yīng)慢、硬化慢，應(yīng)保持較長時間的流動狀態(tài)，但當(dāng)充滿型腔后在高溫、高壓下應(yīng)快速硬化。（五）水分及揮發(fā)物含量標準文檔實用文案各種塑料中含有不同程度的水分、揮發(fā)物含量，過多時流動性增大、易溢料、 保持時間長、收縮增大，易發(fā)生波紋、翹曲等弊病，影響塑件機電性能。但當(dāng)塑料過于干燥時也會導(dǎo)致流動性不良成形困難， 所以不同塑料應(yīng)按要求進行預(yù)熱干燥， 對吸濕性強的料， 尤其在潮濕季節(jié)即使對預(yù)熱后的料也應(yīng)防止再吸濕。由于各種塑料中含有不同成分的水分及揮發(fā)物， 同時在縮合反應(yīng)時要發(fā)生縮合水分， 這些成分都需在成形時變成氣體排出模外， 有的氣體對模具有腐蝕作用， 對人體也有刺激作用。為此在模具設(shè)計時應(yīng)對各種塑料此類特性有所了解，并采取相應(yīng)措施，如預(yù)熱、模具鍍鉻，開排氣槽或成形時設(shè)排氣工序。二、成形特性在模具設(shè)計必須掌握所用塑料的成形特性及成形時的工藝特性。1．工藝特性 常用熱固性塑料工藝特性見表 1-12．成形特性常用熱固性塑料成形特性見表 1-2。各種塑料成形特性與各塑料品種有關(guān)外，還與所含有填料品種和粒度及顆粒均勻度有關(guān)。細料流動性好，但預(yù)熱不易均勻， 充入空氣多不易排出、傳熱不良、成形時間長。粗料塑件不光澤，易發(fā)生表面不均勻。過粗、過細還直接影響比容及壓縮率、模具加料室容積。顆粒不均勻的則成形性不好、硬化不勻，同時不宜采用容量法加料。填料品種對成形特性的影響見表 1-3標準文檔實用文案第二節(jié) 熱塑性塑料熱塑性塑料品種極多， 即使同一品種也由于樹脂分子及附加物配比不同而使其使用及工藝特性也有所不同。 另外，為了改變原有品種的特性，常用共聚、 交鏈等各種化學(xué)聚合方法在原有的樹脂結(jié)構(gòu)中導(dǎo)入一定百分比量的異種單體或高分子相等樹脂， 以改變原有樹脂的結(jié)構(gòu)成為具有新的使用及工藝特性的改性品種。例如， ABS即為在聚苯乙烯分子中導(dǎo)入了丙烯腈、丁二烯等異種單體后成為改性共聚物， 也可稱為改性聚苯乙烯， 具有比聚苯乙烯優(yōu)越的使用，工藝特性。 由于熱塑性塑料品種多、 性能復(fù)雜，即使同一類的塑料也有僅供注射用或擠出用之分，故本章節(jié)主要介紹各種注射用的熱塑性塑料。一、工藝特性（一）收縮率熱塑性塑料成形收縮的形式及計算如前所述，影響熱塑性塑料成形收縮的因素如下1．塑料品種熱塑性塑料成形過程中由于還存在結(jié)晶化形起的體積變化，內(nèi)應(yīng)力強，凍結(jié)在塑件內(nèi)的殘余應(yīng)力大， 分子取向性強等因素， 因此與熱固性塑料相比則收縮率較大， 收縮率范圍寬、方向性明顯，另外成形后的收縮、 退火或調(diào)濕處理后的收縮一般也都比熱固性塑料大。．塑件特性成形時融料與型腔表面接觸外層立即冷卻形成低密度的固態(tài)外殼。由于塑料標準文檔實用文案的導(dǎo)熱性差，使塑件內(nèi)層緩慢冷卻而形成收縮大的高密度固態(tài)層。 所以壁厚、冷卻慢、 高密度層厚的則收縮大。 另外，有無嵌件及嵌件布局、 數(shù)量都直接影響料流方向，密度分布及收縮阻力大小等，所以塑件的特性對收縮大小，方向性影響較大。．進料口形式、尺寸、分布這些因素直接影響料流方向、密度分布、保壓補縮作用及成形時間。直接進料口、進料口截面大（尤其截面較厚的）則收縮小但方向性大，進料口寬及長度短的則方向性小。距進料口近的或與料流方向平行的則收縮大。．成形條件模具溫度高，融料冷卻慢、密度高、收縮大，尤其對結(jié)晶料則因結(jié)晶度高，體積變化大，故收縮更大。模溫分布與塑件內(nèi)外冷卻及密度均勻性也有關(guān)， 直接影響到各部分收縮量大小及方向性。 另外，保持壓力及時間對收縮也影響較大，壓力大、時間長的則收縮小但方向性大。注射壓力高，融料粘度差小，層間剪切應(yīng)力小，脫模后彈性回跳大，故收縮也可適量的減小，料溫高、收縮大，但方向性小。因此在成形時調(diào)整模溫、壓力、注射速度及冷卻時間等諸因素也可適當(dāng)改變塑件收縮情況。模具設(shè)計時根據(jù)各種塑料的收縮范圍，塑件壁厚、形狀，進料口形式尺寸及分布情況，按經(jīng)驗確定塑件各部位的收縮率，再來計算型腔尺寸。對高精度塑件及難以掌握收縮率時，一般宜用如下方法設(shè)計模具：1）對塑件外徑取較小收縮率，內(nèi)徑取較大收縮率，以留有試模后修正的余地。2）試模確定澆注系統(tǒng)形式、尺寸及成形條件。標準文檔實用文案（3）要后處理的塑件經(jīng)后處理確定尺寸變化情況（測量時必須在脫模后 24小時以后）。4）按實際收縮情況修正模具。5）再試模并可適當(dāng)?shù)馗淖児に嚄l件略微修正收縮值以滿足塑件要求。（二）流動性．熱塑性塑料流動性大小，一般可從分子量大小、熔融指數(shù)、阿基米德螺旋線長度、表現(xiàn)粘度及流動比（流程長度/塑件壁厚）等一系列指數(shù)進行分析。分子量小，分子量分布寬，分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性差，熔融指數(shù)高、螺旋線長度長、表現(xiàn)粘度小，流動比大的則流動性就好，對同一品名的塑料必須檢查其說明書判斷其流動性是否適用于注射成形。 按模具設(shè)計要求我們大致可將常用塑料的流動性分為三類：（1）流動性好尼龍、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纖維素、聚（ 4）甲基戍烯；2）流動性中等改性聚苯乙烯（例ABS·AS）、有機玻璃、聚甲醛、聚氯醚；3）流動性差聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。．各種塑料的流動性也因各成形因素而變，主要影響的因素有如下幾點：標準文檔實用文案（1）溫度料溫高則流動性增大，但不同塑料也各有差異，聚苯乙烯（尤其耐沖擊型及 MI值較高的）、聚丙烯尼龍、有機玻璃、改性聚苯乙烯（例 ABS·AS）、聚碳酸酯、醋酸纖維等塑料的流動性隨溫度變化較大。 對聚乙烯、聚甲醛、 則溫度增減對其流動性影響較小。所以前者在成形時宜調(diào)節(jié)溫度來控制流動性。2）壓力注射壓力增大則融料受剪切作用大，流動性也增大，特別是聚乙烯、聚甲醛較為敏感，所以成形時宜調(diào)節(jié)注射壓力來控制流動性。3）模具結(jié)構(gòu)澆注系統(tǒng)的形式，尺寸，布置，冷卻系統(tǒng)設(shè)計，融料流動阻力（如型面光潔度，料道截面厚度，型腔形狀，排氣系統(tǒng)）等因素都直接影響到融料在型腔內(nèi)的實際流動性，凡促使融料降低溫度，增加流動性阻力的則流動性就降低。模具設(shè)計時應(yīng)根據(jù)所用塑料的流動性， 選用合理的結(jié)構(gòu)。 成形時則也可控制料溫， 模溫及注射壓力、注射速度等因素來適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)填充情況以滿足成形需要。（三）結(jié)晶性熱塑性塑料按其冷凝時無出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象可劃分為結(jié)晶形塑料與非結(jié)晶形（又稱無定形）塑料兩大類。所謂結(jié)晶現(xiàn)象即為塑料由熔融狀態(tài)到冷凝時，分子由獨立移動，完全處于無次序狀態(tài)，標準文檔實用文案變成分子停止自由運動， 按略微固定的位置， 并有一個使分子排列成為正規(guī)模型的傾向的一種現(xiàn)象。作為判別這兩類塑料的外觀標準可視塑料的厚壁塑件的透明性而定， 一般結(jié)晶性料為不透明或半透明（如聚甲醛等），無定形料為透明（如有機玻璃等）。但也有例外情況， 如聚（4）甲基戍烯為結(jié)晶性料卻有高透明性， ABS為無定形料但卻并不透明。在模具設(shè)計及選擇注射機時應(yīng)注意對結(jié)晶料有下列要求：1）料溫上升到成形溫度所需的熱量多，要用塑化能力大的設(shè)備。2）冷凝時放出熱量大，要充分冷卻。3）熔態(tài)與固態(tài)的比重差大，成形收縮大，易發(fā)生縮孔、氣孔。4）冷卻快結(jié)晶度低，收縮小，透明度高。結(jié)晶度與塑件壁厚有關(guān)，壁厚冷卻慢結(jié)晶度高，收縮大，物性好。所以結(jié)晶性料應(yīng)按要求必須控制模溫。5）各向異性顯著，內(nèi)應(yīng)力大。脫模后未結(jié)晶化的分子有繼續(xù)結(jié)晶化傾向，處于能量不平衡狀態(tài)，易發(fā)生變形，翹曲。6）結(jié)晶熔點范圍窄，易發(fā)生未熔粉末注入模具或堵塞進料口。標準文檔實用文案（四）熱敏性及水敏性1．熱敏性塑料系指某些塑料對熱較為敏感， 在高溫下受熱時間較長或進料口截面過小，剪切作用大時，料溫增高易發(fā)生變色、降聚， 分解的傾向，具有這種特性的塑料稱為熱敏性塑料。如硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物，聚甲醛，聚三氟氯乙烯等。熱敏性塑料在分解時產(chǎn)生單體、氣體、固體等副產(chǎn)物，特別是有的分解氣體對人體、設(shè)備、模具都有刺激、腐蝕作用或毒性。因此，模具設(shè)計、選擇注射機及成形時都應(yīng)注意，應(yīng)選用螺桿式注射機，澆注系統(tǒng)截面宜大，模具和料筒應(yīng)鍍鉻，不得有死角滯料，必須嚴格控制成形溫度、塑料中加入穩(wěn)定劑，減弱熱敏性能。2．有的塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分，但在高溫、高壓下也會發(fā)生分解，這種性能稱為水敏性，對此必須預(yù)先加熱干燥。（五）應(yīng)力開裂及熔融破裂1．有的塑料對應(yīng)力敏感，成形時易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力并質(zhì)脆易裂，塑件在外力作用下或在溶劑作用下即發(fā)生開裂現(xiàn)象。 為此，除了在原料內(nèi)加入附加劑提高抗裂性外， 對原料應(yīng)注意干燥，合理的選擇成形條件，以減少內(nèi)應(yīng)力和增加抗裂性。 并應(yīng)選擇合理的塑件形狀，不宜設(shè)置嵌件等盡量減少應(yīng)力集中。模具設(shè)計時應(yīng)增大脫模斜度，選用合理的進料口及頂出機構(gòu)，成形時應(yīng)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)料溫、模溫、注射壓力及冷卻時間， 盡量避免塑件過于冷脆時脫模，成形后塑件還宜進行后處理提高抗裂性，消除內(nèi)應(yīng)力并禁止與溶劑接觸。標準文檔實用文案2．當(dāng)一定融熔指數(shù)的聚合物熔體，在恒溫下通過噴嘴孔時其流速超過某值后，熔體表面發(fā)生明顯橫向裂紋稱為熔融破裂， 有損塑件外觀及物性。 故在選用熔融指數(shù)高的聚合物等，應(yīng)增大噴嘴、澆道、進料口截面，減少注射速度，提高料溫。（六）熱性能及冷卻速度1．各種塑料有不同比熱、熱傳導(dǎo)率、熱變形溫度等熱性能。比熱高的塑化時需要熱量大，應(yīng)選用塑化能力大的注射機。熱變形溫度高的冷卻時間可短， 脫模早，但脫模后要防止冷卻變形。熱傳導(dǎo)率低的冷卻速度慢 （如離子聚合物等冷卻速度極慢）